Unreal Engine 4 系列教程 Part 9：AI教程

yukamu · 发表于 2022-1-12 11:53

原文：Unreal Engine 4 Tutorial: Artificial Intelligence
作者：Tommy Tran
译者：Shuchang Liu

在本篇教程中，你将学习如何使用行为树和AI感知来创建一个能四处走动，攻击敌人的简单AI。
在视频游戏中，人工智能（AI）通常指的是拥有自主决策行为的非玩家角色。AI可以是看到玩家然后进行攻击的简单角色，也可以是即时策略（RTS）游戏里的强大对手。
在Unreal引擎里，我们可以通过行为树创建AI。行为树是一个决定AI做哪种行为的实时决策系统。比如，如果AI有战斗和逃跑两种行为。你可以创建行为树，让AI在高于50%血量时进行战斗，低于50%血量时逃跑。
在本篇教程中，你将学习到：

注意：本篇教程只是Unreal Engine 4系列教程的其中一篇：

Part 1：入门Part 2：蓝图Part 3：材质Part 4：UIPart 5：制作简单游戏Part 6：动画Part 7：音频Part 8：粒子系统Part 9：AIPart 10：制作简单FPS游戏

起步入门

下载示例项目并解压。进入项目文件夹，双击MuffinWar.uproject打开项目。
按下Play运行游戏，在围栏内点击左键生成蘑菇小人。

在本例中，我们将创建一个能四处走动的AI，当其他蘑菇小人进入AI的视野时，AI会追逐对方并进行攻击。
要创建一个AI角色，我们需要三个元素：

身体：

灵魂：

大脑：

现在我们已经有了身体，接着要搞来灵魂和大脑。首先，我们要创建控制器作为灵魂。
什么是控制器？

控制器是一个能控制角色单位的非物理Actor。这里所说的“控制”，具体指的是什么意思呢？
对于玩家而言，控制指的是能通过按键操控角色单位。控制器获取玩家输入，并将输入直接传给角色。当然，控制器也可以获取输入进行处理，然后再告诉角色单位做哪个行为。

对于AI来说，角色单位就是由控制器或“大脑”（取决于实现方式）来通知其做什么行为的。
为了用AI控制蘑菇小人，我们需要创建一类特殊的控制器——AI控制器。
创建AI控制器

打开Characters\Muffin\AI目录并创建Blueprint Class，选中AIController作为父类并命名为AIC_Muffin。

接着，我们需要让蘑菇小人使用这个AI控制器，打开Characters\Muffin\Blueprints并双击打开BP_Muffin。
默认情况下，Details面板会显示蓝图的默认设置，如果没有显示，就点击Toolbar的Class Defaults。

在Details面板找到Pawn设置，将AI Controller Class设为AIC_Muffin，这样当蘑菇小人生成时，就会对应生成一个AI控制器实例。

由于我们要动态生成蘑菇小人，Auto Possess AI要设成Spawned。这样当蘑菇小人生成时，AIC_Muffin就会自动控制BP_Muffin。

点击Compile并关闭BP_Muffin。
现在，我们要来创建决策蘑菇小人行为的逻辑，就要用上行为树。
创建行为树

打开Characters\Muffin\AI目录，并选择Add New\Artificial Intelligence\Behavior Tree，将其命名为BT_Muffin并打开。
行为树编辑器

行为树编辑器包含3个新面板：

Behavior Tree：

Details：

Blackboard：

像蓝图一样，行为树也是由节点构成的。行为树有4类节点，前两种分别是任务(tasks)和组合(composites)节点。
什么是任务和组合节点？

顾名思义，任务节点负责完成具体任务，可以是表现一套连招这样的复杂任务，也可以是原地等待这样的简单任务。

要完成多个任务，我们就要用上组合节点。一个行为树由许多分支（行为）组成。每个分支的根节点，都是一个组合节点。不同类型的组合节点，执行其子节点的方式也各不相同。
比如，我们有一组如下序列的行为：

要按顺序执行每个行为，我们就要用上Sequence组合节点，因为Sequence节点能够从左至右的执行子节点，图表看起来是这样的：

注意：从组合节点衍生出来的节点可以称为子树(subtree)。通常来说，这些节点就统称为一个行为。比如，Sequence，Move To Enemy，Rotate Towards Enemy和Attack就统称为“攻击敌人”行为。

如果Sequence的任意节点执行失败，整个Sequence节点就会停止执行。
比如，如果角色无法移动到敌人身边，Move To Enemy节点就执行失败了，这样Rotate Towards Enemy和Attack节点也就无法继续执行了。反之，如果角色成功移动到敌人边上，就能执行随后两个节点。
后续我们还会学习Selector组合节点，不过现在先让我们用Sequence节点实现角色随机移动到某个位置并原地停留。
随机移动位置

首先，创建Sequence节点并与Root节点相连。

接着，我们需要让角色移动起来，创建MoveTo节点与Sequence节点相连，这个节点可以驱动角色移动到特定位置或Actor。

随后，创建Wait节点与Sequence节点相连，确保将其放置在MoveTo节点右边，放置顺序非常重要，因为子节点是按照从左到右的顺序执行的。

注意：你可以通过每个节点右上角的数字确认其执行顺序。数字越小执行顺序越高。

恭喜你，你刚刚创建了你的第一个行为！它将会驱动角色移动到指定位置并原地停留数秒。
为了让角色移动，我们还需要指定要移动的位置。由于MoveTo节点只接受由黑板提供的数值，我们要先创建一个黑板。
创建黑板

黑板是一个单纯用来存放变量（键值）的资源。我们可以将其理解为AI的内存。
虽然黑板不是必须使用的，但它确实为我们读取，存取数据提供了极大便利，这么说的原因是很多行为树节点只接受黑板键值作为参数输入。
要创建一个黑板，我们在Content Browser选择新建Add New\Artificial Intelligence\Blackboard，将其命名为BB_Muffin并打开。
黑板编辑器

黑板编辑器由2个面板组成：

Blackboard：

Blackboard Details：

现在，我们要创建一个键值用于存放目标位置。
创建目标位置键值

由于是3D空间里的一个位置点，我们需要用Vector来进行存储。点击New Key并选择Vector，将其命名为TargetLocation。

接着，我们需要随机生成一个位置并将其存在黑板里，我们就需要用到第三种类型的行为树节点：服务(service)节点。
什么是服务节点？

服务节点类似于任务节点，用于完成一些事情。然而，不同于操控角色做特定行为，服务节点用于执行检查或更新黑板操作。
服务并不是独立节点，而是依附于任务节点或者组合节点。这样使得行为树更加简洁易于组织，不会横生太多节点。如果我们用任务节点来实现，效果如下图所示：

如果用服务节点来实现，则如下图所示：

现在，让我们来创建一个生成随机位置的服务吧。
创建服务

回到BT_Muffin并点击New Service。

这样就会新建一个服务并自动打开，我们回到Content Browser将其重命名为BTService_SetRandomLocation。
服务应当且仅当在角色准备移动时才执行，因此我们要将它附着在MoveTo节点上。
打开BT_Muffin，右键点击MoveTo节点，从弹出菜单选择Add Service\BTService Set Random Location。

现在，当MoveTo激活执行时，BTService_SetRandomLocation也会跟着激活执行。
接着，我们需要随机生成目标点位置。
生成随机位置

打开BTService_SetRandomLocation。
为了监听获知服务何时触发执行，我们创建Event Receive Activation AI节点，这个节点会在服务父类（所附着的节点）激活时触发执行。

注意：另一个事件Event Receive Activation也有着相同的触发时机，两者区别在于Event Receive Activation AI事件额外提供了Controlled Pawn参数。

为了生成随机位置，添加如下高亮节点，确保将Radius设置为500。

这样就能返回得到该角色500单位半径内的一个随机可达目标点。

注意：GetRandomPointInNavigableRadius节点使用了导航数据（称之为NavMesh）来判断一个点是否可达。在本例中，我已提前创建好了NavMesh。你可以通过在Viewport选中Show\Navigation观察NavMesh。

如果你想创建自己的NavMesh，请创建 Nav Mesh Bounds Volume，缩放其大小为理想可达区域。

接下来，我们需要将位置数据存储到黑板里。有两种方式指定要存放的键值：

Make Literal Name

这里我们使用第二种方法。创建类型为Blackboard Key Selector的变量。将其命名为BlackboardKey并启用Instance Editable，这样行为树里的服务就会出现对应变量。

随后，创建如下高亮节点：

小结：

Event Receive Activation AI

MoveTo

GetRandomPointInNavigableRadius

500

Set Blackboard Value as Vector

BlackboardKey

点击Compile并关闭BTService_SetRandomLocation。
接着，我们需要让行为树来使用这个黑板值。
使用黑板

打开BT_Muffin并确保没有选中任何东西。在Details面板的Behavior Tree设置处，将Blackboard Asset设为BB_Muffin。

然后MoveTo和BTService_SetRandomLocation就会自动使用黑板的第一个键值，在本例中，就是TargetLocation。

最后，我们需要让AI控制器来运行行为树。
运行行为树

打开AIC_Muffin并连接Run Behavior Tree节点与Event BeginPlay节点，将BTAsset设为BT_Muffin。

这样当AIC_Controller生成时就会执行BT_Muffin。
点击Compile并返回主编辑器，按下Play运行游戏，生成一些蘑菇小人，观察它们四处走动吧。

虽然设置很繁琐，我们还是搞定了！接着，我们要进一步设置AI控制器，让它可以在一定范围内感知敌人所在。要实现这点，就要使用AI感知（AI Perception）。
设置AI感知

AI感知是一个可以添加给Actor的组件，通过它，我们可以给AI添加感官能力（如视觉和听觉）。
打开AIC_Muffin并添加AIPerception。

接着，我们要添加一个感官，由于我们想要蘑菇小人能够感知到其他小人靠近，我们给它加上视觉感官。
选中AIPerception并在Details面板的AI Perception设置处，给Senses Config添加新元素。

将元素0设置为AI Sight config并展开它。

对于视觉有3个主要设置：

Sight Radius：

3000

Lose Sight Radius：

3500

Peripheral Vision Half Angle Degrees：

45

90

默认情况下，AI感知只检测敌人（被指定为不同队伍（team）的Actor）。然而，Actor默认是没有设置队伍的，如果Actor没有队伍，AI感知就会将其认为中立（neutral）角色。
截至目前，还没有方法能通过蓝图设置Actor的队伍，退而求其次，我们展开Detection by Affiliation设置，启用Detect Neutrals。

点击Compile并回到主编辑器。按下Play运行游戏来生成蘑菇。按下 ‘ 键可以显示AI调试信息，按下小键盘的数字键4可以可视化AI感知组件。当蘑菇小人进入视野时，就会显示绿色球体。

接着，我们要让蘑菇小人往敌人的方向走去。要实现这点，行为树就要了解敌人的信息，我们通过在黑板存储敌人的引用来完成这件事。
创建敌人键值

打开BB_Muffin并添加类型为Object的键值，将其命名为Enemy。

现在，我们还不能在MoveTo节点使用Enemy，因为其键值类型为Object，但MoveTo只接受Vector或Actor类型的键值。
为了解决这点，我们选中Enemy并展开Key Type，将Base Class设置为Actor。这样行为树就能将Enemy识别为Actor了。

关闭BB_Muffin，现在，我们要创建一个行为让AI向敌人走去。
朝敌人移动

打开BT_Muffin并断开Sequence和Root连接。我们可以通过按住Alt键点击连线来做到，并将移动子树移到一边。
接着，创建如下高亮节点，并将Blackboard Key设置为Enemy：

这样角色就会朝Enemy走去。有时候，角色不会刚好面对着它的目标，所以我们还需要用上Rotate to face BB entry节点。
现在，我们需要在AI感知检测到其他蘑菇时，将其设置为Enemy的值。
设置敌人键值

打开AIC_Muffin并选中AIPerception组件，添加Perception Updated事件。

只要感官发生更新，这个事件就会触发执行。在本例中，当AI获得或丢失了某物体的视野，这个事件就会执行，并提供了其当前所能感知到的Actor列表。
添加如下高亮节点，并确保将Make Literal Name节点设置为Enemy。

这样就可以判断AI目前有没有敌人对象，如果没有，我们就要给它设置一个敌人，因此添加如下节点：

小结：

IsValid

Enemy

Cast To BP_Muffin

IsDead

false

敌人

点击Compile并关闭AIC_Muffin，按下Play运行游戏并生成两个蘑菇小人，其中一个生成暴露在另一个面前，后者就会自动向前者走过去。

接着，你要创建一个自定义任务，让蘑菇小人可以表演攻击行为。
创建攻击任务

我们可以直接在Content Browser创建任务，而无须通过行为树编辑器。创建新的Blueprint Class类，并将BTTask_BlueprintBase作为其父类。

将新建类命名为BTTask_Attack并打开，添加Event Receive Execute AI节点，这个节点会在行为树激活BTTask_Attack时触发执行。

首先，你需要让蘑菇执行攻击行为。BP_Muffin包含一个IsAttacking变量，当变量设置为true时，蘑菇会执行一次攻击，因此我们添加如下高亮节点：

如果这个任务节点在这里就结束了，那行为树执行就会卡在这个节点上，因为行为树并不知道该节点已执行完毕了，所以我们要在节点链末端添加Finish Execute节点。

接着，启用Success，由于我们用的是Sequence，这样就能让BTTask_Attack的后续节点得以执行。

现在图表看起来应该是这样的：

小结：

BTTask_Attack

Event Receive Execute AI

Cast To BP_Muffin

Controlled Pawn

BP_Muffin

IsAttacking

Finish Execute

点击Compile并关闭BTTask_Attack。
现在，我们需要将BTTask_Attack节点添加到行为树中。
行为树添加攻击行为

打开BT_Muffin，随后，将BTTask_Attack节点添加到Sequence节点后面。

接着，将Wait节点添加到Sequence节点后面，并将Wait Time设置为2。确保蘑菇小人不会攻击个不停。

回到主编辑器点击Play运行游戏，像上次一样生成两个蘑菇小人。蘑菇小人会朝着敌人走去。随后，它会尝试攻击，然后休息两秒。当它发现另一个敌人时，又会重复以上行为。

在最后一部分，我们要将攻击和移动两颗子树合并在一起。
合并子树

为了合并子树，我们要用上Selector组合节点。类似于Sequence节点，它也是按从左向右的顺序执行的。然而，Selector节点会在子节点返回成功而非失败时停止执行。利用这个特性，就可以确保行为树每次只执行一颗子树。
打开BT_Muffin并在Root节点下创建Selector节点。随后，如下图连接两个子树：

这样同一时间只有一颗子树会得到执行，下面是每颗子树的执行情况：

攻击：

Sequence

Selector

移动：

Enemy

MoveTo

Sequence

Selector

回到主编辑器，按下Play运行游戏，生成一些蘑菇小人试试看吧！

“等等，为什么图中这个蘑菇小人没有马上攻击另一只呢？”
在传统的行为树设计里，行为树每帧都会从根节点开始执行，意味着每帧更新，它都会尝试执行第一颗攻击子树，然后再执行第二颗移动子树，这也意味着当Enemy值发生变化时，行为树就会马上切换执行另一颗子树。
然而，Unreal的行为树并不是这样设计执行的。在Unreal里，行为树会继续执行上一帧选中的那颗子树。图中由于AI感知没有马上感知到另一只蘑菇小人的存在，行为树开始执行移动子树，于是行为树就只能乖乖等待移动子树执行完毕，才能重新评估确定执行攻击子树。
为了解决这个问题，我们需要用上最后一种类型节点：装饰（decorators）节点。
创建装饰节点

类似于服务节点，装饰节点也依附于任务或组合节点。通常而言，装饰节点用于做前置检查。如果检查结果为true，装饰节点就返回true，反之亦然。通过装饰节点，就能控制其依附节点是否能够执行。
装饰节点也有能力中止子树的运行，这意味着我们能实现一旦Enemy有设值，就立即中止移动子树。这样蘑菇小人就能在发现敌人的第一时间攻击敌人。
要实现中止功能，我们可以使用Blackboard装饰节点，这个节点只是简单地检查某个黑板键值是否有值。打开BT_Muffin，并在攻击子树的Sequence节点点击右键，从弹出菜单选中Add Decorator\Blackboard，这样Sequence节点就会添加上Blackboard节点。

接着，选中Blackboard装饰节点，并在Details面板将Blackboard Key设为Enemy。

这样可以判断Enemy是否有值，如果没有值，节点返回失败，从而导致Sequence失败，从而让移动子树得到执行。
为了中止移动子树，我们需要用上Observer Aborts设置。
使用Observer Aborts

Observer Aborts能够实现所选中的黑板键值发生变化时，中止执行子树，这里分为两种类型的中止：

Self：

Enemy

Lower Priority：

Enemy

我们将Observer Aborts设为Both，同时启用两种类型的中止。

现在，当AI已经没有敌人目标时，可以马上从攻击子树切换运行移动子树。同样的，当AI检测到敌人目标时，又能从移动子树切换运行攻击子树。
以下是完整的行为树图表：

攻击子树小结：

Enemy

Selector

移动子树小结：

Enemy

Selector

BTService_SetRandomLocation

关闭BT_Muffin并按下Play运行游戏，生成一些蘑菇小人进行一场你死我活的决斗吧！

后续学习

你可以在这里下载完整项目。
如你所见，制作简单AI还算一件不难的事。如果你想创建一个更加高级的AI，请查阅场景查询系统，这个系统允许AI收集场景数据并作出相应的反馈。
如果你还想继续学习引擎其他内容，点击下篇教程，将教你如何制作一个简单的第一人称射击游戏。

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