行为树 behavior3go

参考
游戏AI - 行为树Part1：简介
游戏AI - 行为树Part2：框架
https://github.com/f15gdsy/BT-Framework
http://www.u77.com/game/3067

一、有限状态机

游戏中的AI，大多数都是按照规则设定好的，没有太多花哨的技术。原因有几个：

• 一是出于风险成本的考虑，用一个新技术，需要程序员开发相应的算法和框架，游戏设计师重新上手设计方法和摸索算法的适用范围，小团队承受不起这样的开销，大团队又怕做坏名声；
• 二是“高级”的AI算法并不直观，难以设计。举一个例子，怎么利用神经网络来训练一个士兵AI？我见过的一个例子是设计师用几个按键来操作士兵移动攻击，然后程序自动记录敌我双方的数据和设计师的操作，最后利用这些信息作为input构建一个行为树。这个方法的问题有三个，一是效率奇慢，因为如果数据不够，行为树就可能覆盖不了所有情况，但多少才是“够”，又没有定论；二是错误的操作也会被记录下来，当然可以开发一个功能来删除设计师的某个动作；三是行为树的结果是无法解释的，相当于一个黑箱。

由于上述的原因，一般的公司都会使用比较传统的有限状态机。

虽然第一次听的话可能会拗口，其实有限状态机的意思其实很简单，它包含了有限个的状态和状态间的转换条件。最直白的说法就是几个if...else...语句。为了弄明白这个概念，我们讲一个英雄的故事：

从前有一个胆小如鼠的英雄，

• 他看到哥布林就会跑过去打它；
• 他看到半兽人就会逃跑；
• 他看不到哥布林也看不到半兽人就会休息；
• 他看到哥布林也看到半兽人也会跑。

我们可以从中抽象出这样的一个有限状态机：

image.png

有限状态机很符合我们的认知，但它有一个致命的缺点——它随着状态和转换条件的增多而急速地变得错综复杂，以至于很难对它做出改动（想象一下，多加一个状态，则需要增加几条转换线，越多状态，需要增加的转换线越多）。也由于这个原因，比较多的开发者投入了行为树的怀抱。

二、行为树

行为树的概念会比状态机要复杂些——行为树是一个包含逻辑节点和行为节点的树结构，每次需要找出一个行为的时候，会从树的根节点出发，遍历各个节点，找出第一个和当前数据相符合的行为。很拗口对吧，下面来一个生动点的解释，继续上面的英雄的故事，但是是用行为树表达出来：

image.png

这个行为树是等价于之前的有限状态机的。其中Root是根节点，每次需要寻找行为的时候都必须从这里开始。

Priority Selector是一个逻辑节点，它的意思是从左到右遍历自己的子节点，如果子节点的准入条件符合信息的话，就执行该子节点。如果英雄只看到哥布林，那么Orc in sight这个准入条件不符合，Escape不执行；Globlin in sight符合，于是执行Fight；因为Fight在Idle的左边，所以Fight的优先程度更高，于是Idle不执行。在我们的例子中，Idle可以看作是default behavior。

1.优点

从简单的行为树和有限状态机的对比，我们就可以看出，行为树由于引入了逻辑节点，它的转换条件更加少（线更少，更清晰），让拓展AI变得更加容易。行为树还有另外一个优点：行为的重用（reuse)。例如，Escape有一个跑的行为，而Fight则有跑的行为，和砍怪的行为。请看图：

image.png

Sequence同样是一个逻辑节点，它的意思是从左到右按顺序执行子节点，并且仅仅在一个子节点执行完成后才执行下一个子节点。在例子中，Do Run需要有一个自己判断到达目的地的方法，当该方法返回end的时候，才会执行Do Slash。

Escape和Fight的Do Run行为节点是一样的，只是Fight多了一个Do Slash行为节点而已。所以Do Run是一个可以重用的节点。在行为树中，我们能够编写好Do Run，Do Slash这些基础的行为节点，和设定一些准入条件，就可以组成千变万化的AI了！

我们希望英雄在逃跑的时候群众发出嘘声，而在攻击的时候出现欢呼声：

image.png

省略了其他部分，只画Escape部分。Parallel是一个逻辑节点，它的意思是让所有子节点同时运行，那它什么时候结束呢，可以使当所有子节点都完成的时候结束，也可以让任一子节点完成时结束，视乎需要来做出选择。那么在攻击当中会是怎么样实现的呢？大家可以尝试画出来，习惯一下行为树的思维方式。

三、行为树关键词

在展开之前，我们先定义几个关键词（基本都以BT作为前缀...是Behavior Tree之意，别误会了...），会在下面的框架用到。

BTNode：所有节点的base class。定义了一些节点的基本功能，并提供一些可继承的函数。

BTAction：行为节点，继承于BTNode。具体的游戏逻辑应该放在这个节点里面。

BTPrecondition：节点的准入条件，每一个BTNode都会有一个。具体的游戏逻辑判断可以继承于它。

BTPrioritySelector：Priority Selector逻辑节点，继承于BTNode。每次执行，先有序地遍历子节点，然后执行符合准入条件的第一个子结点。可以看作是根据条件来选择一个子结点的选择器。

BTSequence：Sequence逻辑节点，继承于BTNode。每次执行，有序地执行各个子结点，当一个子结点结束后才执行下一个。严格按照节点A、B、C的顺序执行，当最后的行为C结束后，BTSequence结束。

BTParallel：Parallel逻辑节点，继承于BTNode。同时执行各个子结点。每当任一子结点的准入条件失败，它就不会执行。

BTParallelFlexible：Parallel的一个变异，继承于BTNode。同时执行各个子节点。当所有子结点的准入条件都失败，它就不会执行。

BTTree：将所有节点组合起来的地方。

Database：黑板，一个存放共享数据的地方，可以看成是一个Key－Value的字典。为什么需要黑板呢？因为设计良好的行为逻辑，应该是独立的，可以在行为树的任何位置部署的。也就是说行为A和行为B并没有直接的沟通方法。黑板的作用就是作为一个行为树的“数据库”，让各个行为节点都可以储存数据进去，供感兴趣的行为节点利用。（同时，在Unity3d的语境下，Database继承MonoBehavior，可以提供各种Component给节点使用。）

UML类图：

image.png

四、行为树对于游戏的意义

如果没有可视化的编辑工具，如果没有artist能接手AI编辑，那么行为树的效果将大打折扣。因为行为树将耦合降低之后，如果没有可视化的编辑器调试工具，那么后人维护扩展这个模块的效率是很低的。比较明显的一点就是，调试BUG的时候，需要整个流程，各个可能会激活的节点都断好点，不然无法弄清整个流程。变成一段我最不希望看到的，只有调试才能知道结果的代码。所以这个成本需要设计人员仔细斟酌，如果要采用没有编辑器的行为树，应该怎么简化，怎么控制，且要想清楚对自己的游戏来说划不划算。
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从业这几年来，面过的人中，大多都知道或者用过行为树。但当我询问行为树或者准确的说行为树的这种解决问题的思想，还能用在哪些地方的时候，大多答不上来，几乎都局限于做游戏AI。其实“行为树”（引号标注此处不特指行为树，而是行为树背后所包含的设计思想）对游戏的很多其他模块，都有借鉴的地方。游戏中复用情况较多、修改变化频繁的模块，都可以用上“行为树”。比如我们的新手引导模块，MMORPG的任务模块等，都可以用到“行为树”，来帮我们管控变化，加速模块的构建与迭代。

五、Tencent/behaviac

• behaviac是游戏AI的开发框架组件，也是游戏原型的快速设计工具
• 支持行为树BT，状态机FSM，HTN等多种范式
• 方便的编辑，实时和离线调试
• 支持全平台，适用于客户端和服务器，助力游戏快速迭代开发
• 官方网站是文档，教程，API，FAQ，源码，下载等一切的入口
• 您可以加入我们的QQ群433547396获得即时的帮助或者信息反馈。

六、magicsea behavior3go

golang behavior tree,from https://github.com/behavior3