Unreal Engine 4 系列教程 Part 9：AI教程

原文：Unreal Engine 4 Tutorial: Artificial Intelligence
做者：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感知来建立一个能四处走动，攻击敌人的简单AI。

在视频游戏中，人工智能（AI）一般指的是拥有自主决策行为的非玩家角色。AI能够是看到玩家而后进行攻击的简单角色，也能够是即时策略（RTS）游戏里的强大对手。

在Unreal引擎里，咱们能够经过行为树建立AI。行为树是一个决定AI作哪一种行为的实时决策系统。好比，若是AI有战斗和逃跑两种行为。你能够建立行为树，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：

• 建立AI实体用于控制角色单位
• 建立并使用行为树和黑板
• 使用AI感知让角色单位得到视野
• 建立行为让角色单位四处走动并攻击敌人

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：UI
• Part 5：制做简单游戏
• Part 6：动画
• Part 7：音频
• Part 8：粒子系统
• Part 9：AI
• Part 10：制做简单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，咱们将建立一个能四处走动的AI，当其余蘑菇小人进入AI的视野时，AI会追逐对方并进行攻击。

要建立一个AI角色，咱们须要三个元素：

1. 身体：这个是角色的物理表现，在本例中，蘑菇小人就是身体
2. 灵魂：这个是控制角色行为的实体，既能是玩家自己，也能够是AI
3. 大脑： AI进行决策行为的逻辑，咱们能够用C++代码，蓝图或者是行为树来实现逻辑。

如今咱们已经有了身体，接着要搞来灵魂和大脑。首先，咱们要建立控制器做为灵魂。

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，控制指的是能经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。固然，控制器也能够获取输入进行处理，而后再告诉角色单位作哪一个行为。

对于AI来讲，角色单位就是由控制器或“大脑”（取决于实现方式）来通知其作什么行为的。

为了用AI控制蘑菇小人，咱们须要建立一类特殊的控制器——AI控制器。

建立AI控制器

打开Characters\Muffin\AI目录并建立Blueprint Class，选中AIController做为父类并命名为AIC_Muffin。

接着，咱们须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。

默认状况下，Details面板会显示蓝图的默认设置，若是没有显示，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。

因为咱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。

如今，咱们要来建立决策蘑菇小人行为的逻辑，就要用上行为树。

建立行为树

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：

1. Behavior Tree：这个图表面板用于建立行为树节点
2. Details：展现选中节点的参数
3. Blackboard：展现黑板的全部键值（后续讲解）和其对应数值。只有在游戏运行时才会有显示

像蓝图同样，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，能够是表现一套连招这样的复杂任务，也能够是原地等待这样的简单任务。

要完成多个任务，咱们就要用上组合节点。一个行为树由许多分支（行为）组成。每一个分支的根节点，都是一个组合节点。不一样类型的组合节点，执行其子节点的方式也各不相同。

好比，咱们有一组以下序列的行为：

要按顺序执行每一个行为，咱们就要用上Sequence组合节点，由于Sequence节点可以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能够称为子树(subtree)。一般来讲，这些节点就统称为一个行为。好比，Sequence，Move To Enemy，Rotate Towards Enemy和Attack就统称为“攻击敌人”行为。

若是Sequence的任意节点执行失败，整个Sequence节点就会中止执行。

好比，若是角色没法移动到敌人身边，Move To Enemy节点就执行失败了，这样Rotate Towards Enemy和Attack节点也就没法继续执行了。反之，若是角色成功移动到敌人边上，就能执行随后两个节点。

后续咱们还会学习Selector组合节点，不过如今先让咱们用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，建立Sequence节点并与Root节点相连。

接着，咱们须要让角色移动起来，建立MoveTo节点与Sequence节点相连，这个节点能够驱动角色移动到特定位置或Actor。

随后，建立Wait节点与Sequence节点相连，确保将其放置在MoveTo节点右边，放置顺序很是重要，由于子节点是按照从左到右的顺序执行的。

注意：你能够经过每一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，你刚刚建立了你的第一个行为！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，咱们还须要指定要移动的位置。因为MoveTo节点只接受由黑板提供的数值，咱们要先建立一个黑板。

建立黑板

黑板是一个单纯用来存放变量（键值）的资源。咱们能够将其理解为AI的内存。

虽然黑板不是必须使用的，但它确实为咱们读取，存取数据提供了极大便利，这么说的缘由是不少行为树节点只接受黑板键值做为参数输入。

要建立一个黑板，咱们在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：

1. Blackboard：展现全部键值列表
2. Blackboard Details：展现所选键值的参数

如今，咱们要建立一个键值用于存放目标位置。

建立目标位置键值

因为是3D空间里的一个位置点，咱们须要用Vector来进行存储。点击New Key并选择Vector，将其命名为TargetLocation。

接着，咱们须要随机生成一个位置并将其存在黑板里，咱们就须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？

服务节点相似于任务节点，用于完成一些事情。然而，不一样于操控角色作特定行为，服务节点用于执行检查或更新黑板操做。

服务并非独立节点，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。若是咱们用任务节点来实现，效果以下图所示：

若是用服务节点来实现，则以下图所示：

如今，让咱们来建立一个生成随机位置的服务吧。

建立服务

回到BT_Muffin并点击New Service。

这样就会新建一个服务并自动打开，咱们回到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，所以咱们要将它附着在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。

如今，当MoveTo激活执行时，BTService_SetRandomLocation也会跟着激活执行。

接着，咱们须要随机生成目标点位置。

生成随机位置

打开BTService_SetRandomLocation。

为了监听获知服务什么时候触发执行，咱们建立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：另外一个事件Event Receive Activation也有着相同的触发时机，二者区别在于Event Receive Activation AI事件额外提供了Controlled Pawn参数。

为了生成随机位置，添加以下高亮节点，确保将Radius设置为500。

这样就能返回获得该角色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，我已提早建立好了NavMesh。你能够经过在Viewport选中Show\Navigation观察NavMesh。

若是你想建立本身的NavMesh，请建立 Nav Mesh Bounds Volume，缩放其大小为理想可达区域。

 

接下来，咱们须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：

1. 咱们可使用Make Literal Name节点指定键值名字
2. 咱们能够将变量暴露给行为树，这样就能在行为树里经过下拉列表选中变量

这里咱们使用第二种方法。建立类型为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，建立以下高亮节点：

小结：

1. Event Receive Activation AI节点会在其父类（本例中的MoveTo节点）激活时执行
2. GetRandomPointInNavigableRadius节点返回角色500单位半径内的一个随机可达目标点
3. Set Blackboard Value as Vector节点将一个黑板键值（BlackboardKey）数值设为随机位置点

点击Compile并关闭BTService_SetRandomLocation。

接着，咱们须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。

而后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，咱们须要让AI控制器来运行行为树。

运行行为树

打开AIC_Muffin并链接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，咱们仍是搞定了！接着，咱们要进一步设置AI控制器，让它能够在必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感知是一个能够添加给Actor的组件，经过它，咱们能够给AI添加感官能力（如视觉和听觉）。

打开AIC_Muffin并添加AIPerception。

接着，咱们要添加一个感官，因为咱们想要蘑菇小人可以感知到其余小人靠近，咱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：

1. Sight Radius：蘑菇小人的最远视觉范围，将其设置为3000。
2. Lose Sight Radius：若是蘑菇小人已经看到了敌人，那敌人要逃离小人视野的距离，将其设置为3500。
3. Peripheral Vision Half Angle Degrees：决定蘑菇小人视野的角度，将其设置为45，蘑菇小人就会有90度的范围视角。

默认状况下，AI感知只检测敌人（被指定为不一样队伍（team）的Actor）。然而，Actor默认是没有设置队伍的，若是Actor没有队伍，AI感知就会将其认为中立（neutral）角色。

截至目前，尚未方法能经过蓝图设置Actor的队伍，退而求其次，咱们展开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 ‘ 键能够显示AI调试信息，按下小键盘的数字键4能够可视化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，咱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，咱们经过在黑板存储敌人的引用来完成这件事。

建立敌人键值

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

如今，咱们还不能在MoveTo节点使用Enemy，由于其键值类型为Object，但MoveTo只接受Vector或Actor类型的键值。

为了解决这点，咱们选中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，如今，咱们要建立一个行为让AI向敌人走去。

朝敌人移动

打开BT_Muffin并断开Sequence和Root链接。咱们能够经过按住Alt键点击连线来作到，并将移动子树移到一边。

接着，建立以下高亮节点，并将Blackboard Key设置为Enemy：

这样角色就会朝Enemy走去。有时候，角色不会恰好面对着它的目标，因此咱们还须要用上Rotate to face BB entry节点。

如今，咱们须要在AI感知检测到其余蘑菇时，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得到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。

添加以下高亮节点，并确保将Make Literal Name节点设置为Enemy。

这样就能够判断AI目前有没有敌人对象，若是没有，咱们就要给它设置一个敌人，所以添加以下节点：

小结：

1. IsValid节点负责判断Enemy键值是否有值
2. 若是还没设置，遍历当前全部检测到的Actor
3. Cast To BP_Muffin节点负责检查Actor是否为蘑菇
4. 若是是蘑菇，进一步判断是否已死亡
5. 若是IsDead返回false，将蘑菇设置为新敌人，并退出循环

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外一个面前，后者就会自动向前者走过去。

接着，你要建立一个自定义任务，让蘑菇小人能够表演攻击行为。

建立攻击任务

咱们能够直接在Content Browser建立任务，而无须经过行为树编辑器。建立新的Blueprint Class类，并将BTTask_BlueprintBase做为其父类。

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，你须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，所以咱们添加以下高亮节点：

若是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，由于行为树并不知道该节点已执行完毕了，因此咱们要在节点链末端添加Finish Execute节点。

接着，启用Success，因为咱们用的是Sequence，这样就能让BTTask_Attack的后续节点得以执行。

如今图表看起来应该是这样的：

小结：

1. 当行为树激活BTTask_Attack节点时，Event Receive Execute AI节点就会一同触发执行。
2. Cast To BP_Muffin节点会检查Controlled Pawn是否为BP_Muffin类型
3. 若是是，则设置IsAttacking变量为true
4. 经过Finish Execute节点退出当前节点，让行为树继续往下执行

点击Compile并关闭BTTask_Attack。

如今，咱们须要将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，像上次同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，而后休息两秒。当它发现另外一个敌人时，又会重复以上行为。

在最后一部分，咱们要将攻击和移动两颗子树合并在一块儿。

合并子树

为了合并子树，咱们要用上Selector组合节点。相似于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中止执行。利用这个特性，就能够确保行为树每次只执行一颗子树。

打开BT_Muffin并在Root节点下建立Selector节点。随后，以下图链接两个子树：

这样同一时间只有一颗子树会获得执行，下面是每颗子树的执行状况：

• 攻击： Selector节点会首先运行第一颗子树，若是全部任务都成功了，Sequence节点也会返回执行成功。Selector节点得知执行成功，就会中止执行后面的节点，这样就不会再执行移动节点。

• 移动： Selector节点会尝试运行前面的攻击子树，若是Enemy尚未值，MoveTo节点就会执行失败，Sequence节点也就一样失败。因为第一个子树失败了，Selector节点就会执行后续这颗移动子树。

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，为何图中这个蘑菇小人没有立刻攻击另外一只呢？”

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，而后再执行第二颗移动子树，这也意味着当Enemy值发生变化时，行为树就会立刻切换执行另外一颗子树。

然而，Unreal的行为树并非这样设计执行的。在Unreal里，行为树会继续执行上一帧选中的那颗子树。图中因为AI感知没有立刻感知到另外一只蘑菇小人的存在，行为树开始执行移动子树，因而行为树就只能乖乖等待移动子树执行完毕，才能从新评估肯定执行攻击子树。

为了解决这个问题，咱们须要用上最后一种类型节点：装饰（decorators）节点。

建立装饰节点

相似于服务节点，装饰节点也依附于任务或组合节点。一般而言，装饰节点用于作前置检查。若是检查结果为true，装饰节点就返回true，反之亦然。经过装饰节点，就能控制其依附节点是否可以执行。

装饰节点也有能力停止子树的运行，这意味着咱们能实现一旦Enemy有设值，就当即停止移动子树。这样蘑菇小人就能在发现敌人的第一时间攻击敌人。

要实现停止功能，咱们可使用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。

这样能够判断Enemy是否有值，若是没有值，节点返回失败，从而致使Sequence失败，从而让移动子树获得执行。

为了停止移动子树，咱们须要用上Observer Aborts设置。

使用Observer Aborts

Observer Aborts可以实现所选中的黑板键值发生变化时，停止执行子树，这里分为两种类型的停止：

1. Self： 该设置容许当Enemy值失效时，当即停止运行攻击子树，这种状况发生在攻击子树还未运行完毕，而Enemy又死亡的时候。
2. Lower Priority：该设置容许当Enemy有值时，停止运行较低优先度的子树。因为移动子树放在攻击子树后面，它就是较低优先度子树。

咱们将Observer Aborts设为Both，同时启用两种类型的停止。

如今，当AI已经没有敌人目标时，能够立刻从攻击子树切换运行移动子树。一样的，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。

如下是完整的行为树图表：

攻击子树小结：

1. 当Enemy有值，Selector开始运行攻击子树
2. 一旦运行子树，角色开始朝敌人走去
3. 随后，进行攻击
4. 最后，角色原地停留2秒

移动子树小结：

1. 当Enemy没有值，攻击子树运行失败时，Selector继续运行移动子树
2. BTService_SetRandomLocation生成一个随机位置
3. 角色朝指定位置移动
4. 随后，角色原地停留5秒

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

你能够在这里下载完整项目。

如你所见，制做简单AI还算一件不难的事。若是你想建立一个更加高级的AI，请查阅场景查询系统，这个系统容许AI收集场景数据并做出相应的反馈。

若是你还想继续学习引擎其余内容，点击下篇教程，将教你如何制做一个简单的第一人称射击游戏。