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(HASEGAWA Takeshi) twitter: @hasegaw Ø もともと、インフラエンジニア(2004-2011) SEとしてシステム構築、客先のシステム運用、提案 気付いたらプリセールス∼PMを担当するインフラエンジニア (ざっくりデザイン、工数/導入物品見積もり、 構築プロジェクトの管理、保守等の問い合わせ対応) Ø フラッシュストレージを軸とした、アプリケーション高速化を 支援するセールスエンジニア(2011-2014) Ø ファブレス半導体ベンチャーでコンピュータ関連なんでも 2
3.
著書/寄稿 3
4.
記事紹介(?) 4 下記2本の記事(40ページ強)が まとめて収録されました。 ISBN: 978-4774177823 価格: 2,786円 •
Software Design 2014/10 第二特集 サーバの目利きになる方法 前編 • Software Design 2014/11 第二特集 サーバの目利きになる方法 後編
5.
はじめに スプラトゥーン、そしてIkaLogとは
6.
スプラトゥーンとは • 第三者視点(TPS)のシューティングゲームの一種 • インクで自分たちのナワバリを広げないと進めない •
シューティングが苦手でも バケツやローラータイプのブキで気軽に楽しめる • 本気でやってる人たちは怖い 6
7.
スプラトゥーンとは (ビデオ:会場のみ) 7
8.
IkaLog とは何か • Wii
U用ゲーム「スプラトゥーン」支援ソフト – HDMIキャプチャを介して情報を自動取得 – 数値・文字列データとして認識 – お好みの方法で 蓄積、出力 8
9.
IkaLog のイメージ 9 HDMIキャプチャ IkaLog 実行用PC
10.
IkaLog の画像認識例 10
11.
IkaLog の画像認識例 11
12.
IkaLog の画像認識例 12
13.
IkaLog の画像認識例 13
14.
各種ソフトウェアとの連携(デモビデオ) 14 (ビデオ:会場のみ)
15.
プラガブルで様々な使い方に対応 15 録画ソフト 自動制御 AmaRecTV カラーLED連動 Fluentd 転送 スプラトゥーン戦績記録SNS CSV/JSONファイル保存
スクリーンショット保存 SNS投稿 IkaLog
16.
Embeded IkaLog (ライブラリモード) •
IkaLog 自体が Python モジュールとして実装されている • Python コードから IkaLog を実行して、情報を受け取れる • 作ってみたアプリケーションの例 16 アプリケーション 説明 IkaRename.py スプラトゥーンのビデオを分析 ステージ/ルール/勝敗のついた ファイル名にリネームする IkaClips.py スプラトゥーンのビデオを分析 敵を倒した/倒されたシーンだけクリップし、 “忙しい人”向けのサマリムービーを生成
17.
IkaLog が出力するデータの複雑化(1) 17 IkaLogの当初のスコープ ・ステージ/ルール検出、勝敗(2択)
・スクリーンショット保存 追加された検出内容 ・目標(ガチホコ/ガチヤグラ)の位置検出 ・プレイヤーの死因(凶器)検出 ・時系列のスコア検出 ・プレイヤーのランク、所持金などの数値検出 ・全プレイヤーの生死ステータスのモニタリング ・ロビー(パブリック/プライベートタッグ)検出 今後追加する(かもしれない)検出 ・コミュニケーション検出(ナイス/カモン) ・スペシャル蓄積・利用検出 ・目標に対するチームのイベント
18.
IkaLog が出力するデータの複雑化(2) 18 {'time': 1442394550,
'result': 'win', 'rule': 'ガチホコバトル', 'event': 'GameResult', 'map': 'モズク農園'} {'rank_in_team': 2, 'weapon': 'デュアルスイーパーカスタム', 'result': 'win', 'kills': 1, 'time': 1444491154, 'cash_after': 1820744, 'players': [{'rank_in_team': 1, 'weapon': 'プライムシューター', 'kills': 2, 'deaths': 1, 'udemae_pre': 'B-', 'team': 1}, {'rank_in_team': 2, 'weapon': 'デュアルスイーパーカスタム', 'kills': 1, 'deaths': 0, 'udemae_pre': 'B', 'team': 1}, {'rank_in_team': 3, 'weapon': 'プライムシューター', 'kills': 1, 'deaths': 0, 'udemae_pre': 'C+', 'team': 1}, {'rank_in_team': 4, 'weapon': 'スプラシューターコラボ', 'kills': 1, 'deaths': 0, 'udemae_pre': 'B-', 'team': 1}, {'rank_in_team': 1, 'weapon': 'ジェットスイーパーカスタム', 'kills': 1, 'deaths': 2, 'udemae_pre': 'C', 'team': 2}, {'rank_in_team': 2, 'weapon': '3Kスコー プ', 'kills': 0, 'deaths': 1, 'udemae_pre': 'B-', 'team': 2}, {'rank_in_team': 3, 'weapon': 'プロモデラーRG', 'kills': 0, 'deaths': 1, 'udemae_pre': 'B-', 'team': 2}, {'rank_in_team': 4, 'weapon': 'ダイナモローラーテスラ', 'kills': 0, 'deaths': 1, 'udemae_pre': 'B+', 'team': 2}], 'rule': 'ガチホコバトル', 'event': 'GameResult', 'deaths': 0, 'udemae_pre': 'B', 'map': 'アロワナモール', 'team': 1} GitHub イニシャルカット時の IkaLog が出力した戦績ログ (JSON) 最近の IkaLog が吐く戦績ログ (JSON) ※本当はもっと色々出せる → 情報量の増加に伴い分析基盤の構築が必要
19.
stat.ink (戦績SNS) • IkaLogユーザのひとり
@fetus_hina さんが 開発、運営する Web サイト • IkaLog からのプレイデータを受け取り、表 示・集計する 19
20.
20
21.
21
22.
stat.ink (全ユーザのプレイ結果からの統計) 22
23.
ゲームルールによるK/Dと勝率の相関 23
24.
stat.ink (ブキの統計) 24
25.
ステージによって異なる KO勝ち/KO負け率 25
26.
IkaLog + stat.ink
のDAU、処理ゲーム数 26 データソース hJps://stat.ink/enLre/users 【ピーク】 130ユーザ/日 5,500ゲーム/日を分析 毎日 約70ユーザが利用 24時間あたり2000ゲーム前後を処理
27.
エコシステム 27 ユーザー 開発者 hasegaw/IkaLog stat.ink ダウンロード 記録 送信 hasegaw 一部データ (QA用)
開発、 stat.inkデータに よる機械学習 Windows版 実行ファイル生成 (本スライド中の画像の一部はイメージであり実際のものとは異なります。) PR モ ツ 鍋
28.
開発開始の経緯と 基本的なしくみ
29.
IkaLog開発の経緯 • スプラトゥーン プレイヤー同士で モツ鍋を食べていたら、戦績の統計の話に •
ゲームには、戦績の統計機能は存在しない • 手動でExcelを使い戦績を整理している人も 29
30.
とあるイカの戦闘記録 30
31.
とあるイカの戦闘記録 31
32.
とあるイカの戦闘記録 32 0" 2" 4" 6" 8" 0" 1" 2"
3" 4" 5" 6" 7" 8" 9" 10" Kill Win/Lose Win" Lose" 0" 1" 2" 3" 4" 5" 1" 2" 3" 4" 5" 6" 7" 8" 9" 10" 11" Death Win/Lose" Win" Lose" 0.0%$ 2.0%$ 4.0%$ 6.0%$ 8.0%$ 10.0%$ 12.0%$ 14.0%$ *5$ *4$ *3$ *2$ *1$ 0$ 1$ 2$ 3$ 4$ 5$ K*D
33.
スプラトゥーン プレイヤーにとっての 主なメトリック • どのステージが得意か?苦手か? •
どのルールが得意か?苦手か? • どのブキが得意か?苦手か? • どのブキにやられやすいか? • どれぐらい突進していいのか?し過ぎなの か? 33
34.
ツールを作ろう(検討編 1) 720p 1プレイ分の動画を相手に検討開始 •
非圧縮 5分 → 20GB OpenCV のテンプレートマッチングで試行錯誤 • 判ったこと:使えなそう – 誤検出が多い – マッチングアルゴリズムが遅い 34
35.
ツールを作ろう(検討編 2) • もっと単純な方法で画像をマッチングする –
スプラトゥーンのシステムメッセージは ほとんどが、決まった位置に白色で表示される – 文字部分だけが黒く、残りが白い画像を加算し、加 算した後の画像のヒストグラムで判定する – 基本的に足し算、引き算で実現できるため 非常に高速に処理できる – 画面が真っ白なときに誤動作 →もともと白い画像は無視する 35
36.
IkaLogの画像マッチング (第一世代) 36 ソース映像 マスク画像
加算画像 + = = 正しいマスクを加算すると画像が真っ白になる 違うマスクを加算すると画像が真っ白にならない
37.
IkaLogの画像マッチング (第二・三世代) • 第二世代 –
「前景が白」だけでは他の場面で誤認識するケースが 増えてきた – 「背景が黒」「背景が白以外」のどちらかを 指定して、条件以外のドットが多ければ False-Positiveと判 断できるように拡張 • 第三世代 – 「前景がオレンジ」「前景が黄色」などを認識したい ケースがでてきた – 前景・背景ごとにHSV色成分などをして条件通り・ 条件以外のドットを検出できるように拡張 37
38.
入力画像から目的に色だけを取り出す 38 入力画像 黄色のみ 白のみ 黒のみ
39.
RGB色空間とHSV色空間 39 RGB色空間 HSV色空間
40.
数字の認識と機械学習
41.
数字の認識 • ゲーム中で使われているフォントは2種類 • 画面上に現れる数字フォントは1種類 •
フォントが判っているのだから、 認識できるはず • 試行錯誤の後、既存OCRエンジンの利用は断念 • 機械学習ベースの認識エンジンを実装 41
42.
既存OCRでの問題点 • Tesseract OCRを評価 –
認識率が安定しない – もともと文章を読み取るためのもの – 1∼2文字の文字、数字の認識は苦手 – 0, 8, 3 などを間違えることがある – Python 3.x のスクリプト上から 利用しづらかった • 既存の文章向けOCRエンジンよりも 単純で目的に適した認識方式を検討 42 文字として 認識されないことも
43.
kNN(K近傍法)の考え方 43 ● ● ● ● ■ ■ ■ ■ ? ▲ ▲ ▲ ▲ ? ? ? ? とてもシンプルな機械学習 標本 の傍にあるサンプルがどれかで
分類する。 K=1 の場合は最寄りのサンプルがある クラスに分類される。 K=3 の場合は近くに3つのサンプルがある クラスに分類される。
44.
kNNによる図形マッチングの例(1/2) • GitHub にソースあり –
https://github.com/hasegaw/opencv_knn_example/ • 三つのパターン ○ △ □ で画像を生成し、 kNNで学習する • ランダムに ○ △ □ から画像を生成し、その画 像の種類を判定する – KNN を用いてそれに近い画像を見つけ出す – 見つけた画像の種類から、問題図形の種類を特定 44
45.
kNNによる図形マッチングの例(2/2) 45 問題図形をランダムに 生成 K近傍法を用いて、学習済みの 図形から、もっとも近い図形を調べる 仕分ける ○ △
□ ○ 学習済み図形 ○ △ □
46.
KNNで見つけた「一番近い文字画像」で 画像を置き換え(1/2) • 各日本語フォント文字をPNG形式に変換 • 上記データをKNNで学習 •
画像を入力しグレースケールに変換 • 画像を文字サイズにあわせて分割、KNNで 各領域にもっとも近い文字フォントを調べる • 画像を文字に置き換え 46
47.
KNNで見つけた「一番近い文字画像」で 画像を置き換え(2/2) 47
48.
48 kNN による数値認識を実装後、はじめての テスト結果。10の位は文字画像の位置ズレで
誤認識が生じているが、1の位は100%認識 できた
49.
数字の認識 1)画面上の数字部分(位置固定)を切り抜き 2)縦・横のヒストグラムを生成し各文字の位置を特定 3)文字を検出用サンプルのサイズ(等幅)にリサイズ、 二値化 4)KNNにより既知の検出用サンプルと照らし合わせて 認識する 49
50.
死因の認識
51.
死因の認識 51
52.
死因の認識 • 「数値が認識できているから、 死因もなんとかなるだろう」 • 数字認識との共通点 – 目的の情報が白色なので二値化しやすい – 文字列の位置を特定し、切り抜きできる •
数字認識との相違点 – アニメーションにより、常にサイズが変化 52
53.
死因の認識(3) 死因のリスト 53
54.
死因の認識(3) • 基本は数字の認識と一緒 – 1文字単位ではなく文字列を一組として処理 –
文字列は左寄せして処理(したほうがいいのかはよく判っていない) • 認識率はそれほど高くないが、認識回数で精度を確保 – IkaLogは現在毎秒10フレームほど解析している – 下記例では、死因のメッセージ合計49fを解析し、 最多頻度は96gal_deco (18f, 36%) だった → 結果的に正解 54 votes={ 'supershot': 6, 'carbon_deco': 1, 'bucketslosher': 1, 'octoshooter_replica': 1, 'splashshield': 1, 'sshooter_collabo': 5, 'hotblaster': 2, 'pablo': 1, 'nzap89': 6, 'sharp_neo': 3, 'hotblaster_custom': 2, '96gal_deco': 18, '52gal': 1, 'hokusai': 1 }
55.
ブキの認識
56.
スプラトゥーンのブキ • スプラトゥーンでは、50種類を超えるブキから 好きなものを選んで利用できる • 全体的にバランスが取れているゲームだが 戦略や戦術、ブキの選択で優劣が発生する •
分析したい -> 画像認識 56
57.
スプラトゥーンのブキ画像リスト 57 スプラトゥーンのブキ 59種類(スライド作成当時)
58.
画像判別においてのチャレンジ • ブキ画像が小さい(47x45ドット・外枠込み) • 表示条件(背景・被る画像)が変わる •
誤判定すると後の統計結果に多大な影響が出る • 一回の判定に使えるのは画像1枚のみ 58 他の装備品が被っている 保護色(まだマシ) 保護色(マジつらい)
59.
ブキ認識アルゴリズム(第1∼3世代) 世代 特徴、利点 課題 -‐
すべての正解画像を保持しておき、 入力画像を比較 第三者著作物のデータをそのま まデータに含めて配布する必要 があった 第1世代 画像の色相ヒストグラムを特徴量とした 統計的手法(のちにK近傍法へ切替)。 認識率 80%以下 第1.5世代 第一世代の特徴量のまま、分類アルゴ リズムをKNNに切り替え 認識率が若干悪化 第2世代 (現在) 特徴量を色相ヒストグラムから”画像の 複雑さ”に変更 ・ラプラシアンフィルタなどを通して画像 の特徴量を算出 ・開発環境で99.99%〜の精度を実現 ユーザの環境(デバイス、設定差 異、設定ミス)により認識率が大 幅低下 第3世代 CNN(畳み込みニューラルネットワーク) を利用した深層学習 stat.ink投稿データで99.97%以上の 精度を実現 分類処理に要するCPU時間 学習データのサイズ、配布方法 59
60.
第1, 1.5世代 色相ヒストグラムによるブキ特徴量の算出 60 (まだバグがあった頃のバージョンの表示なので色がずれているけども) こんなかんじで特徴量を抽出していた
61.
ブキ認識テストの様子(かなり初期) 61
62.
第2世代 ラプラシアンフィルタを用いた特徴量の算出 62 入力画像 ラプラシアン フィルタ適用 グレー スケール 輪郭情報
特徴量画像 (合計64ドット) → 課題が浮かんできた • キャプチャデバイスの画質特性により特徴量が変化する • WiiUの出力解像度 (720p/1080p) により、 特徴量に差異が生じる • ユーザがキャプチャ関連ソフトでWiiU画像を間接取り込みし 本来のWiiUの信号とは異なる解像度、オフセットで入力され、 特徴量が変化する Thanks @itooon
63.
新しい特徴量算出方法での分類結果(1) 63
64.
新しい特徴量算出方法での分類結果(2) 64 テストデータは12000弱 正解の一覧は作っていないので目視で確認 多分、分類できている
65.
想定通りの特徴量となるケース、 ならないケース 65 IkaLog内部処理フォーマット ユーザが縮小した画像 720p ??? 1080p 720p
66.
ユーザから投稿されるデータの例 (解像度の違い) 66
67.
第3世代 - 深層学習によるブキ判定 67 Thanks
@itooon
68.
第3世代 ‒ 深層学習によるブキ判定 •
CNN を用いてブキ画像を学習(AlexNet, GoogleNet) • Caffeで動作確認後Chainerベースで再実装 – IkaLogが使うPython3ではCaffeが利用できない – WindowsでのCaffe利用が難しい – Chainer on Python3ではCaffeモデルが利用できず、 Chainer + Python3 で改めて実装、学習 68 Thanks @itooon
69.
第3世代 ‒ 深層学習によるブキ判定 •
驚異的な正答率 – 様々なユーザが投稿した数万ブキ画像の クラスタリングでほとんどミスなし(30件以下) • 学習はGPGPU必須、マッチングはCPUも可 300ms(CPU) 200ms(CPU w/Intel MKL) 50ms(GPU) 程度 8枚の画像が3秒以内に認識できれば十分現実的 69 Thanks @itooon
70.
第3世代 (CNNベース) ユーザ環境への導入に向けての課題 • モデルデータの肥大化が課題 400MB
(AlexNet) 100MB (GoogleNet) ←→ 1MB (KNN) 配布方法は?コスト対効果は? • CPU性能が確保できない場合は? – Core2世代などの非力なプロセッサの場合 – ストリーミングソフトウェア、 ソフトウェアビデオエンコーダとの共生 70
71.
第3世代 (CNNベース) 機械学習への利用 • CNNベースのほうがKNNベースより正答率 が高い – KNNベースの教師有り学習は手作業での分類な どに手間がかかる – KNNの教師有り学習にCNNの分類結果を利用で きれば手作業を減らすことができる •
CNNでユーザーの投稿データを分析し、 KNNのモデル生成に活用することも検討 71
72.
Webcam サポート ※ ソースコードは
GitHub にありますが、現在開発中の 機能であり、一般ユーザー向けには提供していません。
73.
Webcamサポート • HDMIキャプチャデバイスを持っている人は 少ない – ゲーム実況をするニコ生主などなら 持っているが… – 新たに購入しようとすると、約2万円の投資 • HDMIキャプチャの代わりにWebカメラを利 用できないか? 73
74.
Webcam サポート(イメージ) 74 1) TV、ディスプレイに
Webcam を向ける 2) WiiU のホーム画面を表示 3) IkaLog で Webcam を介して ワープ キャリブレーション 4) 以後 IkaLog は画面と認識した範囲に対して処理を行う
75.
Webcam経由の動画サンプル (会場のみ) 75
76.
OpenCVサンプル find_obj.py (1) 76
77.
OpenCVサンプル find_obj.py (2) 77
78.
HDMIキャプチャと間接キャプチャの比較 78 HDMIキャプチャ (H264録画) Webcamによる間接キャプチャ 雑なカラーコレクション適用済み
79.
Webcam経由の入力状況 • 「既知の画像」(WiiU ホーム画面)を 画面上に出して、キャリブレーション •
720p (1280x720) の画面を 5pxぐらいの 精度で取り込める • 白色が (255,255,255) にならないため 何らかの対策が必要 – カラーバランス、ガンマ調整 – IkaLog 内の画像検出のスレッショルド変更 79
80.
Webcam 対応の課題点と これまでに得られた知見 • もし、このような「変な使い方」をするときは 自動調整機能をオフにできるWebcamがオススメ –
カラーバランスが固定できること – コントラストが固定できること – オートフォーカスをオフにできること • プラズマTVは明るすぎて Webcam の ダイナミックレンジが追いつかない? EL液晶は? • 新しめのスマートフォンのカメラも非常に優秀 80
81.
よさそうな WebCam の一例 81 Logicool
の Webcam はカラーバランス、コントラスト、フォーカスを 固定できるのでこのような用途に向いている(アキヨドで試して購入した) ただし上記の固定機能は Windows 専用。 Mac では実装されていない(怒
82.
まとめ 82 画像処理のノウハウ • OpenCV 3.0で高速に マスク処理、スコア算出 •
スプラトゥーンの画面は 検出しやすい (ほぼ位置固定・白色文字) 機械学習すごい • K近傍法は簡単に使える • 特徴量の計算方法が ポイントになる そのほか • 情報の見える化、大事 • 一人では全部できない • スプラトゥーン楽しい
83.
質問タイム? 83 らぴす (2000-‐2014)
84.
マンメンミ! (ありがとうございました)
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