AI模块（有限状态机、行为树）-应用在cocos中

前言：

本模块是在cocos项目中运用战斗框架，根据学习别人的文章来结合项目进行编写的，若有不对不合理的地方有劳大家指正，万分感谢！！！若有能有用的上的，万分荣幸！

简介：

AI模块一般是对怪物的AI实现，或者托管等自动战斗的情况。具体方式可能根据项目的具体需求来选择，常用的有：有限状态机，行为树。

有限状态机（fsm）

介绍：

状态机，或称有限状态机FSM（Finite State Machine），是一种重要的编程思想。

状态机有3要素：状态、事件与响应；

• 状态：系统处在什么状态？
• 事件：发生了什么事？
• 响应：此状态下发生了这样的事，系统要如何处理？

状态机有三大特征：

• 状态总数（state）是有限的。
• 任一时刻，只处在一种状态之中。
• 某种条件下，会从一种状态转变（transition）到另一种状态。

下面用在Cocos项目中的例子来做个简单的应用：

各个状态均包含以下操作：

export interface IState{
    OnEnter();//进入状态机回调
    OnExit();//退出状态机回调
    OnUpdate(deltaTime);//持续执行状态
    //OnCheck();
    //OnFixdeUpdate();
}

定义对应状态：

export enum StateType{
    //状态机中可能的状态
    /**未激活 */
    InActive, 
    /**等待游戏开始 */          
    WaitingStart,
    /**待机 */
    Idle,
    /**待机 */
    Idle_TowerDefense,
    /**移动 */
    Move,
    /**攻击 */
    Attack,
    /**正在大杀特杀 */
    Killing,
    /**死亡中 */
    Die,
    /**怪物扮演中的玩家 */
    MonsterCosplay,
    /**显示结算界面 */
    END,
}

定义状态机：

@ccclass('FSM')
export class FSM{
    public curState:IState;
    public states = new Map<StateType,IState>;
    public blackboard:BlackBoard;

    public constructor(blackboard:BlackBoard){
        this.states = new Map<StateType,IState>();
        this.blackboard = blackboard;
    }

    /**增加对应状态 */
    public AddState(stateType:StateType,state:IState){
        if(this.states.has(stateType)){
            return;
        }
        this.states.set(stateType,state);
    }

    /**切换到对应状态 */
    public SwitchState(stateType:StateType){
        if(!this.states.has(stateType)){
            return;
        }
        if(this.curState != null){
            this.curState.OnExit();
        }
        this.curState = this.states.get(stateType);
        this.curState.OnEnter();
    }

    /**获取到对应状态 */
    public GetIState(stateType:StateType){
        return this.states.get(stateType);
    }

    /**这里实现状态机对应执行逻辑 */
    public OnUpdate(deltaTime){
        this.curState?.OnUpdate(deltaTime);
    }

    // public OnCheck(){
    //     this.curState.OnCheck();
    // }

    // public OnFixedUpdate(){
    //     this.curState.OnFixedUpdate();
    // }

}

定义AI角色状态，并初始化状态机（根据自己的逻辑来切换对应状态）：

//初始化状态机
@ccclass('Test')
export class Test extends AttrBase {
    public fsm: FSM;
    public blackboard: TestBlackboard = new TestBlackboard();//此处存储共享数据，或者向外展示的数据，可配置的数据

    InitFsm() {
        this.fsm = new FSM(this.blackboard);
        /**攻击状态 */
        this.fsm.AddState(StateType.Attack, new AttackState(this.fsm));
        /**增加待机状态 */
        this.fsm.AddState(StateType.Idle, new IdleState(this.fsm));
        /**增加死亡状态 */
        this.fsm.AddState(StateType.Die, new DieState(this.fsm));
        /**增加等待开始状态 */
        this.fsm.AddState(StateType.WaitingStart, new WaittingState(this.fsm));
        /**增加结束状态 */
        this.fsm.AddState(StateType.END, new ENDState(this.fsm));
    }
    Init(){
        super.Init();
        this.InitFsm();
        this.fsm.SwitchState(StateType.WaitingStart);//切换状态为游戏开始状态
    }
}

//定义各个状态
class WaittingState implements IState {
    private fsm: FSM;
    public blackboard: TestBlackboard;
    public constructor(fsm: FSM) {
        this.fsm = fsm;
        this.blackboard = fsm.blackboard as TestBlackboard;
    }

    //新开局初始化
    OnEnter() {
    }
    OnExit() {
    }

    OnUpdate(deltaTime: number) {
        if(GamePlaying){//游戏开始
            this.fsm.SwitchState(StateType.Idle);//切换状态IDLE
        }
    }
}

行为树（这里没有太深入的研究，应用的也不太多，大概了解了下理论）

简介：

行为树（Behavior Tree）是一种用于描述复杂行为逻辑的图形化结构，常用于游戏开发、机器人控制、人工智能等领域。它由节点组成，节点之间通过连接线连接，形成树状结构。行为树主要由以下几种类型的节点组成：

• 行为节点（Action Nodes）：执行具体的动作或任务，例如移动、攻击、待机等。
• 条件节点（Conditional Nodes）：判断条件是否满足，通常用于控制流程的分支。
• 复合节点（Composite Nodes）：用于组合和控制其他节点的执行顺序和逻辑关系，主要分为序列节点和选择节点两种类型：
  • 序列节点（Sequence Nodes）：按顺序执行其子节点，只有当所有子节点都成功执行时，序列节点才会返回成功；一旦有一个子节点失败，则序列节点会立即返回失败，不再执行后续节点。
  • 选择节点（Selector Nodes）：按顺序尝试执行其子节点，一旦某个子节点成功执行，选择节点即返回成功；只有当所有子节点都失败时，选择节点才会返回失败。
• 装饰节点（Decorator Nodes）：用于修改其子节点的行为或结果，常见的装饰节点包括反转节点、条件节点、超时节点等。

简单的代码运用

    private actionType: number = 0;
    public get ActionType(): number { return this.actionType; }
    /**玩家的行为：0为待机，1为移动，2为跳，3为跑,4为散步，9为濒死,10为死亡 */
    public set ActionType(value: number) {
        switch (value) {
            case 0:
            case 9:
                this.ChangeAni("idle", true);
                break;
            case 2:
                break;
            case 1:
            case 3:
            case 4:
                this.ChangeAni("run", true);
                break;
            case 5:
            case 6:
            case 7:
            case 8:
                break;
            case 10:
                this.ChangeAni("die",false);
                break;
            default:
                Logger.Error("Character ActionType Error: " + value);
                break;
        }
        this.actionType = value;
    }
    
    ChangeAni(aniName: string, isLoop: boolean, func?){
        //定义自己的对应逻辑
    }

参考文章：

如何深入理解“有限状态机”的设计思想？ - 知乎 (zhihu.com)

JavaScript与有限状态机 - 阮一峰的网络日志 (ruanyifeng.com)

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