从有限状态机(FSM)到行为树(Behavior Tree)(1)

发表于2016-12-12
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     选这次主题,要感谢一位网友的来信,他询问了一些如何将有限状态机转成行为树的问题,当时,我回信给了一些建议,但后来我仔细想了一下,觉得可能说得还不够全面,所以我就想通过这篇文章,来整理出一些比较典型的转化“模板”,给有这方面疑惑的朋友一些帮助,如果有朋友有一些自己的见解的,可以在后面留言,我们一起讨论。

     有限状态机维护了一张图,图的节点是一个个的状态,节点和节点的连线是状态间根据一定的规则做的状态转换,每一个状态内的逻辑都可以简要描述为:

      如果满足条件1,则跳转到状态1
      如果满足条件2,则跳转到状态2

      否则,不做跳转,维持当前状态

     稍作整理的话,我们可以对状态机的几种跳转的情况一一描述出来,然后看看如果将这些情况用行为树来表示的话,可以怎么做。这就是我前面说的“转化模板”,当然我不能保证我下面列出的是状态机的所有可能情况,如果大家在实践中发现还有其他的情况,欢迎留言,我随时更新。

     在这之前,我们可以先回忆一些关于行为树的一些概念(可以参考12

  • 控制节点:选择节点,序列节点,并行节点,等等
  • 行为节点:两种运行状态,“运行中”和“完成”
  • 前提条件

    

模式1:当处在任何状态中,一旦某条件满足,即跳转到某个特定的状态。

     比如,在状态机中的一些错误处理,经常会用到上面的这种模式,当状态在运行过程中,发生了某些异常,那一般,我们会把状态机跳转到某个异常状态。这种情况,我们可以用到带优先级的选择节点(Priority Selector)方式,如下图,可以看到,我们把状态c作为行为树里的行为节点,跳转条件(Condition1)作为这个节点的前提(Precondition)。



再用上面举到的错误处理的例子,在状态机中,我们一般会这样写:

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STATE A::Update()
{
     ...
     if(error)
     {
         return TO_ERROR_STATE();
     }
     ...
     return UNCHANGED_STATE();
}

     转换到行为树中,我们会通过外部的黑板来做通信(可以参考这里),在行为节点a中,我们会这样写

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EXECUTE_STATE A::Execute(BlackBoard& out)
{
    ...
    if(error)
    {
        out.error = error;
        return EXECUTE_STATE_FINISH;
    }
    ...
    return EXECUTE_STATE_RUNNING;
}

   然后对于节点c的前提里,我们来读取黑板里的error值

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bool Condition1::IsTrue(const BlackBoard& in) const
{
    return in.error == true;
}

模式2:对于同一个跳转条件,处在不同的状态会有不同的跳转

     比如,我们有两个状态,a和b,他们都对同一个跳转条件作出响应,但和模式1不同的是,a对跳转到状态c,而b会跳转到状态d,换句话说,这是一种带有上下文的状态跳转方式。对于这种情况,可以用到序列节点的相关特性,如下图



     序列节点中,当前一个节点运行完成后,会执行下一个节点,利用此特性,在上图中可以看到,我们在a中,当满足条件Condition1的时候,则返回“完成”,那行为树就会自动跳转到c节点中,参考代码如下:

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EXECUTE_STATE A::Execute(BlackBoard& out)
{
    ...
    if(condition1 == true)
    {
        return EXECUTE_STATE_FINISH;
    }
    ...
    return EXECUTE_STATE_RUNNING;
}

     对于这种模式的另一种转化,可以不用序列节点,还是用到选择和前提的组合,但我们在前提中加上一个当前状态的附加条件,如下图

在第二层的前提中,我们可以这样写

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bool InACState::IsTrue(const BlackBoard& in)
{
    return in.current_running_node = A::GetID() ||
           in.current_running_node = C::GetID();
}
 
bool InBDState::IsTrue(const BlackBoard& in)
{
    return in.current_running_node = B::GetID() ||
           in.current_running_node = D::GetID();
}

     这样对于c的前提就是Condition1和InACState的“与”(回想一下前提的相关内容)。由于我们保留了上下文的信息,所以通过对于前提的组合,我们就转化了这种模式的状态机。

(待续…)

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     作者:Finney
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