UE4学习笔记--AI行为树架构

虚幻4AI行为控制采用事件驱动模式，需由行为树和黑板配合使用的，行为树执行AI逻辑，黑板通过黑板变量来存储AI数据，
黑板变量的改变事件驱动AI行为树的逻辑执行。

一、控制器-行为树关联：

每个AI都有自己的控制器（AIController），AI控制器上有两个组件负责其行为：行为树组件BehaviorTreeComponent和黑板组件BlackboardComponent，当AI生成时，会在Controller上初始化这两个组件，执行AI行为树。

另外，当前世界所有AI的行为树都由世界的AI系统里的BehaviorTreeManager来管理，BehaviorTreeManager有一个数组ActiveComponents存放世界中所有激活的行为树。

AI人物出生时会生成controller，在controller中初始化黑板和行为树(AAIController::RunBehaviorTree()),当BehaviorTreeComponent执行StartTree()方法时，会将此行为树添加到BehaviorTreeManager的行为树数组里：

BehaviorTreeComponent::ProcessPendingInitialize()：

行为树在被添加到Manager的数组中后，BehaviorTreeManager会从根节点按递归方式深度优先遍历整个行为树，初始化该行为树的所有node节点（BehaviorTreeManager::LoadTree），Manager对行为树节点的初始化工作主要为：
1）设置每个节点的父节点；
2）设置每个节点的执行顺序索引；
3）设置每个节点的下一执行节点；
4）设置每个节点在行为树中的深度；
5）设置每个节点数据所占的内存大小。

这样每个节点初始化并互相关联后，整个行为树也完成了初始化。

二、行为树节点设计：

下图为虚幻4行为树节点的UML图：

（一）BTNode:

UBTNode类是抽象类，为所有行为节点类的基类，主要有以下属性：
1）ParentNode--父节点；
2）NextExecutionNode--该节点在行为树中的下一执行节点；
3）ExecutionIndex --执行序号（深度优先）；
4）TreeDepth--节点在行为树中的深度；
5）MemoryOffset-- 内存偏移。

这些节点的基本属性会在行为树初始化时由BehaviorTreeManager初始化。

（二）BTCompositeNode:

BTCompositeNode即复合节点，复合节点分为3类：Selector、Sequence、SimplepParallel

1.Selector :

从左向右依次执行其子节点，当其任意子节点执行成功时停止继续执行。
如果任意子节点执行成功，Selector节点返回成功；如果所有子节点都执行失败，Selector节点返回失败。

Selector节点，执行某一个任务

2.Sequence:

从左向右依次执行其子节点，当其任意子节点执行失败时停止继续执行。
如果任意子节点执行失败，Sequence节点返回失败；如果所有子节点都执行成功，Sequence节点返回成功。

Sequence节点，执行序列任务

简单来说，Selector节点即选择器节点，为了选择执行一系列子任务中的某一个而使用，故有一个子节点执行成功即可；Sequence节点为序列节点，是为了执行一个序列任务而使用的，所以需要序列中所有任务都执行成功，有一个执行失败都不行。

3.SimplepParallel:

为简单并行节点，通常用来处理并发行为。运行执行两个子节点：一个必须为task节点A，另一个为一个分支树B。可以理解为，如果执行A任务，那么B也会执行，A是首要任务，B是次要任务。

Simple Parallel节点

 

（三）AuxiliaryNode:

AuxiliaryNode即辅助节点，主要分为Service（服务）和Decorator（装饰器）。
辅助节点提供了TickNode方法，也就是说这类节点是可以每帧（或一定时间间隔）都执行的。

1.Service :

Service即服务，行为树的Service节点被设计成用来更新AI“知识”的task节点的“后台”。
Service可以附着在复合节点或者task节点上，当Service节点下面的分支被激活时Service节点会被执行。
但与task节点不同，Service节点不会有任何返回值，也不会直接影响执行流程。
通常，它们通过Tice定期检查并向黑板中存储结果。

主要属性：
1）Interval Tick时间间隔；
2）RandomDeviation Interval的随机偏差；
3）bCallTickOnSearchStart控制初始时调用TickNode。

Service节点可以附着在复合节点Selector或者Task节点上

 2.Decorate的中断方式:

Decorate即装饰器，可以附着在复合节点或者Task节点上：

Decorator节点可以附着在复合节点Selector或者Task节点上

行为树中装饰器主要有2个作用：
1）用作条件判断；
2）控制行为树执行流的打断和跳转。

Decorator的ObserverAborts选项值控制其所发挥的作用，

当用作条件判断时，ObserverAborts值为None。此时若Decorator节点的判断条件满足，则会执行其所附着的复合节点或Task节点,反正则不执行。
另外，Decorator节点还有一个InverseCondition选项，其作用是另判断条件反转。
当我们需要自定义装饰器节点时，需要在节点的CalculateRawConditionValue()里编写条件判断逻辑。

BTDecorator.h

ObserverAborts值不为None时，可实现中断正在执行的任务：
1）值为Self时，当条件不满足时，可以中断所在节点的任务和子任务，执行比所在节点优先级更低的任务和子任务；
2）值为LowPriority时，当条件满足时，可以中断比所在节点优先级更低的任务和子任务，执行所在节点的任务和子任务；
3）值为Both时所在节点和低优先级节点都会被中断。

需要注意，Decorator节点的中断模式受其父节点CompositeNode影响，CompositeNode包括Selector、Sequence、SimplepParallel,这些节点里提供了接口为Decorator返回中断模式：

BTCompositeNode.h

CanAbortLowerPriority() 默认true
CanAbortSelf() 默认true

子类中重写了该方法：

Selector:  CanAbortLowerPriority() true   CanAbortSelf() true

Sequence:  CanAbortLowerPriority() false   CanAbortSelf() true

SimpleParallel:  CanAbortLowerPriority() false   CanAbortSelf() false

1）当父节点为Selector节点时，既能中断自己（Self），也能中断优先级更低的任务（LowPriority）；
2）当父节点为Sequence节点时,只能中断自己（Self），不能中断优先级更低的任务（LowPriority）。

之所以不让Sequence中断优先级更低的任务，我的理解是因为如果从后面节点跳转到前面节点这样就破坏了sequence的执行顺序，违背了Sequence的设计初衷。

父节点为Selector的装饰节点的中断方式

 

父节点为Sequence的装饰节点的中断方式

 

父节点为Sequence，中断方式为Self时，若条件不满足，会从Task1跳出

 

父节点为Selector，中断方式为Self时，若条件不满足，会从Task1跳出

 

父节点为Selector，中断方式为LowPriority时，若条件满足，会从其他节点跳转到Task1

 

父节点为Selector，中断方式为Both时，若条件不满足，会从Task1跳出；若条件满足，会从其他节点跳转到Task1

（四）BTTaskNode:

TaskNode节点是行为树的叶子节点，用于执行具体的实际行为。主要提供以下接口：

1）ExecuteTask（）：执行该任务，返回Succeeded, Failed 或者 InProgress，
如果返回的是InProgress，使用FinishLatentTask()方法。

2）AbortTask（）：中断任务，返回值为Aborted或InProgress，
如果返回的是InProgress，使用FinishLatentAbort()方法。

 

 

小结：
1）AI控制器拥有行为树和黑板组件，行为树和黑板配合使用；
2）BehaviorTreeManager统一管理世界所有AI的行为树；
3）行为树初始化按递归方式深度优先遍历整棵树；
4）Selector从左往右执行其子节点，直到一个达成，则 Select 达成并返回上层，否则失败并返回上层；
5）Sequence从左往右执行其子节点，直到一个失败，则 Sequence 失败并返回上层，否则达成并返回上层；
6）SimplepParallel通常用来处理并发行为，运行执行两个子节点：一个首要任务，一个次要任务；
7）Service和Decorator都可以附着在复合节点或者Task节点上；
8）Service节点不会有任何返回值，也不会直接影响执行流程；
9）Decorator节点可用于条件判断或者控制行为树执行流的打断和跳转；
10）ObserverAborts值为Self时，当条件不满足时，可以中断所在节点的任务和子任务，执行比所在节点优先级更低的任务和子任务；
11）ObserverAborts值为LowPriority时，当条件满足时，可以中断比所在节点优先级更低的任务和子任务，执行所在节点的任务和子任务；
12）ObserverAborts值为Both时所在节点和低优先级节点都会被中断；
13）当父节点为Selector节点时，Decorator既能中断自己（Self），也能中断优先级更低的任务（LowPriority）；
14）当父节点为Sequence节点时，Decorator只能中断自己（Self），不能中断优先级更低的任务（LowPriority）；
15）BTCompositeNode保存了身上所有的Service节点，以及所有的Children节点，Children节点包含CompositeNode\TaskNode\Decorate；
16）TaskNode必为叶子节点。

 

 

以上。