UE4学习笔记--EQS系统

最近在研究虚幻4引擎的EQS系统，看了下官方对EQS的解释文档（官方文档链接：https://docs.unrealengine.com/en-US/Engine/ArtificialIntelligence/EQS/index.html）及相关源码，熟悉了EQS在AI制作时的应用和使用，文章为本人学习之余所整理笔记，如有纰漏欢迎指正交流。

一、EQS原理：

EQS（Environment Query System），直译为环境查询系统，可以理解成对当前场景状态的扫描或者检查，往往配合AI行为树一起使用。其实现原理比较好理解，简单来说就是将场景环境划分，一般来说是按密度划分成一个一个点，当然也可以以场景元素Actor来进行划分，将环境划分好后，再按照相应的设定规则对划分项（点或Actor）进行打分，最后得分最高的Item即为系统所找到的最优查询结果。EQS系统将其最优查询结果告知AI,AI行为树则会对来其进行相应的决策及执行。

二、EQS组成部分：

使用EQS前我们最好知道EQS的都由哪些部分组成，各部分的分工都是什么。虚幻4官方文档对其各个组成部分的名词解释已较为详细，以下是本人对官方文档中名词解释的简单整理:

1.EnvironmentQuery(环境查询资产)

EQS资产，我的理解一个EQS资产就是一个可供AI使用的EQS实例。它相当于是一个容器，里面装着根据不同需求设计好的各种查询规则（即Genetators和Tests）。我们做好一个EQS资产后，最终，其会在AI的行为树节点中实例化，并在行为树节点运行时执行EQS相关功能，执行结果也会保存为黑板变量供行为树来决策使用。

2.Genetators(采样生成器)

采样生成器规定了我们EQS的采样点的生成规则。它以某一种规则在使用者周围进行参考点选取，将选取的采样点（可能是位置点也可能是Actor）用于测试。

如图，我们打开创建好的环境查询资产EnvironmentQuery后，在根节点下拉即可创建需要的Genetators。目前引擎提供的Genetators有以下这些：

• Actors Of Class 采样场景中的Actor对象，按类型匹配，使用所匹配的Actor对象作为采样点（可以设置采样中心参照点及查询半径范围）；
• Composite 复合多种生成器，用来组合生成器使用；
• Current Location 使用当前位置作为采样点；
• Points Circle 环形点生成器，选取方式使用参考点向四周转圈发射射线。如果触碰到任何物体则将碰撞位置作为采样点，如无碰撞则以设定最大半径为采样点（可以设置采样查询半径及发射间隔角度）；
• Points Cone 锥形点生成器；
• Points Donut 环状点生成器，区别于Circle，此生成器如同水波，一层一层向外扩散，直到最大半径；
• Points Grid 简单的格子点生成器，不对采样点进行路径规则校验，导航不可达位置也将被收集；
• Points Pathing Grid 路径格子点生成器，采样点必须是导航可达，需要满足导航规则校验；

3.Tests(测试规则)

测试规则的作用为对采样生成器找到的采样点进行打分或剔除，最后从通过所有测试规则的采样点中找到打分最高的采样点，即为EQS查找到的最优结果。当我们在EQS资产中创建好采样生成器Genetators之后，就可以在Genetators上添加各种Tests,目前引擎提供了一下Tests供使用：

• Distance 距离测试，将采样点与参照内容进行距离测试，默认是距离越远分数越高，反之可将ScoringEquation设置为InverseLinear；
• Dot 点乘测试，用于朝向方位打分，得分区间为0-1，默认正面为1背面为0，可勾选AbsoluteValue，正面、背面为1，左右两边为0；
• Gameplay Tags 标签测试，用于根据Tag对采样点进行类型查询及剔除；
• Overlap 通道测试，用于根据通道标记对采样点进行查询及剔除； 
• Pathfinding 寻路测试，将采样点与导航进行测试，可达则分数1，不可达为0，会返回一个可达的采样点；
• Pathfinding Batch 批寻路测试，与上面不同的是它会返回所有可达点，供下个测试项目使用；
• Project 投射测试，用于修正采样点位置，分为导航投射和碰撞投射；
• Trace 射线测试，存在遮挡分数为1，不存在为0；
• 此外，用户也可以根据需要自己编写测试规则。

每个Tests还需设置其TestPurpose,即测试目的，有以下三种：

• Score Only 仅打分，根据规则为采样点打分；
• Filter Only 仅筛选，使用规则对采样点进行踢除，用于缩小测试范围，将符合筛选条件的进行保留，负责踢除；
• Filter and Score 筛选并打分，综合上两种操作。

4.EnvQueryContext(查询内容)

查询内容可配置在Genetators或Tests上，在测试节点中，针对不同的测试方式需要选取不同的参照物进行测试参与。Context的功能便是提供参照物，拿采样得到的每一个点，分别与Context进行测试比较，然后将结果以分数形式标记于采样点。

EnvQueryContext默认提供了4种参照物返回方式：

 

• Provide Single Location 提供一个三维向量在测试环节中与采样点进行比对；
• Provide Single Actor 提供一个Actor在测试环节中与采样点进行比对；
• Provide Location Set 提供一组Actor在测试环节中与采样点进行比对；
• Provide Actors Set 提供一组三维向量在测试环节中与采样点进行比对；

三、EQS使用：

EQS目前在虚幻4引擎中是还一个测试功能，默认并没有开启。我们如需使用的话需提前手动开启引擎EQS功能。具体方法如下：
Edit - Editor Preferences - General - Experimental - AI - Environment Querying System

开启好后，就可以使用EQS了，具体使用步骤根据前文整理如下：

1. 创建AIPawn、AIController及AI行为树；
2. 创建EQS资产（Environment Query）；
3. 在EQS资产中添加采样生成器Generators用于收集采样点；
4. 根据需求向Generators中添加测试规则及EnvQueryContext；
5. 行为树中添加EQS查询节点；
6. EQS查询节点设置对应的EQS资产及结果黑板变量；
7. AI行为树根据EQS结果黑板变量进行决策。

四、显示EQS环境信息：

UE4的GameplayDebugger可在编辑器模式下实时显示特定游戏数据，我们可以通过它来查看AI在使用EQS时环境查询的实时信息，包括EQS受击到了哪些采样点，以及每个采样点通过Tests的最终打分结果，十分直观方便。
可以在Edit - Project Setting - Engine - Gameplay Debugger 进行相关设置。
当项目运行时，把准星对准AI，再按撇号键（回车键左边那位），就可以打开Debugger（再按关闭），可以实时显示某个AI当前的EQS环境信息以及一些运行时状态和行为树执行流。

后续我会继续深入研究EQS系统，并对相关引擎源码进行分析，本文会持续更新。