unity行為樹簡介

目前在Unity3D游戲中一般復雜的AI都可以看到行為樹的身影，簡單的AI使用狀態機來實現就可以了，所以這里我也是簡單的學習下，為以后用到做准備。

 

行為樹的概念出現已經很多年了，總的來說，就是使用各種經典的控制節點+行為節點進行組合，從而實現復雜的AI。

       Behavior Designer插件里，主要有四種概念節點，都稱之為Task。包括：

       (1) Composites  組合節點，包括經典的：Sequence，Selector，Parallel

       (2) Decorator 裝飾節點，顧名思義，就是為僅有的一個子節點額外添加一些功能，比如讓子task一直運行直到其返回某個運行狀態值，或者將task的返回值取反等等

       (3) Actions     行為節點，行為節點是真正做事的節點，其為葉節點。Behavior Designer插件中自帶了不少Action節點，如果不夠用，也可以編寫自己的Action。一般來說都要編寫自己的Action，除非用戶是一個不懂腳本的美術或者策划，只想簡單地控制一些物件的屬性。

       (4) Conditinals 條件節點 ，用於判斷某條件是否成立。目前看來，是Behavior Designer為了貫徹職責單一的原則，將判斷專門作為一個節點獨立處理，比如判斷某目標是否在視野內，其實在攻擊的Action里面也可以寫，但是這樣Action就不單一了，不利於視野判斷處理的復用。一般條件節點出現在Sequence控制節點中，其后緊跟條件成立后的Action節點。

 

 

行為樹(Behavior Tree)具有如下的特性：
 
  它的4大類型的節點：1. Composite 2.Decorator 3.Condition 4. Action Node
  任何Node被執行后，必須向其Parent Node報告執行結果：成功 / 失敗。
  這簡單的成功 / 失敗匯報原則被很巧妙地用於控制整棵樹的決策方向。

一： Composite Node（組合節點）

 

Composite 節點按照復合性質還可以細分為3種：

  * Selector Node

    當執行本類型Node時，它將從begin到end迭代執行自己的Child Node：
    如遇到一個Child Node執行后返回True，那停止迭代，
    本Node向自己的Parent Node也返回True；否則所有Child Node都返回False，
    那本Node向自己的Parent Node返回False。

  * Sequence Node

    當執行本類型Node時，它將從begin到end迭代執行自己的Child Node：
    如遇到一個Child Node執行后返回False，那停止迭代，
    本Node向自己的Parent Node也返回False；否則所有Child Node都返回True，
    那本Node向自己的Parent Node返回True。

  * Parallel Node

    並發執行它的所有Child Node。
    而向Parent Node返回的值和Parallel Node所采取的具體策略相關：
    Parallel Selector Node: 一False則返回False，全True才返回True。
    Parallel Sequence Node: 一True則返回True，全False才返回False。
    Parallel Hybird Node: 指定數量的Child Node返回True或False后才決定結果。

 

    Parallel Node提供了並發，提高性能。
    不需要像Selector/Sequence那樣預判哪個Child Node應擺前，哪個應擺后，
    常見情況是：
    (1)用於並行多棵Action子樹。
    (2)在Parallel Node下掛一棵子樹，並掛上多個Condition Node，
       以提供實時性和性能。
    Parallel Node增加性能和方便性的同時，也增加實現和維護復雜度。

  PS：上面的Selector/Sequence准確來說是Liner Selector/Liner Sequence。
  AI術語中稱為strictly-order：按既定先后順序迭代。
 
  Selector和Sequence可以進一步提供非線性迭代的加權隨機變種。
  Weight Random Selector提供每次執行不同的First True Child Node的可能。
  Weight Random Sequence則提供每次不同的迭代順序。
  AI術語中稱為partial-order，能使AI避免總出現可預期的結果。

  二：Decorator Node（裝飾節點）

裝飾節點的功能正如它的字面意思：它將它的Child Node（孩子節點）執行后返回的結果值做額外處理（裝飾）后，再返回給它的Parent Node（父節點）。很有些AOP的味道。
 
  比如Decorator Not/Decorator FailUtil/Decorator Counter/Decorator Time…
  更geek的有Decorator Log/Decorator Ani/Decorator Nothing…

三：Condition Node（條件節點）

條件節點很直白，它僅當滿足Condition節點的條件時返回True。

四：Action Node（行為節點）

行為節點是完成具體的一次(或一個step)的行為，視需求返回值。
而當行為需要分step/Node間進行時，可引入Blackboard進行簡單數據交互。

 

注意：

  整棵行為樹中，只有Condition Node和Action Node才能成為Leaf Node（葉子節點），而也只有Leaf Node才是需要特別定制的Node；Composite Node和Decorator Node均用於控制行為樹中的決策走向。(所以有些資料中也統稱Condition Node和ActionNode為Behavior Node，而Composite Node和Decorator Node為Decider Node。)
更強大的是可以加入Stimulus和Impulse，通過Precondition來判斷masks開關。
 
  通過上述的各種Nodes幾乎可以實現所有的決策控制：if, while, and, or, not, counter, time, random, weight random, util…

 

總的來說

行為樹具有如下幾種優點，確實是實現AI框架的利器，甚至是一種通用的可維護的復雜流程管理利器：

 

> 靜態性

  越復雜的功能越需要簡單的基礎，否則最后連自己都玩不過來。
  靜態是使用行為樹需要非常着重的一個要點：即使系統需要某些"動態"性。
 
  其實諸如Stimulus這類動態安插的Node看似強大，但卻破壞了本來易於理解的靜態性，弊大於利。
  Halo3相對於Halo2對BT AI的一個改進就是去除Stimulus的動態性。取而代之的做法是使用Behavior Masks，Encounter Attitude，Inhibitions。
  原則就是保持全部Node靜態，只是根據事件和環境來檢查是否啟用Node。
 
  靜態性直接帶來的好處就是整棵樹的規划無需再運行時動態調整，為很多優化和預編輯都帶來方便。

> 直觀性

  行為樹可以方便地把復雜的AI知識條目組織得非常直觀。默認的Composite Node的從begin往end的Child Node迭代方式就像是處理一個
  預設優先策略隊列，也非常符合人類的正常思考模式：先最優再次優。
 
  行為樹編輯器對優秀的程序員來說也是唾手可得。

 

 

> 復用性

  各種Node，包括Leaf Node，可復用性都極高。實現NPC AI的個性區別甚至可以通過在一棵共用的行為樹上不同的位置來安插Impulse來達到目的。當然，當NPC需要一個完全不同的大腦，比如70級大BOSS，與其絞盡腦汁在一棵公用BT安插Impulse，不如重頭設計一棵專屬BT。

 

 

> 擴展性

  雖然上述Node之間的組合和搭配使用幾乎覆蓋所有AI需求。
  但也可以容易地為項目量身定做新的Composite Node或Decorator Node。
  還可以積累一個項目相關的Node Lib，長遠來說非常有價值。

 

Conditional Abort 機制

Conditional Abort允許你的行為樹動態的響應變化，而不是被各種中斷/執行的任務搞的你的樹亂七八糟。這一特性跟虛幻4中的Abort很相似，很多行為樹，都會在每幀重新評估整顆樹。ConditionAbort是一個優化算法，讓你不必每次返回整顆樹。

如下圖：

非Abort模式：當這棵樹運行的時候，Conditional會返回Success，然后Sequence會執行下一個子節點，Wait。Wait節點會等待10秒鍾。

當Wait節點正在運行的時候，假定Condition發生了變化返回了Failure,Wait也不會停止，會一直等待10秒結束。

Abort模式：如果Sequence的Abort被激活，那么Conditional節點會發起一個abort，當Wait處於Running狀態時，如果Conditional狀態發生變化，會中斷wait的執行。Condtional Abort可以在任何的 組合節點獲取。

 

 

我的解讀：

Conditional Abort，只能由條件節點發起，這是因為只有條件節點會判斷當前條件，並且在條件變化時，發起中斷信息，終止一個正在Runing的行為節點。

【1】存在 Conditonal 節點

【2】存在Action節點，並且這個節點不是立刻返回，而是需要返回 Runing的。

【3】Action的節點的運行，依賴於Conditional節點的返回值。

【4】當條件變化時，Conditional節點返回一個abort請求

【5】那么誰來捕獲這個Conditional變化呢？可以Conditonal的父節點，或者是Conditional父節點的兄弟節點。(裝飾節點)

【6】當捕獲到Abort之后干什么呢？中斷當前running的節點，從新評估整顆樹。

【7】好處是什么呢？動態改變行為樹的執行順序，不必非等到Wait節點10秒鍾執行完畢，才重新檢索整棵樹，才檢測Conditional的返回值。

然后我們來看看有幾種中斷類型：

None：這是默認的行為，不會中斷，一旦Wait開始運行，他就必須傻了吧唧的運行完10秒鍾，哪怕期間條件變化了。

比如，你發現周圍沒人，決定休息10秒，然后敵人來了，你還在休息，敵人把毫無反抗的你給啪啪啪了。

Self：這是自身條件中斷，Conditional Abort只能中斷同級（擁有相同的父節點（裝飾節點）的Action節點。

比如，你剛決定休息，休息了不到1秒，敵人來了。你決定中斷休息這個行為，開始做點什么，而不是坐以待斃。

Lower Priority 代表中斷低優先級節點，

行為樹，越靠左邊，優先級越高，越靠右邊，優先級越低。

Lower Priority意義在於當一個高優先級裝飾節點A下的Condiontal子節點發生變化時，他只能中斷一個低優先級的Action節點（跟A節點同級，但在A節點右側的Action節點）。

假設一個AI包含有 回避 攻擊 休息三個模塊（大分支）

1-你正在攻擊，這時候有人朝你開槍了，回避分支發現了這個問題，要求你先保命，於是中斷了你的攻擊分支。

2-而如果你正在回避，這時候回避分支自身發生了變化——攻擊你的人死了——他不會中斷你當前的回避行為。

 

Both綜合Self和Lower Priority的中斷

 

1-你正在攻擊，這時候有人朝你開槍了，回避模塊發現了這個問題，要求你先保命，於是中斷了你的攻擊行為。

2-而如果你正在回避，這時候回避模塊發生了變化——攻擊你的人死了——那你還回避干屁，於是回避行為也終止了。

最后在總結一下干貨：

Conditional Abort由 Conditonal節點發起，由Composite節點截獲，並決定是否要abort。

如果決定Abort，會從發起Abort的節點開始，重新評估。

Self 是指：同根的節點

Lower 則是指：和發起Abort的父節點（Composite）相對而言，低優先級的節點。

如上圖，Sequence節點選擇了Lower Priority ，那么當子節點Action在Running狀態時，子節點的Conditional是中斷不了的，但是當右側的Sequence下的Action在Running狀態時，如果左側的Conditional條件發生了變化，是可以另樹的邏輯重新執行，執行自己的Action而中斷右側Sequence（低優先級裝飾節點）下的Action。

並且此時左側Sequence下的Conditional擁有一個帶有循環圖案的對號。

Conditional Abort條件是可以嵌套的，如下圖：

當能看見，和能聽見，任何一個節點返回True的時候，將執行Action。

一個恰當的例子，比如，一個守衛，當他看見敵人，或者聽到異常聲音的時候，他會開始巡邏一圈。

Selector被設置成LowerPriority，這樣，當“聽”和“看”條件變化時，可以中斷巡邏Action。

當敵人不見蹤影，也沒了聲音，守衛開始懷疑自己是不是幻聽幻視了，中斷巡邏。

Sequence被設置成LowerPriority，是希望Selector被重新評估時，他可以中斷比Sequence優先級低的其他節點上正在運行的行為。

比如，現在CanSee和CanHear都是返回False的，因此巡邏Action是不執行的。

假設Sequence的兄弟節點，有個抽煙的動作正在Runing。這時候風吹草動了，即CanSee和CanHear條件發生變化時，抽煙Action會中斷，而巡邏Action會被執行。

但是如果Sequence是Self而不是LowerPriority的話。即使風吹草動了，他也不會終止抽煙而開始巡邏的。

這里LowerPriority改成Both也是可以的，雖然這並沒有多大意義。

而Selector，如果他沒有被設置為Both或者LowerPriority，那么這兩個條件發生變化，這個Sequence根本不會被重新執行，也無法執行中斷巡邏Action，那么肯定也無法中斷Sequence的低優先級節點。