前言

????????在游戲開發(fā)中實現(xiàn)怪物AI邏輯的主要技術(shù)有兩種：1、狀態(tài)機(jī)2、行為樹。 他們兩者的實現(xiàn)機(jī)制不一樣，其中狀態(tài)機(jī)是“事件”機(jī)制，行為樹是“輪詢”機(jī)制。在項目開發(fā)中可以根據(jù)具體情況合理的選擇兩者來處理AI編寫問題。

?????????這篇文章分兩個部分對游戲中的AI進(jìn)行講解，1、狀態(tài)機(jī)，2、行為樹。

概述

????????開發(fā)游戲AI的目標(biāo)之一就是要找到一個簡單，可擴(kuò)展的編輯邏輯的方案，從而加速游戲開發(fā)的迭代速度。在“行為系統(tǒng)圖”中，行為系統(tǒng)（Behavior System）響應(yīng)游戲中的各種信息，進(jìn)行決策以挑選接下來將要執(zhí)行的行動并且監(jiān)控該行動的執(zhí)行。

????????知識模型（Knowledge Model）是對游戲世界中各種信息的抽象。

????????在行為系統(tǒng)中，有限狀態(tài)機(jī)（FSM，F(xiàn)initeState Machine）最為經(jīng)典，F(xiàn)SM模型的優(yōu)勢之一是簡單。但是FSMs需要用轉(zhuǎn)換（Transition）連接狀態(tài)（State），因此，狀態(tài)（State）失去了模塊性（Modularity）。

????????行為樹，英文是Behavior Tree，簡稱BT，是由行為節(jié)點組成的樹狀結(jié)構(gòu)：

????????對于FSM，每個節(jié)點表示一個狀態(tài)，而對于BT，每個節(jié)點表示一個行為。同樣是由節(jié)點連接而成，BT有什么優(yōu)勢呢？

????????在BT中，節(jié)點是有層次（Hierarchical）的，子節(jié)點由其父節(jié)點來控制。每個節(jié)點的執(zhí)行都有一個結(jié)果（成功Success，失敗Failure或運(yùn)行Running），該節(jié)點的執(zhí)行結(jié)果都由其父節(jié)點來管理，從而決定接下來做什么，父節(jié)點的類型決定了不同的控制類型。節(jié)點不需要維護(hù)向其他節(jié)點的轉(zhuǎn)換，節(jié)點的模塊性（Modularity）被大大增強(qiáng)了。實際上，在BT里，由于節(jié)點不再有轉(zhuǎn)換，它們不再是狀態(tài)（State），而是行為（Behavior）。

? ??????????????????????????????????????????????第一種-有限狀態(tài)機(jī)

1、有限狀態(tài)機(jī)（FSM）的實現(xiàn)方式有三種：

????????1、面向過程的方式的if else

????????2 、用枚舉配合switch case語句。

????????3、用多態(tài)與虛函數(shù)（也就是狀態(tài)模式）

2、狀態(tài)模式的經(jīng)典定義：允許對象在當(dāng)內(nèi)部狀態(tài)改變是改變其行為，就好像對象改變了自己的類一樣。

3、狀態(tài)模式的實現(xiàn)分為三個要點：

????????1、為狀態(tài)定義一個接口

????????2、為每個狀態(tài)定義一個類

????????3、恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行狀態(tài)委托

4、通常來說，狀態(tài)模式中狀態(tài)對象的存放有兩種實現(xiàn)存放思路:

????????1、靜態(tài)狀態(tài)。初始化時把所有可能的狀態(tài)都new好，狀態(tài)切換時通過賦值改變當(dāng)前的狀態(tài)

? ????? 2、實例化狀態(tài)。每次切換狀態(tài)時動態(tài)new出新的狀態(tài)。

關(guān)于FSM的具體案例如下：

????????1、Unity的Mecanim動畫系統(tǒng)就是通過狀態(tài)模式來實現(xiàn)的

????????2、下圖是一個簡單的戰(zhàn)斗過程的狀態(tài)機(jī)，如果用狀態(tài)模式實現(xiàn)他的攻擊邏輯就非常的方便，而且支持后期狀態(tài)的擴(kuò)展。

? ??????總結(jié)：狀態(tài)模式暫時沒有找到好的開源框架，但是狀態(tài)模式不僅僅在AI方面使用，在游戲的框架中也被廣泛使用，比如：UI框架，游戲主邏輯狀態(tài)框架等等。

?????????????????????????????????????????????????第二種-行為樹

什么是行為樹

????????如果了解過狀態(tài)機(jī)，會知道在行為樹之前，在實現(xiàn)AI用得比較多的技術(shù)是狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)理解起來是比較簡單的，即一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)，通過判斷將角色的狀態(tài)改變即可，如果學(xué)習(xí)過Unity的Mecanim動畫系統(tǒng)，會更加直觀的理解。但是狀態(tài)機(jī)在狀態(tài)較多的情況下會使?fàn)顟B(tài)之間的切換變得異常繁瑣，同時狀態(tài)之間很難復(fù)用。在這種情況下，行為樹被發(fā)明出來，行為樹的優(yōu)點如下：

? ??????1、行為樹提供大量的流程控制方法，使得狀態(tài)之間的改變更加直觀；

? ??????2、整個游戲AI使用樹型結(jié)構(gòu)，方便查看與編輯；

? ??????3、方便調(diào)試和代碼編寫；

? ??????4、更好的封裝性和模塊性，讓游戲邏輯更直觀，開發(fā)者不會被那些復(fù)雜的連線繞暈。

? ??????5、最重要的：行為樹方便制作編輯器，可以交由策劃人員使用；

行為樹的基本概念：

? ??????1、執(zhí)行每個節(jié)點都會有一個結(jié)果（成功，失敗或運(yùn)行）

? ??????2、子節(jié)點的執(zhí)行結(jié)果由其父節(jié)點控制和管理

? ??????3、返回運(yùn)行結(jié)果的節(jié)點被視作處于運(yùn)行狀態(tài)，處于運(yùn)行狀態(tài)的節(jié)點將被持續(xù)執(zhí)行一直到其返回結(jié)束（成功或失?。Ｔ谄浣Y(jié)束前，其父節(jié)點不會把控制轉(zhuǎn)移到后續(xù)節(jié)點。

行為樹原理

????????行為樹是一種樹形結(jié)構(gòu)，所以其可以分成3種節(jié)點類型：

? ??????1、紅色的節(jié)點：根節(jié)點，沒有父節(jié)點的節(jié)點；

? ??????2、藍(lán)色的節(jié)點：組合節(jié)點，有父節(jié)點和子節(jié)點的節(jié)點；

? ??????3、白色的節(jié)點：葉節(jié)點，沒有子節(jié)點的節(jié)點；

節(jié)點的返回

????????每個節(jié)點都會有一個返回值，可能出現(xiàn)的返回值有3個，如下：

? ??????1、運(yùn)行中：表示當(dāng)前節(jié)點還在運(yùn)行中，下一次調(diào)用行為樹時任然運(yùn)行當(dāng)前節(jié)點；

? ??????2、失敗：表示當(dāng)前節(jié)點運(yùn)行失?。?/p>

? ??????3、成功：表示當(dāng)前節(jié)點運(yùn)行成功；

下面我們來細(xì)說一下這幾個節(jié)點：

根節(jié)點

????????行為樹的入口節(jié)點，可以是任意類型的節(jié)點；

組合節(jié)點

????????行為樹的組合節(jié)點是由下面幾種類型來組成的：

1、選擇節(jié)點/優(yōu)先選擇節(jié)點（Selector）

????????該節(jié)點會從左到右的依次執(zhí)行其子節(jié)點，只要子節(jié)點返回“失敗”，就繼續(xù)執(zhí)行后面的節(jié)點，直到有一個節(jié)點返回“運(yùn)行中”或“成功”時，會停止后續(xù)節(jié)點的運(yùn)行，并且向父節(jié)點返回“運(yùn)行中”或“成功”，如果所有子節(jié)點都返回“失敗”則向父節(jié)點返回“失敗”。

2、隨機(jī)選擇節(jié)點（Random Selector）

????????之前的選擇節(jié)點是有優(yōu)先級順序的，而隨機(jī)選擇節(jié)點的執(zhí)行順序是隨機(jī)的。但每個節(jié)點只會執(zhí)行一次，比如包含子節(jié)點：A、B、C、D、E；使用隨機(jī)選擇節(jié)點，執(zhí)行順序可能是：D、E、A、C、B或其他組合。其它規(guī)則同選擇節(jié)點一致。

3、順序節(jié)點（Sequence）

????????該節(jié)點會從左到右的依次執(zhí)行其子節(jié)點，只要子節(jié)點返回“成功”，就繼續(xù)執(zhí)行后面的節(jié)點，直到有一個節(jié)點返回“運(yùn)行中”或“失敗”時，會停止后續(xù)節(jié)點的運(yùn)行，并且向父節(jié)點返回“運(yùn)行中”或“失敗”，如果所有子節(jié)點都返回“成功”則向父節(jié)點返回“成功”。

4、修飾節(jié)點（Decorator）

????????修飾節(jié)點只包含一個子節(jié)點，用來以某種方式來改變這個子節(jié)點的行為。修飾節(jié)點的類型比較多，這里我們說一些比較常見的修飾節(jié)點：

1、Until Success和Until Failure

????????循環(huán)執(zhí)行子節(jié)點，直到返回“成功”或“失敗”為止。

????????比如Until Success在子節(jié)點返回“運(yùn)行中”和“失敗”時都會向父節(jié)點返回“運(yùn)行中”，返回“成功”時向父節(jié)點返回“成功”。

????????Until Failure在子節(jié)點返回“運(yùn)行中”和“成功”時都會向父節(jié)點返回“運(yùn)行中”，返回“失敗”時向父節(jié)點返回“成功”。

2、Limit

????????執(zhí)行子節(jié)點一定次數(shù)后強(qiáng)制返回“失敗”。當(dāng)子節(jié)點運(yùn)行指定次數(shù)后還沒有返回“失敗”則該節(jié)點向父節(jié)點返回失敗。

3、Timer

????????子節(jié)點不會立即執(zhí)行，而會在指定的時間到達(dá)后才開始執(zhí)行。

4、TimeLimit

????????指定子節(jié)點的最長運(yùn)行時間，如果子節(jié)點在指定時間到達(dá)后還在運(yùn)行則強(qiáng)制返回“失敗”。

5、Invert

????????對子節(jié)點的返回結(jié)果取“非”，即子節(jié)點返回“成功”則該節(jié)點返回“失敗”，子節(jié)點返回“失敗”則該節(jié)點返回成功。??????

5、并行節(jié)點（Parallel）

????????不同于選擇和順序節(jié)點依次執(zhí)行每個節(jié)點，并行節(jié)點是“同時”執(zhí)行所有的節(jié)點，然后根據(jù)所有節(jié)點的返回值判斷最終返回的結(jié)果。

????????這里的“同時”會迷惑住不少人，實際上，行為樹是運(yùn)行在單一線程上的，并不會在并行節(jié)點上開多個線程來進(jìn)行真正的同時執(zhí)行，那么“同時”的含義是什么？

????????我們知道選擇或順序節(jié)點會依次執(zhí)行所有的子節(jié)點，當(dāng)子節(jié)點返回“成功”或“失敗”后就會停止后續(xù)節(jié)點的執(zhí)行，而并行節(jié)點也會依次執(zhí)行所有的子節(jié)點，無論子節(jié)點返回“成功”或“失敗”都會繼續(xù)運(yùn)行后續(xù)節(jié)點，保證所有子節(jié)點都得到運(yùn)行后在根據(jù)每個子節(jié)點的返回值來確定最終的返回結(jié)果。

????????并行節(jié)點一般可以設(shè)定退出該節(jié)點的條件，比如：

????????1、當(dāng)全部節(jié)點都返回成功時退出；

????????2、當(dāng)某一個節(jié)點返回成功時退出；

????????3、當(dāng)全部節(jié)點都返回成功或失敗時退出；

????????4、當(dāng)某一個節(jié)點返回成功或失敗時退出；

????????5、當(dāng)全部節(jié)點都返回失敗時退出；

????????6、當(dāng)某一個節(jié)點返回失敗時退出；

葉節(jié)點

1、條件節(jié)點（Condition）

????????條件節(jié)點可以理解為一個if判斷語句，當(dāng)條件的測試結(jié)果為true時向父節(jié)點傳遞success，結(jié)果為false時向父節(jié)點傳遞failure；

????????該節(jié)點搭配一些組合節(jié)點可以完成各種判斷跳轉(zhuǎn)，比如搭配順序節(jié)點，可以做出“是否看見敵人”->“向敵人開火”的AI；

2、行為節(jié)點（Action）

????????行為節(jié)點用來完成具體的操作，比如，移動到目標(biāo)點，執(zhí)行開火等代碼邏輯，多種情況下行為節(jié)點會返回running和success；行為節(jié)點也可能會使用多幀來完成；

子樹的復(fù)用

????????我們設(shè)計好的行為樹可以在其他樹中作為一顆子樹來進(jìn)行使用，最大可能的復(fù)用子樹可以減少開發(fā)量。

總結(jié)：行為樹的框架，網(wǎng)上有比較好的案例，如騰訊開源的behaviac。

????????Github地址：https://github.com/Tencent/behaviac