behaviortree和Groot

Behavior Tree

官方文档：https://www.behaviortree.dev/docs/Intro

BehaviorTree.CPP

https://github.com/BehaviorTree/BehaviorTree.CPP

BehaviorTree官方文档：

https://www.behaviortree.dev/bt_basics/

Behavior Tree 原理

分四种节点

行为树(Behavior Tree)具有如下的特性：

它只有4大类型的Node：
* Composite Node　　组合节点
* Decorator Node　　修饰节点
* Condition Node　　条件节点（叶节点）
* Action Node　　　　动作节点（叶节点）

任何Node被执行后，必须向其Parent Node报告执行结果：成功 / 失败。
这简单的成功 / 失败汇报原则被很巧妙地用于控制整棵树的决策方向。

一、组合节点 Composite Node

先看Composite Node，其实它按复合性质还可以细分为3种：

1. Selector Node

（选择节点，顺序执行，满足任意子节点true）

当执行本类型Node时，它将从begin到end迭代执行自己的Child Node：
如遇到一个Child Node执行后返回True，那停止迭代，
本Node向自己的Parent Node也返回True；否则所有Child Node都返回False，
那本Node向自己的Parent Node返回False。

2. Sequence Node

（顺序执行节点，全部子节点都必须true，否则false）
当执行本类型Node时，它将从begin到end迭代执行自己的Child Node：
如遇到一个Child Node执行后返回False，那停止迭代，
本Node向自己的Parent Node也返回False；否则所有Child Node都返回True，
那本Node向自己的Parent Node返回True。

3. Parallel Node

（并发执行节点）
并发执行它的所有Child Node。
而向Parent Node返回的值和Parallel Node所采取的具体策略相关：
Parallel Selector Node: 一False则返回False，全True才返回True。
Parallel Sequence Node: 一True则返回True，全False才返回False。
Parallel Hybird Node: 指定数量的Child Node返回True或False后才决定结果。

Parallel Node提供了并发，提高性能。
不需要像Selector/Sequence那样预判哪个Child Node应摆前，哪个应摆后，
常见情况是：
(1)用于并行多棵Action子树。
(2)在Parallel Node下挂一棵子树，并挂上多个Condition Node，
以提供实时性和性能。
Parallel Node增加性能和方便性的同时，也增加实现和维护复杂度。

PS：上面的Selector/Sequence准确来说是Liner Selector/Liner Sequence。
AI术语中称为strictly-order：按既定先后顺序迭代。

Selector和Sequence可以进一步提供非线性迭代的加权随机变种。
Weight Random Selector提供每次执行不同的First True Child Node的可能。
Weight Random Sequence则提供每次不同的迭代顺序。
AI术语中称为partial-order，能使AI避免总出现可预期的结果。

二、修饰节点 Decorator Node

再看Decorator Node，它的功能正如它的字面意思：它将它的Child Node执行

后返回的结果值做额外处理后，再返回给它的Parent Node。

比如

Decorator Not

Decorator FailUtil

Decorator Counter

Decorator Time

Decorator Log

Decorator Ani

Decorator Nothing

…

三、条件节点（叶节点） Condition Node

Condition Node，它仅当满足Condition时返回True。

四、动作节点（叶节点）Action Node

Action Node，它完成具体的一次(或一个step)的行为，视需求返回值。
而当行为需要分step/Node间进行时，可引入Blackboard进行简单数据交互。

小结

整棵行为树中，只有Condition Node和Action Node才能成为Leaf Node，而也
只有Leaf Node才是需要特别定制的Node；Composite Node和Decorator Node均
用于控制行为树中的决策走向。

每个节点都应该有以下三种状态：
Running,
Success,
Failed

Running状态用于表明该节点的结果不能立刻获知，比如游戏中的角色进行“向目标移动”

这个动作，很显然这个动作不能在这一帧中立刻完成，当行为树运行到此节点时，并不能

获知是success或者failed，于是返回running，表示该节点正在运行中，并记录此节点

的位置，下一帧运行到此节点的父节点时，则从此节点继续运行，跳过之前的节点。

==================================================================================

行为树架构图

行为树结构图如下，一棵倒置的树

行为树采用节点描述行为逻辑，主要节点类型有：
组合节点：选择节点、顺序节点、随机选择节点、随机顺序节点、随机权重节点、并行节点、并行执行所有节点、if 判断并行节点、if 判断顺序节点

修饰节点：修饰节点取反、修饰节点重复、修饰节点_返回 Fail、修饰节点_返回 Success、修饰节点_直到 Fail、修饰节点_直到 Success

行为树入门：https://zhuanlan.zhihu.com/p/463182588

https://robohub.org/introduction-to-behavior-trees/

组合节点与叶节点区分

一棵行为树表示一个AI逻辑。执行这个 AI 逻辑，需要从根节点开始深度优先遍历执行节点，执行过程中，节点根据自身的类型确定执行逻辑或调用子节点，节点将执行结果反馈给父节点。

从结构上节点可分为：组合节点、叶节点。
组合节点就是拥有子节点的节点。
叶节点就是不能添加子节点的节点。

其中叶节点：条件节点、行为节点。其他为组合节点

如下图一个行为树示例图：

行为树节点顺序如下，
节点1 为根节点，节点2、节点5为中间节点，节点3、4、6、7，为子节点
节点 1、2、5为组合节点，节点3、4、6、7为叶节点

节点执行结果

执行结果可分为三种：Fail、Success、Running。
Fail : 节点执行失败(如：条件节点判定为 false、执行节点失败、没有符合执行的节点等)
Success:节点执行成功(如：条件节点判定为 true、执行节点成功等)
Running:节点执行中(如：正在跑向目标、正在吃饭、动画播放中等)

叶节点

叶节点类型分为两种：条件节点和行为节点

条件叶节点

条件节点(Condition)即是条件判定，例如：“是否饿了？”、“是否有饭？”、“是否有作业”等。
如果条件测试结果为真，向父节点返回 Success，否则返回 Fail。
条件节点为叶子节点

行为叶节点

行为节点(Action)用来执行实际的工作，如：做饭、吃饭、打球、写作业等。
行为节点有些可能一帧就可以执行完成，有些可能需要多帧才能完成。
行为节点执行过程中失败，向父节点返回 Fail，
执行完毕(成功)向父节点返回 Success，
正在执行中向父节点返回 Running。

组合节点

组合节点用来控制树的遍历方式，每种组合节点的遍历方式都不相同。下面是各个组合节点的执行逻辑

1.选择节点

选择节点：依次从头顺次遍历执行所有子节点
当前执行节点返回 Success，退出停止，向父节点
返回 Success

当前执行节点返回 Fail，退出当前节点
继续执行下一个节点

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点，向父节
点返回 Running，下次执行直接从该节点开始

如果所有节点都返回Fail，执行完所有节点后
向父节点返回 Fail

2.顺序节点

顺序节点：依次执行子节点
当前执行节点返回 Success，就继续执行后续节点

当前执行节点返回 Fail，退出停止，向父节点
返回 Fail，下次执行直接从第一个节点开始

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点，向父节
点返回 Running，下次执行直接从该节点开始

如果所有节点都返回 Success，向父节点返回 Success

3.随机选择节点

随机选择节点：(参考选择节点)
每次随机一个未执行的节点，总随机次数为子节点个数

当前执行节点返回 Success，退出停止
向父节点返回 Success

当前执行节点返回 Fail，退出当前节点
继续随机一个未执行的节点开始执行

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点
向父节点返回 Running，下次执行直接从该节点开始

如果所有节点都返回Fail，执行完所有节点后
向父节点返回 Fail

4.随机顺序节点

随机顺序节点：(参考顺序节点)
每次随机一个未执行的节点，总随机次数为子节点个数

当前执行节点返回 Success，继续随机一个未执行的节点

当前执行节点返回 Fail，退出停止
向父节点返回 Fail

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点
向父节点返回 Running，下次执行直接从该节点开始

如果所有节点都返回 Success
向父节点返回 Success

5.随机权重节点

随机权重节点：(参考随机选择节点)
每次根据节点权重随机一个未执行的节点
总随机次数为子节点个数

当前执行节点返回 Success，退出停止
向父节点返回 Success

当前执行节点返回 Fail，退出当前节点
继续随机一个未执行的节点开始执行

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点
向父节点返回 Running
下次执行直接从该节点开始

如果所有节点都返回Fail，执行完所有节点后
向父节点返回 Fail

6.并行节点

并行节点：依次从头顺次遍历执行所有子节点

当前执行节点返回 Fail，退出停止，向父节点
返回 Fail

当前执行节点返回 Success，记录当前节点，继续
执行下一个节点，记录所有返回 Success 的节点

当前执行节点返回 Running, 记录当前节点，继续
执行下一个节点，记录所有返回 Running 的节点

如果没有节点返回 Fail
如果所有节点都返回 Success 向父节点返回 Success
否则向父节点返回 Running

7.并行执行所有节点

并行执行所有节点：依次从头顺次遍历执行所有子节点

当前执行节点返回 Success、 Fail、Running 都继续
执行下一个节点，分别记录返回三种结果的节点个数

执行完所有节点后
如果所有节点都返回 Success 向父节点返回 Success
如果所有节点都返回 Fail 向父节点返回 Fail
否则一定有节点返回了Running 向父节点返回 Running

8.if 判断并行节点

if判断并行节点：
只能有二或者三个子节点
第一个为判断节点只能返回Success、Fail

如下方配置三个节点
第一个节点返回 Success时，执行第二个节点
第一个节点返回 Fail 时，执行第三个节点

或者配置两个节点
第一个节点返回 Success时，执行第二个节点

因为是并行节点，每次执行都会先执行第一个节点
根据第一个节点返回（Success 或者 Fail）选择执行第M个节点

执行第一个条件节点，记录返回结果 result
根据配置判断执行第 M(二、三) 节点

if N 是空 then
执行 第 M 节点的 Enter
elseif N 不等于 M then
执行 第 N 节点的 OnExit
执行 第 M 节点的 Enter
end
记录当前执行节点:令 N = M
执行 第 N 节点的 Execute 并记录结果 result

9.if 判断顺序节点

if判断顺序节点：
只能有二或者三个子节点
第一个为判断节点只能返回Success、Fail

配置同上第8条

因为是顺序节点，每次执行时
如果当前有正在执行的第二、第三个节点则
直接执行它的 Execute

如果没有，则执行第一个节点，根据第一个节点返回
根据第一个节点返回（Success 或者 Fail）选择执行第M个节点

if result == Success then
令 N = nil
return 向父节点返回 Success
elseif result == Fail then
令 N = nil
return 向父节点返回 Fail
else -- result == Running
return 向父节点返回 Running
end

10.修饰节点取反

取反修饰节点 Inverter 对子节点执行结果取反

11.修饰节点重复

修饰节点_重复:
开始执行该节点时，将记录次数清零
顺序执行所有子节点(记为 1 次)，不关心节点返回结果
如果执行次数 < 配置执行次数向父节点返回 Running
如果执行次数 >= 配置执行次数向父节点返回 Success

12.修饰节点_返回 Fail

修饰_返回Fail：
执行节点，无论节点返回 Success、Fail、Running
执行结束后永远向父节点返回 Fail

13.修饰节点_返回 Success

修饰_返回Success：
执行节点，无论节点返回 Success、Fail、Running
执行结束后永远向父节点返回 Success

14.修饰节点_直到 Fail

修饰_直到Fail：
执行节点
如果节点返回结果不是 Fail
向父节点返回 Running

直到节点返回 Fail，向父节点返回 Success

15.修饰节点_直到 Success

修饰_直到Success：
执行节点
如果节点返回结果不是 Success
向父节点返回 Running

直到节点返回 Success，向父节点返回 Success

==================================================================================

Groot

官方文档：

github：https://github.com/BehaviorTree/Groot

主页：https://www.behaviortree.dev/groot/

说明

BehaviorTree行为树是树状的结构，它的逻辑流程是由xml文件描述的。

用其配套的工具Groot来可视化行为树。

Groot is a Graphical Editor, written in C++ and Qt, to create BehaviorTrees.

It is compliant with the the library BehaviorTree.CPP.

如下图所示：

可视化和序列化表达行为树

QT界面显示效果

posted @ 2024-09-29 09:19 南水之源阅读(105) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

南水之源

c++\军事仿真\GIS\三维仿真地球

behaviortree和Groot

Behavior Tree

Behavior Tree 原理

分四种节点

一、组合节点 Composite Node

1. Selector Node

2. Sequence Node

3. Parallel Node

二、修饰节点 Decorator Node

三、条件节点（叶节点） Condition Node

四、动作节点（叶节点）Action Node

小结

行为树架构图

组合节点与叶节点区分

节点执行结果

叶节点

条件叶节点

行为叶节点

组合节点

1.选择节点

2.顺序节点

3.随机选择节点

4.随机顺序节点

5.随机权重节点

6.并行节点

7.并行执行所有节点

8.if 判断并行节点

9.if 判断顺序节点

10.修饰节点取反

11.修饰节点重复

12.修饰节点_返回 Fail

13.修饰节点_返回 Success

14.修饰节点_直到 Fail

15.修饰节点_直到 Success

Groot

说明

可视化和序列化表达行为树

QT界面显示效果