【AI】行为树(Behaviour Tree)

接上篇，AI预定义逻辑可以把条件和行为逻辑看成一个Task，一个AI有多个Task，行为树把单个Task中条件和行为、多个Task之间的关系进行细分成节点关系，通过树形结构来分层，系统每帧从树的根向下遍历，根据各节点的功能来执行子节点。

行为树主要由以下四种节点抽象而成组合节点、装饰节点、条件节点、行为节点。

①组合节点（Composites）

主要包含：Sequence顺序条件，Selector选择条件，Parallel平行条件以及他们之间相互组合的条件。

②修饰节点（Decorator）

连接树叶的树枝，就是各种类型的修饰节点，这些节点决定了 AI 如何从树的顶端根据不同的情况，来沿着不同的路径来到最终的叶子这一过程。
如让子节点循环操作（LOOP）或者让子task一直运行直到其返回某个运行状态值（Util），或者将task的返回值取反（NOT）等等

③条件节点（Conditinals）

用于判断某条件是否成立。目前看来，是Behavior Designer为了贯彻职责单一的原则，将判断专门作为一个节点独立处理，比如判断某目标是否在视野内，其实在攻击的Action里面也可以写，但是这样Action就不单一了，不利于视野判断处理的复用。一般条件节点出现在Sequence控制节点中，其后紧跟条件成立后的Action节点。

④行为节点（Action）

行为节点是真正做事的节点，行为节点在树的最末端，都是叶子节点（注意叶子节点是没有子节点的），就是这些 AI 实际上去做事情的命令；

通过使用行为树内的节点之间的关联来驱动角色的行为，比直接用具体的代码告诉一个角色去做什么事情，要来得有意思得多，这也是行为树最让人兴奋的一点。这样我们只要抽象好行为，就不用去理会战斗中具体发生了什么。

像修饰节点和条件节点可以放在组合节点中进行处理，因此组成三个节点：

1.根节点Root

2.逻辑节点：负责子节点的执行顺序和子节点能否执行。

Sequence ：选择第一个成功计算的子对象作为活动子对象。

PrioritySelector ：计算算当前活动子节点，或者第一个子节点(如果没有活动子节点)。如果通过计算，标记当前活动子节点，或者第一个子节点(如果没有可用的活动子节点)，如果结果是结束，那么将活动子节点更改为下一个。

Parallel ：计算所有子节点，如果其中任何子节点计算失败，则当前节点失败。

3.行为节点

案例：一个怪物在指定路径巡逻，当玩家怪物与玩家距离小于等于5米时会追逐玩家，当大于5米时会继续巡逻。

条件：大于5五米、小于等于5米

行为：巡逻、追逐玩家

所有节点的根节点：NodeBase

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;namespace VAE.BehaviourTree
{public abstract class NodeBase{public enum NodeResult              //节点返回状态 {Ended = 1,Running = 2,}public PreconditionBase preconditionBase;    // 用来检查节点是否可以输入public Database database;public bool activated;                                      //节点激活状态public float interval;                                        //节点更新间隔private float lastTimeEvaluated = 0;protected List<NodeBase> children;public List<NodeBase> Children { get { return this.children; } }public NodeBase() : this(null) { }public NodeBase(PreconditionBase preconditionBase){this.preconditionBase = preconditionBase;}//激活节点public virtual void Active(Database database){if (this.activated) return;this.database = database;if (this.preconditionBase != null){this.preconditionBase.Active(database);}if (this.children != null){foreach (var child in this.children){child.Active(database);}}this.activated = true;}//没帧进行校验public virtual NodeResult Update(){return NodeResult.Ended;}protected virtual bool DoEvaluate() { return true; }public bool Evaluate(){bool coolDownOK = this.CheckTimer();return this.activated && coolDownOK && (this.preconditionBase == null || preconditionBase.Check()) && this.DoEvaluate();}public virtual void Clear() { }public virtual void AddChild(NodeBase nodeBase){if (this.children == null){this.children = new List<NodeBase>();}if (nodeBase != null){this.children.Add(nodeBase);}}public virtual void RemoveChild(NodeBase nodeBase){if (this.children != null && nodeBase != null){this.children.Remove(nodeBase);}}//用来处理每个节点的检查间隔private bool CheckTimer(){if (Time.time - this.lastTimeEvaluated > this.interval){this.lastTimeEvaluated = Time.time;return true;}return false;}}
}

条件基类：PreconditionBase 条件会注册到逻辑节点进行判定当前节点是否可以进行

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;namespace VAE.BehaviourTree
{public abstract class PreconditionBase : NodeBase{public PreconditionBase() : base(null) { }public abstract bool Check();       // 条件检测public override NodeResult Update(){bool success = this.Check();if (success){return NodeResult.Ended;}else{return NodeResult.Running;}}}
}

逻辑节点：PrioritySelector

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;namespace VAE.BehaviourTree
{/** 优先级选择器选择第一个成功计算的子对象作为活动子对象。*/public class PrioritySelector : NodeBase{private NodeBase activeChild;       //活动子对象public PrioritySelector(PreconditionBase preconditionBase = null) : base(preconditionBase){}protected override bool DoEvaluate(){foreach (var child in this.children){if (child.Evaluate())       //选择计算成功的子对象{if (this.activeChild != null && this.activeChild != child){this.activeChild.Clear();}this.activeChild = child;return true;}}this.activeChild = null;return false;}public override NodeResult Update(){if (this.activeChild == null){return NodeResult.Ended;}var result = this.activeChild.Update();if (result != NodeResult.Running){this.activeChild.Clear();this.activeChild = null;}return result;}}}

行为节点：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;namespace VAE.BehaviourTree
{/*行为节点基类该节点不能进行增加和删除子节点，只用来处理行为*/public class ActionBase : NodeBase{private enum ActionStatus{Ready = 1,Running = 2,}private ActionStatus actionStatus = ActionStatus.Ready;public ActionBase(PreconditionBase preconditionBase = null) : base(preconditionBase){}protected virtual void Enter(){// 当行为进入时触发的函数   一般用来处理：播放动画等}protected virtual void Exit(){// 当行为退出时触发的函数}// 执行逻辑protected virtual NodeResult Execute(){return NodeResult.Running;}public override NodeResult Update(){NodeResult result = NodeResult.Ended;if (this.actionStatus == ActionStatus.Ready){this.Enter();                                                       // 进入执行行为this.actionStatus = ActionStatus.Running;}if (this.actionStatus == ActionStatus.Running){result = this.Execute();if (result != NodeResult.Running)       //代表执行结束{this.Exit();this.actionStatus = ActionStatus.Ready;}}return result;}public override void Clear(){if (this.actionStatus != ActionStatus.Ready){this.Exit();this.actionStatus = ActionStatus.Ready;}}public override void AddChild(NodeBase nodeBase){Debug.LogError("Action: Cannot add a node into Action.");}public override void RemoveChild(NodeBase nodeBase){Debug.LogError("Action: Cannot remove a node into Action.");}}
}

用于AI行为树，各节点之间数据修改与获取的：Database

using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System;namespace VAE.BehaviourTree
{public class Database : MonoBehaviour{private List<object> _database = new List<object>();private List<string> _dataNames = new List<string>();public T GetData<T>(string dataName){int dataId = IndexOfDataId(dataName);if (dataId == -1) Debug.LogError("Database: Data for " + dataName + " does not exist!");return (T)_database[dataId];}// Should use this function to get data!public T GetData<T>(int dataId){return (T)_database[dataId];}public void SetData<T>(string dataName, T data){int dataId = GetDataId(dataName);_database[dataId] = (object)data;}public void SetData<T>(int dataId, T data){_database[dataId] = (object)data;}public int GetDataId(string dataName){int dataId = IndexOfDataId(dataName);if (dataId == -1){_dataNames.Add(dataName);_database.Add(null);dataId = _dataNames.Count - 1;}return dataId;}private int IndexOfDataId(string dataName){for (int i = 0; i < _dataNames.Count; i++){if (_dataNames[i].Equals(dataName)) return i;}return -1;}public bool ContainsData(string dataName){return IndexOfDataId(dataName) != -1;}}
}

行为树驱动脚本：BTTreeBase 处理行为树初始化，条件判定和更新

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;namespace VAE.BehaviourTree
{/**/public class BTTreeBase : MonoBehaviour{protected NodeBase root = null;[HideInInspector]public Database database;[HideInInspector]public bool isRunning = true;public const string RESET = "RESET";private static int resetId;private void Awake(){this.Init();//当所有 限定节点 逻辑条件 添加完毕 再进行数据激活this.root.Active(this.database);}private void Update(){if (!this.isRunning) return;if (this.database.GetData<bool>(BTTreeBase.RESET)){this.Reset();this.database.SetData<bool>(BTTreeBase.RESET, false);}if (this.root.Evaluate()){this.root.Update();}}protected virtual void Init(){this.database = this.GetComponent<Database>();if (this.database == null){this.database = this.gameObject.AddComponent<Database>();}BTTreeBase.resetId = this.database.GetDataId(BTTreeBase.RESET);this.database.SetData<bool>(BTTreeBase.resetId, false);}protected void Reset(){this.root.Clear();}}
}

外部逻辑：

处理限制条件：大于5五米、小于等于5米

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;using VAE.BehaviourTree;public class Precdontion_TransformDistance : PreconditionBase
{public enum precdFunction{LessThan = 1,GreaterThan = 2,}private string minChaseDistanceStr;private int minChaseDistanceId;private Transform itemTran;                     // 目标对象private Transform enemyAI;private precdFunction func;public Precdontion_TransformDistance(string minChaseDistanceStr, Transform itemTran, precdFunction func){this.minChaseDistanceStr = minChaseDistanceStr;this.itemTran = itemTran;this.func = func;}public override void Active(Database database){base.Active(database);this.minChaseDistanceId = this.database.GetDataId(this.minChaseDistanceStr);this.enemyAI = this.database.transform;}public override bool Check(){if (itemTran == null) return false;Vector3 offset = itemTran.position - this.enemyAI.position;var minDistance = this.database.GetData<float>(this.minChaseDistanceId);if (this.func == precdFunction.GreaterThan){return (offset.sqrMagnitude >= minDistance);}else{return (offset.sqrMagnitude <= minDistance);}}}

行为逻辑：

巡逻：Action_Partoll

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using VAE.BehaviourTree;public class Action_Partoll : ActionBase
{private List<Transform> partollPos;private int index = 0;private Transform enemyAI;private float moveSpeed;public Action_Partoll(List<Transform> partollPos, float speed){this.partollPos = partollPos;this.moveSpeed = speed;}public override void Active(Database database){base.Active(database);this.enemyAI = this.database.transform;}protected override NodeResult Execute(){var distance = Vector3.Distance(this.enemyAI.position, this.partollPos[this.index].position);if (distance <= 0.1f){this.index++;this.index %= this.partollPos.Count;}Vector3 direction = (this.partollPos[this.index].position - this.enemyAI.position).normalized;this.enemyAI.position += direction * this.moveSpeed * Time.deltaTime;return NodeResult.Running;}}

追逐指定目标：Action_ChaseItem

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using VAE.BehaviourTree;public class Action_ChaseItem : ActionBase
{private Transform itemTran;      //目标private float moveSpeed;private Transform enemyAI;private string minChaseDistanceStr;private int minChaseDistanceId;public Action_ChaseItem(string minChaseDistanceStr, Transform itemTran, float speed){this.itemTran = itemTran;this.moveSpeed = speed;this.minChaseDistanceStr = minChaseDistanceStr;}public override void Active(Database database){base.Active(database);      // 基类函数一定要执行this.minChaseDistanceId = this.database.GetDataId(this.minChaseDistanceStr);this.enemyAI = this.database.transform;}protected override NodeResult Execute(){if (this.CheckArrived()){return NodeResult.Ended;}Vector3 direction = (this.itemTran.position - this.enemyAI.position).normalized;this.enemyAI.position += direction * this.moveSpeed * Time.deltaTime ;return NodeResult.Running;}//检验是否应超出追逐范围private bool CheckArrived(){Vector3 offset = this.itemTran.position - this.enemyAI.position;       // 怪物AI -》目的地的向量float tmpMinDistance = this.database.GetData<float>(this.minChaseDistanceId);return offset.sqrMagnitude > tmpMinDistance * tmpMinDistance;}}

EnemyAI：AI初始化

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using VAE.BehaviourTree;
using UnityEngine;public class EnemyAI : BTTreeBase
{public Transform itemTran;public float speed = 3;public List<Transform> partollPos;public float partollSpeed = 4;public float minChaseDistance = 5;      // 最小追逐距离public const string MINCHASEDISTANCE = "MINCHASEDISTANCE";protected override void Init(){base.Init();        // 一定要调用基类函数this.root = new PrioritySelector();         // 创建行为树根节点//一个怪物在指定路径巡逻，当玩家怪物与玩家距离小于等于5米时会追逐玩家，当大于5米时会继续巡逻。这里就分为了巡逻、追逐两种状态。//this.database.SetData<float>(MINCHASEDISTANCE, this.minChaseDistance);Precdontion_TransformDistance precd_TransformDistance_greater = new Precdontion_TransformDistance(MINCHASEDISTANCE, itemTran, Precdontion_TransformDistance.precdFunction.GreaterThan);Precdontion_TransformDistance precd_TransformDistance_less = new Precdontion_TransformDistance(MINCHASEDISTANCE, itemTran, Precdontion_TransformDistance.precdFunction.LessThan);PrioritySelector tree2_1 = new PrioritySelector(precd_TransformDistance_greater);Action_Partoll action_Partoll = new Action_Partoll(this.partollPos, this.partollSpeed);tree2_1.AddChild(action_Partoll);PrioritySelector tree2_2 = new PrioritySelector(precd_TransformDistance_less);Action_ChaseItem action_ChaseItem = new Action_ChaseItem(MINCHASEDISTANCE, itemTran, this.speed);tree2_2.AddChild(action_ChaseItem);this.root.AddChild(tree2_1);this.root.AddChild(tree2_2);}
}

像上述，条件节点，行为节点还可以继续进行细划分，分的越详细代码复用越高。比如：AI巡逻行为接着可划分为朝指定位置移动行为，这就需要新的逻辑节点来处理，从而达到复用追逐和巡逻两个地方的行为功能。

行为树缺点：为树是依赖设计者的固定架构的，很不灵活，做的选择不一定是最优选择，而且每次都要经过大量的逻辑判断，性能消耗严重。

而后另一种AI算法：GOAP（目标导向型行动计划）更好的解决问题。

目前对行为树理解还不太深刻，后续会继续增加。。。

主要参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/94850561

https://www.jianshu.com/p/23f79a365c10

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