行为树及其实现
第一次听说行为树还是在2011年珠三角技术沙龙上Akara的分享, 这里也有个不错的视频系列. 可惜此后一直未有机会实践. 这两天趁着假期用C写了实现(github repo). 顺便填填博客的坑.
背景
在游戏AI中, 常见的实现有决策树、状态机等, 它们各自存在着不足. 以状态机FSM为例, 它非常难以通用和扩展, 状态转化的复杂度随着每个新增状态将变得越发缭乱. 考虑到可能存在多个并行的状态机, 它们之间的交互更是复杂交错, 难解难分. 于是大神们创造了行为树(BehaviourTree),
行为树
(这张高大上的图片来自这里)
显而易见, 行为树作为一棵树, 必然有中间节点和叶子节点, 它们分别负责选择节点和执行AI逻辑. 在游戏中, 一般是每帧或者核心状态变化时执行行为树的Update(或称Tick)接口, 该接口从树根开始通过中间节点进行判断, 以此搜索到叶子节点.
叶子节点
叶子节点通常执行具体的动作, 一般需要提供以下回调:
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enter: 进入叶子节点, 一般用于初始化状态, 分配内存等
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excute/tick: 执行具体的AI逻辑
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exit: 退出叶子节点, 一般用于清理状态, 回收内存等
其中, excute/tick的执行结果分为完成和执行中两种运行状态. 行为树每次执行时, 可以从树根开始重新搜索, 也可以记忆最后一个返回执行中的子节点, 从该节点开始执行, 两种方式各有利弊.
中间节点
中间节点通常作为选择节点, 负责确认子节点中的执行顺序, 可以泛泛的分为以下几种:
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顺序(sequence): 自左往右顺序执行子节点
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随机(random): 随机执行一个子节点
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优先(priority): 自左往右顺序执行子节点直到其中一个返回成功
黑板
考虑到节点之间或者行为树之间的输入输出, 引入了 黑板(blackboard) 的概念, 分为几种:
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global: 所有行为树共享
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per-tree: 一棵行为树的黑板, 该树的所有节点共享
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per-node: 单个节点的黑板, 主要用于节点
实现
来自育碧的finney用800行C++代码做了实现. 于我而言, 其封装层次过深, 略显臃肿(当然逻辑还是很清晰的), 且OO为个人不太喜欢的继承, 因此花了一天多的时间, 以组合的形式来面向对象,用400行代码完成了一份C的实现. 考虑到其中不少工作是在维护虚函数表, 如果换成C++实现, 相信200行代码足以, XD.
这里简单描述下API:
30 void *node_create(struct node_callbacks *cbs, void *blackboard); 创建一个子节点, cbs为回调集合. blackboard为按需初始化的per-node黑板, 当然你也可以在node的enter回调中设置.
33 void *branch_create(int type, int num, void **nodes); 创建中间节点, type表示执行类型(sequence, priority, random), nodes表示其子节点列表
34 void *behaviourtree_create(void *branch); 创建一棵行为树, branch表示树根的选择节点.
36 void behaviourtree_tick(void *bt, void *object); 执行行为树, object表示行为树的上下文, 一般可以用于为行为树绑定一个对象object.
在子节点node_callbacks的tick回调中, 需要明确告诉行为树自己的执行结果, 方式为回调函数类型的最后一个参数node_operations, 分为完成success, 失败fail, 运行中running.
具体使用可以参考example1和example2.
TODO
从example中可以看到, 行为树的构造是比较形式化的. 大厂一般会有自己一套编辑器可视化的编辑行为树, 生成其结构的描述数据. 这里有一个网页版的GUI, 生成的行为树结构为json格式, 以后需要的花可以编写代码解析其格式来自动构造行为树(大坑, 逃~).