本系列第三節(jié)花了很長(zhǎng)篇幅介紹怎樣用有限狀態(tài)機(jī)（FSM）實(shí)現(xiàn)一個(gè)AI敵人。當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)的敵人狀態(tài)較少，智商也很捉急。本來我打算在第四節(jié)改進(jìn)那個(gè)敵人，為它加上尋找掩體等策略。但是由于邏輯過于復(fù)雜，不利于講解，就改為討論其他內(nèi)容了。

其實(shí)不繼續(xù)講狀態(tài)機(jī)還有個(gè)原因——用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)敵人AI之后，我又嘗試了行為樹的模式以及Behavior Tree插件，花了幾天時(shí)間才摸索出了大概，將AI邏輯重新實(shí)現(xiàn)了一遍。如果你能和我一起對(duì)比著用狀態(tài)機(jī)和行為樹實(shí)現(xiàn)同樣的AI，那么收獲會(huì)非常大，也會(huì)比較有成就感。

本文將再次探討AI邏輯的核心問題，（不像前兩章那樣在外圍問題上劃水了(￣ y￣)）。那么，和我一起來進(jìn)入AI的世界吧！

1、行為樹與狀態(tài)機(jī)對(duì)比

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，還是咱們第二節(jié)講過的問題。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的AI士兵，他具有以下特性：

他具有真實(shí)視野，發(fā)現(xiàn)敵人則進(jìn)攻。

進(jìn)攻時(shí)會(huì)瞄準(zhǔn)敵人并射擊，同時(shí)跑向敵人。

離初始位置過遠(yuǎn)，有可能是被調(diào)虎離山了，這時(shí)要回到初始位置。

進(jìn)攻時(shí)離敵人過遠(yuǎn)，代表敵人逃跑成功，也要回到初始位置。

畫一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)：

很簡(jiǎn)單吧，我們之前在Update函數(shù)中用一些 if else 條件判斷，就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)狀態(tài)機(jī)。后來我想改進(jìn)這個(gè)狀態(tài)機(jī)，但是改進(jìn)的AI士兵過于復(fù)雜了，咱們看看到底能復(fù)雜到什么程度：

對(duì)于游戲設(shè)計(jì)師來說，我們只增加了一個(gè)簡(jiǎn)單的功能：當(dāng)AI士兵被遠(yuǎn)距離狙擊時(shí)，就跑到建筑內(nèi)部的指定位置，以躲避狙擊手的攻擊。這個(gè)功能會(huì)增加兩個(gè)狀態(tài)，就是上圖左邊的：跑向掩體和掩體待機(jī)。

問題是——數(shù)一數(shù)連線，最早我們有4條有效線段（去掉2個(gè)“無”的連線就是4條），代表4種狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件。而改進(jìn)后的AI士兵，多出了5條線段，比原來的復(fù)雜度擴(kuò)大了一倍還多。

9種狀態(tài)轉(zhuǎn)移并不多，問題是：這樣子的AI士兵還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，為了讓AI能應(yīng)付各種情況，我們最終可能需要12種狀態(tài)。那么這12種狀態(tài)如果用狀態(tài)機(jī)管理，線段會(huì)有多少條呢？去掉某些不可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，少說需要幾十條線段吧……這可不是什么好消息。

下面我們直觀的看一下用行為樹解決同樣的問題，是什么樣子的：

是不是有一種耳目一新的感覺？ (￣ y￣)~*

從直觀感受上來說，狀態(tài)機(jī)是以多個(gè)狀態(tài)為核心，以狀態(tài)轉(zhuǎn)移為線索的一種圖表。

而行為樹是以行為邏輯為框架，以具體行動(dòng)作為節(jié)點(diǎn)的一種樹狀圖。

上圖我們簡(jiǎn)單改變一下寫法，就變成了更容易理解的形式：

黃色節(jié)點(diǎn)別我翻譯為大家容易理解的 and &&、or || 和while循環(huán)，暫且可以這么理解。而紅色節(jié)點(diǎn)，是一種判斷行為（相當(dāng)于if語句），綠色節(jié)點(diǎn)，是真正的行動(dòng)Action節(jié)點(diǎn)。這個(gè)圖是從示例工程中實(shí)際用到的行為樹簡(jiǎn)化而來的，非常具有說服力。

而實(shí)際使用中樹的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這么簡(jiǎn)單，行為樹會(huì)引出很多新的概念與使用要點(diǎn)，而且我們會(huì)用Behavior Designer這款大名鼎鼎的行為樹插件來作為示范，在后面我們會(huì)詳細(xì)解釋。

2、Behavior Designer 簡(jiǎn)單介紹

借用Behavior Designer官方文檔的介紹：

Behavior Designer 是一個(gè)行為樹插件！是為了讓設(shè)計(jì)師，程序員，美術(shù)人員方便使用的可視化編輯器！Behavior Designer 提供了強(qiáng)大的 API 可以讓你輕松的創(chuàng)建 tasks（任務(wù)），配合 uScript 和 PlayMaker 這樣的插件，可以不費(fèi)吹灰之力就能夠創(chuàng)建出強(qiáng)大的 AI 系統(tǒng)，而無需寫一行代碼！ 

其實(shí)，按照我的理解，Behavior Designer的主要作用并非可以不寫代碼（還是要寫不少代碼的），而是能讓游戲中邏輯最混亂的模塊——AI模塊能更有序的組織，方便查看、調(diào)試和修改。

可以打開我們的示例工程，或者安裝Behavior Designer插件。該插件是以Package的形式提供的，可以任意拷貝，本文不提供盜版下載（￣工￣lll） 。

1、打開Behavior Designer窗口的方法如圖：

2、為任意對(duì)象添加Behavior組件：

如圖，在上面的菜單里選擇“Add Behavior Tree”即可。觀察該GameObject的屬性，可以在下圖中可以看到這個(gè)組件實(shí)際上是一個(gè)腳本，默認(rèn)參數(shù)目前不需要任何修改。

下面開始按步驟實(shí)現(xiàn)并講解一個(gè)基本的行為添加過程，如有懵圈的情況，及時(shí)詢問或查找網(wǎng)上詳細(xì)的Behavior Designer資料。

3、現(xiàn)在可以編輯這個(gè)對(duì)象的Behavior Tree了：

要點(diǎn)1、按照步驟1可以打開Behavior Designer編輯窗口，在窗口打開的情況下點(diǎn)擊包含了BTree組件的對(duì)象，就可以對(duì)它進(jìn)行編輯：

這里添加一個(gè)Task -> Decorators -> UntilSuccess節(jié)點(diǎn)，它是一種Decorator即修飾器，修飾器在行為樹中起到骨架的作用，就像是程序里的循環(huán)和判斷一樣不可或缺。我現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)視野范圍的功能，在發(fā)現(xiàn)敵人以后，把敵人信息記下來。這就需要一個(gè)定制化的動(dòng)作——判斷敵人是否在視野中，這個(gè)動(dòng)作起名為WithInSight。

先添加一個(gè)WithInSight.cs腳本才能加入到Behavior Designer窗口里，代碼如下，已經(jīng)加上了詳細(xì)注釋：

public class WithinSight : Conditional

{

    // 視野角度

    public float fieldOfViewAngle;

    // 目標(biāo)物體的Tag

    public string targetTag;

    // 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，將目標(biāo)對(duì)象設(shè)置到BahaviorTree共享變量里面去

    public SharedTransform target;

    public SharedVector3 targetPos;

    // 所有指定Tag的物體的數(shù)組

    private Transform[] possibleTargets;

    // 重載函數(shù)，Behavior Designer專用的Awake

    public override void OnAwake()

    {

        // 根據(jù)Tag查找到所有物體，全部加入數(shù)組

        var targets = GameObject.FindGameObjectsWithTag(targetTag);

        possibleTargets = new Transform[targets.Length];

        for (int i = 0; i < targets.Length; ++i)

        {

            possibleTargets[i] = targets[i].transform;

        }

    }

    // 重載函數(shù)，Behavior Designer專用的Update

    public override TaskStatus OnUpdate()

    {

        // 判斷目標(biāo)是否在視野內(nèi)，這個(gè)返回值TaskStatus很關(guān)鍵，會(huì)影響樹的執(zhí)行流程

        for (int i = 0; i < possibleTargets.Length; ++i)

        {

            if (withinSight(possibleTargets[i], fieldOfViewAngle, 10))

            {

                // 將目標(biāo)信息填寫到共享變量里面，這樣其它Action就可以訪問它們了

                target.Value = possibleTargets[i];

                targetPos.Value = target.Value.position;

                Debug.Log("Find Target" + targetPos.Value);

                // 成功則返回 TaskStatus.Success

                return TaskStatus.Success;

            }

        }

        // 沒找到目標(biāo)就在下一幀繼續(xù)執(zhí)行此任務(wù)

        return TaskStatus.Running;

    }

    // 判斷物體是否在視野范圍內(nèi)的方法

    public bool withinSight(Transform targetTransform, float fieldOfViewAngle, float distance)

    {

        Vector3 direction = targetTransform.position - transform.position;

        if (direction.magnitude > distance)

        {

            return false;

        }

        return Vector3.Angle(direction, transform.forward) < fieldOfViewAngle;

    }

}

WithInSight是一種判斷條件，而不是實(shí)際的行為動(dòng)作，所以繼承了Conditional，這種繼承表示了對(duì)Behavior的擴(kuò)展。重點(diǎn)函數(shù)是OnAwake和OnUpdate，這個(gè)有別于MonoBehavior，是Behavior Designer插件專用的。寫好了這段代碼之后，再到行為樹窗口里去，就多了一個(gè)選項(xiàng)：

順理成章，把該連的線連起來。

現(xiàn)在你大概知道Behavior Designer的基本玩法了，簡(jiǎn)單來說就是用Decorator（修飾器）和Composites（組合器）搭邏輯框架，然后自定義Conditional（條件）和Action（動(dòng)作）來實(shí)際判斷和實(shí)際做出行為，僅此而已。

現(xiàn)在進(jìn)行測(cè)試，在玩家靠近AI時(shí)，應(yīng)該能觸發(fā)Debug.Log，如果OK的話，說明你邁出了第一步。

這還沒完，咱們處理一下代碼中的2個(gè)shared變量。

4、關(guān)于Shared變量的介紹

注意代碼中的這兩個(gè)變量：

// 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，將目標(biāo)對(duì)象設(shè)置到BahaviorTree共享變量里面去

    public SharedTransform target;

    public SharedVector3 targetPos;

SharedXXXX類型代表這個(gè)變量雖然是在這個(gè)類中定義的，但是在正確綁定以后，其他Action或者Conditional也可以訪問到。簡(jiǎn)單來說，它們就是專門用在Behavior Designer內(nèi)部的變量。對(duì)這種變量不僅要在代碼里聲明，還要在Behavior Designer窗口里進(jìn)行正確設(shè)置。

之前咱們直接畫圖了，沒有用到這里的四個(gè)窗口。介紹一下

(1) Behavior 狀態(tài)樹整體的名稱和屬性，對(duì)咱們的小項(xiàng)目來說默認(rèn)就行，不用管。

(2) Tasks所有Conditional（條件）和Action（動(dòng)作）的列表，按照我的開發(fā)習(xí)慣，較少用到內(nèi)置的條件和動(dòng)作。理由是內(nèi)置動(dòng)作功能太單一，組合起來樹狀圖會(huì)變得極其復(fù)雜，還不如用代碼清晰。這個(gè)問題見仁見智了。

(3) Variables變量窗口，接下來咱們主要介紹這個(gè)。

(4) 行為樹節(jié)點(diǎn)的Inspector，是針對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)屬性。在這里面不僅可以設(shè)置參數(shù)，還能綁定變量，接下來也要用到。

5、添加Shared變量

只要切換到Variables變量窗口，輸入變量名稱，選擇咱們腳本里定好的類型，然后Add即可。Add之后如下圖：

已經(jīng)添加好了，其他參數(shù)都不要變，紅圈也不要改，因?yàn)檫@個(gè)變量的賦值是由腳本負(fù)責(zé)的。

添加好另一個(gè)變量TargetPos：

我們要讓AI角色發(fā)現(xiàn)敵人時(shí)，記住他的transform和位置，以便后續(xù)處理，這些變量就和他的大腦記憶一樣。所以，要把WithInSight節(jié)點(diǎn)和這些變量關(guān)聯(lián)起來。

6、關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)和變量

點(diǎn)擊WithInSight節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊Inspector，可以看到這個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有屬性。普通的屬性就直接設(shè)定初始值就ok了，比如第一個(gè)屬性可視范圍是45。重點(diǎn)是對(duì)Shared變量進(jìn)行綁定操作，現(xiàn)在是紅色的None。

如果這里和我的截圖不一致，就點(diǎn)擊黑色圓點(diǎn)，切換一下綁定方式。如下圖操作：

這樣就能把Variables窗口里剛才新建的Target變量，和WithinSight判斷中的Target變量徹底聯(lián)系起來。同理對(duì)TargetPos也要做同樣操作。

7、試著加一個(gè)動(dòng)作，進(jìn)行試驗(yàn)

增加一個(gè)動(dòng)作AimAction瞄準(zhǔn)動(dòng)作，實(shí)際上就是轉(zhuǎn)向Target的方向即可，如果AI能轉(zhuǎn)向敵人方向，就代表我們的綁定成功了。先按咱們第3步也就是創(chuàng)建WithinSight的方法，創(chuàng)建一個(gè)腳本叫AimAction.cs，內(nèi)容如下：

public class AimAction : Action

{

    public SharedTransform target;

    // 是否正在面對(duì)入侵者，即已經(jīng)正確瞄準(zhǔn)

    bool IsFacingTarget()

    {

        if (target.Value == null)

        {

            return false;

        }

        Vector3 v1 = target.Value.position - transform.position;

        v1.y = 0;

        if (Vector3.Angle(transform.forward, v1) < 1)

        {

            return true;

        }

        return false;

    }

    // 轉(zhuǎn)向入侵者方向，每次只轉(zhuǎn)一點(diǎn)，速度受turnSpeed控制

    void RotateToTarget()

    {

        if (target.Value == null)

        {

            return;

        }

        Vector3 v1 = target.Value.position - transform.position;

        v1.y = 0;

        Vector3 cross = Vector3.Cross(transform.forward, v1);

        float angle = Vector3.Angle(transform.forward, v1);

        transform.Rotate(cross, Mathf.Min(2, Mathf.Abs(angle)));

    }

    public override void OnAwake()

    {

    }

    public override TaskStatus OnUpdate()

    {

        if (IsFacingTarget())

        {

            // 返回值不同對(duì)狀態(tài)樹會(huì)產(chǎn)生巨大影響，可以對(duì)比測(cè)試

            //return TaskStatus.Success;

            return TaskStatus.Running;

        }

        RotateToTarget();

        return TaskStatus.Running;

    }

}

然后修改行為樹的圖，添加AimAction和一些聯(lián)系用的Composite節(jié)點(diǎn)，改為下面的形式：

中間的Sequence代表下面的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)依次執(zhí)行，UntilSuccess構(gòu)成一個(gè)局部的反復(fù)執(zhí)行邏輯，AI會(huì)在左邊的子節(jié)點(diǎn)重復(fù)，直到發(fā)現(xiàn)敵人，Until節(jié)點(diǎn)中斷，執(zhí)行Aim瞄準(zhǔn)動(dòng)作。

別忘了給AimAction節(jié)點(diǎn)也綁定兩個(gè)Shared變量。如果發(fā)現(xiàn)像下圖這樣，和之前說好的不一樣，就點(diǎn)擊黑色圓點(diǎn)，切換一下綁定方式。點(diǎn)擊黑點(diǎn)實(shí)際上是切換兩種不同的變量使用方式。

現(xiàn)在，如果你操作沒錯(cuò)，那么播放游戲，看看敵人是否在發(fā)現(xiàn)你之后，就瞄準(zhǔn)你：

如上圖，不僅AI角色能正確瞄準(zhǔn)主角，而且在Behavior Designer窗口中，還能實(shí)時(shí)看到目前邏輯進(jìn)行的狀態(tài)，這個(gè)是Behavior Designer插件威力最大的功能之一——查看邏輯進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，將AI思考過程可視化（符合咱們第四節(jié)講的原則 :D）。

8、擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)所有功能

老師領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人。所有基本功能都介紹完畢，至于實(shí)際的使用方法需要大家自己分析一下了。

我用Behavior Designer重現(xiàn)了咱們第三節(jié)講過的內(nèi)容，得到了很好的效果，而且很好修改。

不要被嚇著了哦，這是一步一步做了很久的最終效果。而且雖然節(jié)點(diǎn)很多，我加上注釋之后，其實(shí)也就分三大塊而已，看起來還是有狀態(tài)機(jī)的影子，不難理解。

如上圖，和咱們講行為樹原理時(shí)用的概念圖基本是一致的。某些Composite前面沒講，下一篇文章會(huì)繼續(xù)深入，當(dāng)然自己查資料試驗(yàn)才是最好的學(xué)習(xí)方法。

3、總結(jié)

首先，讀者如果做下來的話，建議再回到本文開頭，看一下我畫的狀態(tài)機(jī)和行為樹對(duì)比圖，加深一下理論印象，而且如果我的概念圖不好的話，歡迎提出自己的看法寫在評(píng)論里。狀態(tài)機(jī)和行為樹的問題，屬于工程問題，不是科學(xué)問題，每個(gè)人會(huì)找到自己的理解，而且還有可能發(fā)現(xiàn)更厲害的抽象方法。

對(duì)于工程問題來說，就和寫代碼一樣，有很多要點(diǎn)：

1、細(xì)節(jié)多且雜，函數(shù)返回值、Composite的使用這些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)決定了成敗。

2、除非自己動(dòng)手試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，否則不可能掌握。

所以，我會(huì)在之后再次深入討論Behavior Designer。

我自己開始寫這個(gè)例子的時(shí)候，光比較Unity不同的行為樹插件之間的區(qū)別（現(xiàn)在Asset Store里面的同類插件非常多），就花費(fèi)了兩天時(shí)間，最終根據(jù)資料數(shù)量、插件功能確定了Behavior Designer是工程的首選方案。然后翻官方文檔和前人總結(jié)的博客資料，才慢慢理解了行為樹的大致用法。

在探索過程中會(huì)走很多彎路，現(xiàn)在將我的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成此文，為初學(xué)者解決剛開始的那種迷茫的狀態(tài)會(huì)非常有用。

行為樹的實(shí)際使用博大精深，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是幾篇文章能覆蓋到的。畢竟AI是游戲開發(fā)中最龐大的系統(tǒng)之一，而行為樹又是AI的核心。希望讀者們能理解方法，體會(huì)樂趣，不要過早陷入技術(shù)細(xì)節(jié)之中。

咱們下一節(jié)還是繼續(xù)行為樹，下期再見。

工程地址：https://github.com/mayao11/PracticalGameAI/tree/master/AI_Enemy3_Behavior_basic

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