cocos creator主程入門教程（十一）—— 有限狀態機和行為樹

五邑隱俠，本名關健昌，10年游戲生涯，現隱居五邑。本系列文章以TypeScript為介紹語言。

 

本篇介紹有限狀態機和行為樹。有限狀態機用於有限的狀態下的AI，由於同時只能處於一個狀態，多個狀態需要多個有限狀態機，一般用於簡單的AI行為。行為樹是基於固定行為，通過遍歷樹來決定采用哪種行為。行為的設計和執行采用解釋器模式，由策划設計數據，程序解析執行，行為組合的靈活性高，比較適合劇情NPC。但當樹比較深、分支比較多時，遍歷的效率就需要考慮優化。一般我們認為有限狀態機執行的性能優於行為樹，但不能勝任復雜、靈活的AI設計。而行為樹則比較適合復雜、靈活的AI設計。

 

先介紹下有限狀態機。考慮在一個類似《刀塔傳奇》的橫版動作卡牌游戲的戰斗里，每個英雄有出場、站立、走位、受擊、吟唱、施法等狀態。英雄每時每刻只能處在這些狀態中其中一個狀態，每個狀態都有自己的邏輯，狀態的改變都由事件驅動。像這樣簡單的AI，可以使用有限狀態機來實現。

有限狀態機包括幾個要素：

1.狀態，狀態機同時只能處於一個狀態，在指定狀態下有相應的邏輯，例如行走狀態，播放行走動畫，每幀修改英雄的x、y值

2.事件，事件是狀態轉變的觸發器，包括內部事件和外部事件。例如最近的敵人達到攻擊距離，觸發從行走狀態轉變為站立狀態。CD時間到達，觸發從站立狀態轉變為施法狀態

3.狀態轉變，狀態間可以相互轉變，轉變過程有對應的邏輯。例如從行走狀態轉變為站立狀態，播放站立動作。

 

現在來介紹下行為樹。在RPG游戲中，地圖上存在一些劇情NPC，不同的劇情下，NPC的行為會不一樣。這些NPC的行為可以通過行為樹進行管理。行為樹是在固有行為集下，進行行為抉擇的AI算法。行為樹包括數據解析、邏輯控制、行為執行三部分。

行為樹數據由節點組成，每個節點有對應的行為類型、參數、返回值。節點有一個子節點數組，通過這種方式將節點組織成樹狀。

export class BehaviorNode {
    private type: number = 0;
    private params: any = null;
    private retVal: any = null;
    private subBehaviors: Array<BehaviorNode> = [];
}

　　

邏輯控制節點都有子節點，邏輯控制指的是跟編程類似的if條件判斷、while循環、串行執行、並行執行等。if行為如果返回true，執行子節點行為，子行為結束則整體行為結束。while行為如果返回true，執行子節點行為，如果子節點結束，重置子節點重新執行。串行行為，子節點一條一條的依次執行，子節點結束則整體結束。並行行為，子節點同時執行，子節點結束則整體結束。

 

行為樹的葉節點是實際行為執行的節點，在開發一款RPG游戲時，需要根據劇情需要，提煉出角色的細粒行為，例如行走、對話、播放表情、切換動畫、觸發戰斗等。一般地，RPG都會開發一個對應的劇情編輯器，對地圖上的NPC進行行為設定，導出對應行為的參數。游戲加載這些數據，解析生成行為樹，NPC每幀執行行為樹，葉節點行為有對應的執行方法，方法的參數為行為節點的參數。

private _parseWalkData(): BehaviorNode {
    // TODO 二進制數據解析為json
}

　　

public execBehavior(b: BehaviorNode): void {
    if (!b) {
        return;
    }

    switch(b.type) {
        case BehaviorType.WALK:
            this.execWalk(b);
            break;
    }
}

　　

private _execWalk(b: BehaviorNode): void {
    let actorId = b.params.id;
    let destGridX = b.params.destGridX;
    let destGridY = b.params.destGridY;
    
    let actor = map.getActor(actorId);
    let curGridX = actor.gridX;
    let curGridY = actor.gridY;
    let loadGrids = AStar.findLoad(curGridX, curGridY, destGridX, destGridY);
    actor.setLoad(loadGrids);
}

　　

一般地，游戲地圖中的物件都可以掛載行為樹，地圖本身、角色、地圖物品等，將一個劇情的復雜行為，分拆到每一個地圖物件上，通過劇情任務作為條件區分觸發，簡化行為的組織。程序員只負責將策划的設定提取出細粒行為，編寫對應的數據解析和執行方法，由策划使用編輯器編輯數據，由數據驅動劇情的推進。

 

有限狀態機和行為樹先說到這里，下一篇我們將介紹狀態同步。