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@UnagiHuman

Editor拡張のFrameworkを使ってBehaviour Designer のようなAIシステムを作る。

Last updated at Posted at 2016-04-24

概要

BehaviorDesignerのようなEditor拡張のAIシステムを作ってみました。
githubのリンク先は下記になります。Unityちゃんやら、Standard AssetsのCharactersやらが入っているのでちょっと容量が大きいかも。

(追記)
Unityで実行する場合は、BehaviourTreesフォルダの上の階層のフォルダ名をAssetsに変更して、直下にあるmain.unityを再生して下さい。

BehaviourTree Editor

自分の過去記事で、Behaviour TreeのUniRxによる実装と、Unityでノードベースなウィンドウを簡単に作る為の「Simple node editor」の紹介がありますが、今回の記事ではこの2つを組み合わせて実装するところまで書きます。

実現するBehaviourTree

下の図のようなBehaviourTreeAIを作ります。2人のプレイヤーがいるとして以下の4つのアクションを繰り替えし行うイメージです。

  1. HPが2より大きければ敵に向かって進む
  2. 敵との距離が近ければ攻撃する
  3. HPが2以下になったら定位置に戻る。
  4. 回復する

BehaviourTreeUML.png

Behaviour Tree実行部分の作成

Behaviour TreeのUniRxによる実装を見てください。

「Simple node editor」でBehaviourTree Editorを作る。

BehaviourTreeノードクラスを作る

Simple Node Editorはノードエディタを作る為のフレームワークです。NodeクラスをオーバーライドしてBehaviourTreeノードクラスを実装します。このフレームワークだけだと足りない機能があって、BehaviourTreeノードに必要なActionノードにメソッドを設定して、Behaviour Tree実行時にそのメソッドを実行させる事が出来ないので、これを追加します。

やり方としては、下記コードのようにリフレクションを使って、指定したクラスのpublicメソッド名を取得してNodeEditorに表示して選択できるようにし、実行するときには指定のGameObjectにアタッチされているクラスのメソッドのdelegateを作って、それを渡して実行すれば良いです。

BTreeUtil.cs
/// <summary>
/// 指定したクラスの全てのメソッドを取得。
/// </summary>
/// <returns>The methods.</returns>
/// <typeparam name="T">The 1st type parameter.</typeparam>
public static string[] GetMethods<T>(){
//Tを継承したクラスを全て取得
        var clacces = Assembly.GetAssembly(typeof(T)).GetTypes().Where(t => t.IsSubclassOf(typeof(T)));
        return clacces
            .SelectMany(c=>c.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly))
            .Select(p=>p.Name).ToArray();
    }
BTreeUtil.cs
    /// <summary>
    /// 指定のGameObjectの指定のメソッドのDelegateを取得
    /// </summary>
    /// <returns>The action.</returns>
    /// <param name="go">Go.</param>
    /// <param name="type">Type.</param>
    /// <param name="methodName">Method name.</param>
    /// <typeparam name="T">The 1st type parameter.</typeparam>
    public static Action<T> GetAction<T>(GameObject go, Type type, string methodName){
        var clacces = Assembly.GetAssembly(type).GetTypes().Where(t => t.IsSubclassOf(type));
        var query = clacces
            .SelectMany(c=>c.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly));

        Component comp = null;
        foreach(var c in clacces){
            ///Publicメソッドを取得(継承されたメンバは含まない)
            foreach (var m in c.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly))
            {
                if(m.Name == methodName){
                    comp =  go.GetComponent(c.Name);
                }
            }
        }
        var mquery = query.Where(p=>p.Name == methodName);
        var minfo = mquery.FirstOrDefault();
        var result =  (Action<T>)Delegate.CreateDelegate(typeof(Action<T>),comp,minfo);
        return result;
    }

Nodeクラスをどう拡張してごにょごにょしてるかは、本記事のTOPのリンク先のソースコードを参考にしてみてください。
Assets/Node_Editor/Nodes/BehaviourTree/uActionNode.cs

そんなこんなで出来たBehaviourTreeのNodeEditorで構築したAIは下記のような感じになります〜。

BehaviourTreeNode.png

Editorで作成したAIを実行するクラスを作成する。

TOPのプロジェクトの中のAssets/Scripts/BTreeManager.csがそのクラスです。
中身をざっくり説明すると以下のような流れでAIを実行しています。
1. NodeEditorで作成したScriptableObjectをロード
2. 再帰的にNodeTreeを構築。
3. ActionNodeとDicoratorNodeにDelegateを登録
4. NodeTreeを繰り替えし実行

BTreeManager.cs
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using NodeEditorFramework;
using NodeEditorFramework.Utilities;
using System.Linq;
using BehaviourTrees;
using System;
using UniRx;

/// <summary>
/// NodeEditorで作成したScriptableObjectからBehaviourTreeを構築し、実行する
/// </summary>
public class BTreeManager : MonoBehaviour {

    [SerializeField, FilePath]
    string filePath;

    BehaviourTreeInstance node;

    RuntimeNodeEditor runtimeNodeEditor;

    Action m_task;

    uBehaviourTreeNode m_topNode;
    BehaviourTreeBase   m_bTreeBase;


    void Awake(){
        runtimeNodeEditor = GetComponent<RuntimeNodeEditor>();
        if(runtimeNodeEditor!=null){
            runtimeNodeEditor.canvasPath = filePath.Replace (Application.dataPath, "Assets");
        }
    }

    // Use this for initialization
    void Start () {
        m_task = ChangeColorTask;
        var path = filePath.Replace (Application.dataPath, "Assets");
        // Load the NodeCanvas
        var canvas = NodeEditorSaveManager.LoadNodeCanvas (path);
        var startNode = FindStartNode(canvas);
        if(startNode==null || startNode.Outputs[0].connections==null){
            return;
        }
        m_topNode= startNode.Outputs[0].connections[0].body as uBehaviourTreeNode;
        CreateNodes(m_topNode);
    }


    void Update(){
        if(m_task!=null){
            m_task();
        }
    }


    /// <summary>
    /// Creates the nodes.
    /// </summary>
    /// <param name="topNode">Top node.</param>
    void CreateNodes(uBehaviourTreeNode topNode){
        m_bTreeBase = CreateBehaviourTreeBase(topNode);
        node = new BehaviourTreeInstance(m_bTreeBase);
        node.finishRP.Where(p=>p!=BehaviourTreeInstance.NodeState.READY).Subscribe(p=>ResetCoroutineStart());
        node.finishRP.Value = BehaviourTreeInstance.NodeState.READY;
        node.Excute();
    }


    /// <summary>
    /// Changes the color task.
    /// </summary>
    void ChangeColorTask(){
        if(runtimeNodeEditor!=null && runtimeNodeEditor.canvas!=null){
            foreach(var one in runtimeNodeEditor.canvas.nodes){
                var bnode = one as uBehaviourTreeNode;
                if(bnode!=null){
                    //Debug.Log("Excute Node = "+node.nowExcuteUuid);
                    if(bnode.Uuid == node.nowExcuteUuid){
                        bnode.setColorFlag = true;
                    }
                    else {
                        bnode.setColorFlag = false;
                    }
                }
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// 開始ノードを検索する。
    /// </summary>
    /// <returns>The start node.</returns>
    /// <param name="canvas">Canvas.</param>
    Node FindStartNode(NodeCanvas canvas){
        return canvas.nodes.Where(p=>p.GetType() == typeof(uStartNode)).FirstOrDefault();
    }

    /// <summary>
    /// BehaviourTreeを構築する。
    /// </summary>
    /// <returns>The behaviour tree base.</returns>
    /// <param name="node">Node.</param>
    BehaviourTreeBase CreateBehaviourTreeBase(uBehaviourTreeNode bnode){
        var type = Type.GetType("BehaviourTrees."+ bnode.nodeType.ToString());
        var ins =  Activator.CreateInstance(type) as BehaviourTreeBase;

        switch (bnode.nodeType) {
        case uBehaviourTreeNode.NodeType.ActionNode:
            {
                var nodeIns = ins as ActionNode;
                nodeIns.Initialize(BTreeUtil.GetAction<ReactiveProperty<bool>>(gameObject, typeof(BTreeActionBase),bnode.MethodName),bnode.Uuid);
            }
            break;
        case uBehaviourTreeNode.NodeType.DecoratorNode:
            {
                var nodeIns = ins as DecoratorNode;
                var actionNode = bnode.Outputs[0].connections[0].body as uBehaviourTreeNode;
                var bbase = CreateBehaviourTreeBase(actionNode);
                var func = BTreeUtil.GetFunc<BehaviourTreeInstance,ExecutionResult>(gameObject, typeof(BTreeDecoratorFuncBase),bnode.MethodName);
                nodeIns.Initialize(func, bbase,bnode.Uuid);
            }
            break;

        case uBehaviourTreeNode.NodeType.SelectorNode:
            {
                var nodeIns = ins as SelectorNode;
                var list = new List<BehaviourTreeBase>();
                foreach(var one in bnode.Outputs){
                    if(one.connections.Count==0) continue;
                    var childnode = CreateBehaviourTreeBase(one.connections[0].body  as uBehaviourTreeNode);
                    list.Add(childnode);
                }
                nodeIns.Initialize(list.ToArray(),bnode.Uuid);
                list.Clear();
            }
            break;
        case uBehaviourTreeNode.NodeType.SequencerNode:
            {
                var nodeIns = ins as SequencerNode;
                var list = new List<BehaviourTreeBase>();
                foreach(var one in bnode.Outputs){
                    if(one.connections.Count==0) continue;
                    var childnode = CreateBehaviourTreeBase(one.connections[0].body as uBehaviourTreeNode);
                    list.Add(childnode);
                }
                nodeIns.Initialize(list.ToArray(),bnode.Uuid);
                list.Clear();
            }
            break;
        }

        return ins;
    }


    /// <summary>
    /// Resets the coroutine start.
    /// </summary>
    void ResetCoroutineStart(){
        StartCoroutine(ResetCoroutine());
    }


    IEnumerator ResetCoroutine(){
        yield return null;
        node.Delete();
        CreateNodes(m_topNode);
    }
}

実行の様子

Unityちゃんが二人いて、双方とも上記のBTreeManagerがアタッチされており、双方同じAIで動いています。
画面内のBehaviourTreeは青いPlayer1のUnityちゃんのAIと対応しています。
白くハイライトしているノードが、今実行されているノードです。

BehaviourTree-compressor.gif

まとめ

「Simple node editor」を使って比較的簡単に自前のAIシステムが構築できました。
今回の例ではBehaviourTreeでしたが、StateMachineもやろうと思えば出来そうです。

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