بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به طراحی و ساخت یک بازی رایانه ای به سبکی جدید وکاملاً تعاملی پرداخته می شود که دارای ویژگی های خاصی است و میتواند نسل نوینی از بازیهای رایانهای را شکل دهد. در اینجا بازی ساختهایم که قادر به یادگیری و باز تقلید حرکات خیمه شب بازی بر مبنای انتقال صوتی- بصری گفتار و رفتار بازیکننده است. سیستم رباتیک خیمهشببازی به شکل هوشمندی، قادر به یادگیری انواع حرکات صوتی و بدنی بازی کننده انسانی است و می تواند به عنوان یک بازی سرگرم کننده و تبلیغاتی مورداستفاده قرار گیرد. سختافزار این سیستم از مدار کنترلکننده، باتری، سامانه ارسال صوت و تصویر و تعدادی حسگر ساختهشده است که جایگزین عروسک خیمهشببازی میشود. بخش دوم بازی از یک حسگر دوربین کینکت مخصوص ساخته شده است که به یک کامپیوتر لب تاپ متصل می شود و وظیفه آن ضبط و انتقال حرکات بازی کننده می باشد. بخش سوم بازی وظیفه اصلی یادگیری و بازتولید حرکات و اصوات را بر عهده دارد. این بخش قادر به برقراری ارتباط با بازیکننده انسانی و دریافت فرمانهای کلی برای عملیات ربات خیمهشبباز است
کلمات کلیدی: بازی تعاملی، ربات انساننما، یادگیری تقلیدی، خیمهشببازی
-1مقدمه
خیمه شب بازی یک نوع نمایش سنتی به شمار می آید که از سالیان دور تا به امروز بهمنظور سرگرم کردن مردم و جلبتوجه آن ها رواج داشته است. در ایران، بنا به اشعاری که در »هفت پیکر« نظامی گنجوی شاعر داستان پرداز قرن ششم در دست است، نخستین رد پای خیمه شب باز بازی به دوران بهرام گور - جلوس 421میلادی - منسوب می شود. خیمه شب بازی که در سال های اخیر با نام نمایش عروسکی شناختهشده و بیشتر برای کودکان به کار میرود، در زمان قدیم اعتبار ویژهای داشت و در اصل، نمایشی کمدی و انتقاد آمیز بود که در خانه های اعیان و اشراف و آن هم در برنامههای مخصوصی از قبیل عروسی ها، مولودی ها و جشن هایی ازاین دست برگزار می شد. البته در آن زمان بازی های دیگری هم به نامهای پرده بازی = - خیال بازی - و همچنین فانوس خیال معمول بود که آن ها در اساس با خیمه شب باز بازی متفاوت بودند، هرچند که در بعضی از نوشتارها و فرهنگ ها همه آنها یکی دانسته شده است. یکی از معروفترین عروسکهای خیمهشببازی عروسک مبارک است - شکل - 1 که در نمایشهای مختلف تلویزیونی از آن استفاده میشود.
مشکل اساسی که در حوزه خیمه شب بازی وجود دارد درگیر شدن تمام وقت یک نفر انسان مجری برای کار با عروسک است که همزمان باید عروسک را حرکت داده و برای آن تکلم نماید. فناوری رباتیک به ما امکان داده است تا سامانه ای طراحی کنیم که قادر به یادگیری تقلیدی رفتار خیمه شب بازی و بازتولید آن باشد. اساس این بازی ایجاد سامانهای رباتیک برای خیمهشببازی خودکار و یادگیری تقلیدی مبتنی بر انتقال صوتی- بصری گفتار و رفتار بازیکننده است. حرکت کردن یکی از توانمندیهای مهم در موجودات زنده است که نقش اساسی در رشد و بقای آن ها به جای میگذارد. توانمندی انجام انواع حرکات پیچیده در مهرهداران و بهخصوص انسانها بخشی از هوشمندی آنها محسوب میگردد که به طور ضمنی و در سلسلهی اعصاب و اندامهای آنها تعبیهشده است. هر موجود زنده که قادر به حرکت می باشد، فرم حرکت خاص خود را بر اساس شرایط محیطی و ساختار بدنی خود برگزیده است. علم مهندسی با الهام از انواع جانوران زنده، رباتها و ماشینهای مختلفی را ساخته است که نیازمند انجام حرکات مشابه با نمونههای زیستی متناظر با خود هستند.
ازاینرو مسئلهی تولید حرکت در اینگونه رباتها یکی از چالشهای اساسی در رباتیک محسوب میشود. تولید حرکت به معنای ایجاد مجموعه ای از خط سیرهای1 کنترلی است که در طول زمان به مفاصل یک ربات ارسال میگردند تا ربات یک حرکت یا مانور پیچیده را انجام دهد. خط سیرهای تولیدشده بایستی بر اساس اراده ی سطح بالای ربات جهت انجام یک کار و به شکل پویا و هوشمند تولید شوند و شرایط محیطی ربات و اطلاعات حسگرها را در نظر بگیرند. تولید پویای خط سیرهای کنترلی بر اساس یک برنامهریزی2 هوشمند، یک مسئلهی جستجوی فضای حالت در هوش مصنوعی به شمار میآید که راهحل های مختلفی برای آن وجود دارد. آنچه در حل این مسئله اهمیت دارد حل کارآمد و سریع آن است که به دلیل وجود توالی جستجو و اجرا در جستجوی برخط، بسیار مهم است.
برنامه ریزی و زمان بندی این خط سیرهای کنترلی برای ارضای یک هدف سطح بالا در یک ربات با درجات آزادی بالا، امری بسیار مشکل می باشد که نیازمند استفاده از فن های یادگیری ماشین است. ازآنجاییکه برنامهنویسی مستقیم و صریح یک تولیدکنندهی حرکت بسیار پیچیده و زمانگیر است با کمک روشهای یادگیری، روشهایی ارائهشده است که با استفاده از یک مربی و آموزش غیرمستقیم، یک رفتار پیچیده به ربات آموزش داده شود. در این روش های یادگیری رفتار مربی از طریق یک ابزار نمایشی به ربات ارسال میگردد و ربات سعی میکند که با تقلید از رفتار مربی این عمل را یاد بگیرد
و دنباله های حرکتی موردنیاز جهت انجام آن را بازتولید نماید. به اینگونه روشهای یادگیری، یادگیری نمایشی یا یادگیری تقلیدی اطلاق میشود. یادگیری نمایشی، زیرمجموعه ای از یادگیری با نظارت است که یکشکل اصلی از یاددادن کارهای پیچیده به ربات به حساب میآید. همان گونه که انسان ها از طریق تقلید قادر به یادگیری هستند، یک سیستم مصنوعی نیز می تواند مقدار زیادی از اطلاعات مربوط به کار را بهسادگی توسط تقلید از فرد دیگر، یا انسان یا ربات، به دست آورد. در یادگیری تقلیدی مفاهیم و ویژگیهای اصلی رفتار بازی کن توسط ماشین کشف میشوند و ماشین قادر خواهد بود کلیات این رفتار را بازتولید کند. علاوه بر آن ربات قادر است رفتار یاد گرفته شده را با حالات و اشکال دیگری نیز به نمایش بگذارد که اصطلاحاً آن ها مدوله کردن رفتار مینامیم. یعنی ربات قادر است کاری را که توسط انسان انجامشده تکرار کرده و پارامترهای مختلف این کار ازجمله موقعیت، سرعت، دامنه و... را تغییر دهد تا رفتاری جدید تولید گردد. آموزش رفتارهای پیچیده به رباتهای انساننما از طریق یادگیری نمایشی یک بازی بسیار جالب و ساده است که به کمک آن میتوان بسیاری از مشکلات موجود در تولید حرکت ربات انساننما را حل نمود.
-2تولید حرکت
مسئله تولید حرکت در ربات ها حوزه ای است که دو علم عصبشناسی و رباتیک با یکدیگر ملاقات میکنند. وجه مشترک این دو علم تولیدکننده های عصبی حرکت هستند که بانام مولد مرکزی الگو شناخته میشوند. مولدهای مرکزی الگو، مدارهای عصبی هستند که عمدتاً در ناحیه انتهایی مغز تا نخاع مهره داران قرارگرفته اند و قادر هستند الگوهای هماهنگ و تناوبی را جهت حرکات گوناگون آنها تولید کنند. ورودی این شبکههای عصبی، اطلاعات حسگری بسیار ساده و خروجی آنها الگوهایی پیچیده، منظم و هماهنگ برای حرکت هستند و از این لحاظ موردتوجه فراوان در علوم رباتیک قرارگرفتهاند. اساس بسیاری از حرکات ریتمیک در حیوانات - مهرهداران و بیمهرگان - مولدهای مرکزی الگو میباشند.
در اکثر مسائل رباتیک، سیسم یادگیری تقلیدی مدل سازی شده با کمک نوسانسازهای غیرخطی، در یک لایه کنترلی بین کنترلرهای سطح بالا و سطح پایین ربات قرار داده می شود که به این لایه کنترلی DMP1 گفته میشود - شکل - 2ب - - . وظیفه ی این لایه ی کنترلی در ربات، همانند سطح نخاعی در بدن انسان است که دستورات سطح بالایی انسان یعنی مغز را به مفاصل بدن منتقل میکند. DMP براساس یک سیاست داده شده در هر لحظه حالت فعلی سیستم را به یک عمل نگاشت میکند.
