摘要:结合一个仿制的简易Flappy Bird游戏,ModelBox体感小游戏就这样诞生了。
本文分享自华为云社区《ModelBox开发案例 – 体感小游戏》,作者:菊厂飞戈。
前段时间,小鱼老师在AI说发布了文章ModelBox推理真的高效吗,里面介绍了双阶段单人人体关键点检测案例,运行速度超快:使用原生的ONNXRuntime API做开发,可以达到36fps;而ModelBox版本(推理框架同样是ONNXRuntime),更是达到了接近80fps!
于是乎,笔者产生了一个大胆的想法:这么快的人体关键点检测应用,不用来跑游戏可惜了呀!经过一段时间的开发调试,结合一个仿制的简易Flappy Bird游戏,ModelBox体感小游戏诞生了:
玩家通过上下摆动双臂做出“扇动翅膀”的动作,阻止小鸟下落,躲避画面中的“狼柱”;如果小鸟不小心碰到了“狼”或者触碰到画面边缘,游戏停止,然后会重新开始。画面左上方显示的是玩家存活的时长。
本案例使用的是Windows版本的 ModelBox SDK,如果对此还不熟悉,请先阅读ModelBox端云协同AI开发套件(Windows)开发环境篇,如果对 ModelBox AI应用开发感兴趣,欢迎参加我们的ModelBox实战营。
工程结构
本案例是在小鱼老师的 single_human_pose 应用基础上修改而来,案例所需资源(代码、模型、测试数据等)均可从obs桶下载。工程目录与原始版本基本一致,下面列出其中不一样的地方:
single_human_pose ├─data │ ├─game // 体感游戏资源目录 │ ├─icon // 体感游戏所需的图标资源 │ ├─src // 体感游戏源代码,可独立运行 │ └─dance_120fps.mp4 // 测试视频 ├─etc │ └─flowunit // 功能单元目录 │ ├─draw_pose // 关键点绘制功能单元 │ ├─draw_pose.py // 关键点绘制功能单元入口文件 │ ├─draw_pose.toml // 关键点绘制功能单元配置文件 │ ├─draw_utils.py // 其他功能函数存放文件 │ ├─flappy.py // Flappy Bird核心逻辑 │ ├─smooth.py // 平滑算法,使关键点更稳定 │ └─vector.py // 平面坐标系中点的运算 │ ├─... // 其他功能单元 ├─graph │ ├─single_human_pose.toml // 默认的技能流程图 │ └─single_human_pose_camera.toml // 使用摄像头运行的技能流程图 ├─... └─build_project.sh
Flappy Bird
本案例中游戏相关的资源和代码在data/game目录下,我们可以直接执行其中src下的main.py文件,得到一个使用键盘控制的 Flappy Bird 游戏。main.py文件中的核心函数内容如下:
def run(): # 初始化游戏 snake = Snake() # 贪吃蛇 flappy = Flappy() # Flappy Bird pacman = Pacman() # 吃豆人 # 初始化摄像头,参数0表示设备的第一个摄像头 cap = cv2.VideoCapture(0) # 判断摄像头初始化是否成功 if not cap.isOpened(): print('failed to open camera 0') exit() # 设置分辨率为 960 x 540 cap.set(3, 960) cap.set(4, 540) while True: # 读取一帧视频图像,ret表示读取是否成功 ret, frame = cap.read() # 对原始图像做高斯模糊,避免干扰到游戏画面 frame = cv2.GaussianBlur(frame, (0, 0), 5) # 阻塞等待键盘响应1ms,获取按下的按键值 pressed_key = cv2.waitKey(1) & 0xFF if pressed_key == ord('q'): # 如果按下q键则退出游戏 break else: # 根据按键类型更新游戏画面 # frame = snake.update_snake_keyboard(frame, pressed_key) frame = flappy.update_flappy_keyboard(frame, pressed_key) # frame = pacman.update_pacman_keyboard(frame, pressed_key) # 打开一个名为game的窗口,显示图像 cv2.imshow('game', frame) # 释放摄像头资源 cap.release() # 关闭所有窗口 cv2.destroyAllWindows()
可以看到,其中包含了3个小游戏:贪吃蛇、吃豆人和Flappy Bird。游戏界面使用OpenCV绘制,程序将打开0号摄像头,将游戏画面叠加在摄像头画面上;在每帧的绘制中,程序阻塞1ms等待键盘响应,根据按键不同控制游戏的运行:按下空格键将控制小鸟往上飞行一段距离(具体内容查看src/flappy.py)。开发者可以解开另外两个游戏的注释代码,试试它们的游戏效果。
关键点绘制功能单元
Flappy Bird游戏与人体关键点检测应用的结合,完全容纳在draw_pose功能单元中。在原始的 single_human_pose 应用里,这个功能单元只是将检测到的关键点数据绘制到画面中;本应用中,在得到人体关键点数据后,又计算了双臂与身体的夹角,如果检测到“扇动翅膀”的动作,则控制小鸟往上飞行一段距离。游戏画面与高斯模糊后的人体关键点画面叠加在一起显示,既能看到AI应用的效果,也不至于干扰到游戏画面的显示。
def open(self, config): ... # 使用图标资源初始化Flappy Bird游戏控制示例 icon_path = config.get_string("icon_path", ".") self.flappy = Flappy(icon_path) return modelbox.Status.StatusCode.STATUS_SUCCESS def process(self, data_context): ... for image, hand_pose in zip(in_image, in_feat): ... # 获取上一功能单元输出的人体关键点数据 pose_data = np.array(hand_pose.as_object(), copy=False) pose_data = pose_data.reshape((self.kps, 3)) # 计算双臂与身体的夹角 arm_angles = get_arm_angles(bbox, pose_data, self.keypoints_smooth) ... # 在摄像头画面中画出主要的人体关节,并作高斯模糊 draw_pose(out_img, bbox, pose_data, self.score_thre) out_img = cv2.GaussianBlur(out_img, (0, 0), 5) # 根据双臂动作控制游戏画面更新,叠加到摄像头画面中做展示 out_img, alive = self.flappy.update_flappy_pose(out_img, arm_angles, fps) ... return modelbox.Status.StatusCode.STATUS_SUCCESS
camera流程图
游戏的运行需要实时的摄像头画面,因此本案例增加了使用PC自带或者外接的USB摄像头作为输入源的流程图,对应文件为 single_human_pose_camera.toml,其中的流程图描述graphconf内容如下:
graphconf = """digraph single_human_pose { node [shape=Mrecord] queue_size = 1 batch_size = 1 input1[type=input,flowunit=input,device=cpu,deviceid=0] data_source_parser[type=flowunit, flowunit=data_source_parser, device=cpu, deviceid=0] local_camera[type=flowunit, flowunit=local_camera, device=cpu, deviceid=0, pix_fmt=bgr, cam_width=960, cam_height=540] det_pre[type=flowunit, flowunit=det_pre, device=cpu, deviceid=0] color_transpose[type=flowunit flowunit=packed_planar_transpose device=cpu deviceid=0] normalize[type=flowunit flowunit=normalize device=cpu deviceid=0 standard_deviation_inverse="0.003921568627451, 0.003921568627451, 0.003921568627451"] det_human[type=flowunit, flowunit=det_human, device=cpu, deviceid=0, batch_size=1] det_post[type=flowunit, flowunit=det_post, device=cpu, deviceid=0] object_tracker[type=flowunit, flowunit=object_tracker, device=cpu, deviceid=0] expand_box[type=flowunit, flowunit=expand_box, device=cpu, deviceid=0] image_resize[type=flowunit flowunit=resize device=cpu deviceid="0" image_width=192, image_height=256] color_transpose2[type=flowunit flowunit=packed_planar_transpose device=cpu deviceid=0] mean[type=flowunit flowunit=mean device=cpu deviceid="0" mean="116.28,103.53,123.68"] normalize2[type=flowunit flowunit=normalize device=cpu deviceid="0" standard_deviation_inverse="0.0175070,0.01742919,0.01712475"] det_pose[type=flowunit, flowunit=det_pose, device=cpu, deviceid=0, batch_size=1] pose_post[type=flowunit, flowunit=pose_post, device=cpu, deviceid=0] draw_pose[type=flowunit, flowunit=draw_pose, device=cpu, deviceid=0] video_out[type=flowunit, flowunit=video_out, device=cpu, deviceid=0] input1 -> data_source_parser:in_data data_source_parser:out_video_url -> local_camera:in_camera_packet local_camera:out_camera_frame -> det_pre:in_image det_pre:resized_image -> color_transpose:in_image color_transpose:out_image -> normalize:in_data normalize:out_data -> det_human:input det_human:output1 -> det_post:in_feat1 det_human:output2 -> det_post:in_feat2 det_human:output3 -> det_post:in_feat3 det_pre:out_image -> det_post:in_image det_post:has_human -> object_tracker:in_image object_tracker:out_image -> expand_box:in_image expand_box:out_image -> image_resize:in_image image_resize:out_image -> color_transpose2:in_image color_transpose2:out_image -> mean:in_data mean:out_data -> normalize2:in_data normalize2:out_data -> det_pose:image det_pose:heatmap -> pose_post:in_feat pose_post:out_data -> draw_pose:in_feat object_tracker:out_image -> draw_pose:in_image draw_pose:out_image -> video_out:in_video_frame det_post:no_human -> video_out:in_video_frame}"""
与 single_human_pose.toml 相比,这个流程图使用local_camera替换了video_demuxer和video_decoder功能单元,其他部分是一致的。
打开工程目录下bin/mock_task.toml文件,修改其中的任务输入和任务输出配置为如下内容:
[input]type = "url"url = "0" # 表示0号摄像头,即PC自带摄像头,若PC无摄像头需外接USB摄像头[output]type = "local"url = "0:pose_game" # 表示名为```pose_game```的本地窗口
即使用编号为0的摄像头(默认为PC自带的摄像头),输出画面显示到名为pose_game的本地屏幕窗口中。
执行bin/main.bat camera运行应用,就可以开始游戏了:
改造自己的体感小游戏
本案例展示了 ModelBox AI应用与游戏的结合,开发者可以调整其中的游戏逻辑控制游戏的难易程度,如小鸟降落/飞升的速度、狼柱的出现频率与位置等;还可以改成使用其他动作或者手势控制小鸟飞行,如僵尸跳、开合跳等;另外,案例中提供了贪吃蛇、吃豆人这两款游戏源码,开发者也可以将它们改造成体感小游戏。
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