Unreal Engine 4 系列教程 Part 9：AI教程

原文：Unreal Engine 4 Tutorial: Artificial Intelligence
做者：Tommy Tran
譯者：Shuchang Liu

在本篇教程中，你將學習如何使用行爲樹和AI感知來建立一個能四處走動，攻擊敵人的簡單AI。

在視頻遊戲中，人工智能（AI）一般指的是擁有自主決策行爲的非玩家角色。AI能夠是看到玩家而後進行攻擊的簡單角色，也能夠是即時策略（RTS）遊戲裏的強大對手。

在Unreal引擎裏，咱們能夠經過行爲樹建立AI。行爲樹是一個決定AI作哪一種行爲的實時決策系統。好比，若是AI有戰鬥和逃跑兩種行爲。你能夠建立行爲樹，讓AI在高於50%血量時進行戰鬥，低於50%血量時逃跑。

在本篇教程中，你將學習到：

• 建立AI實體用於控制角色單位
• 建立並使用行爲樹和黑板
• 使用AI感知讓角色單位得到視野
• 建立行爲讓角色單位四處走動並攻擊敵人

注意：本篇教程只是Unreal Engine 4系列教程的其中一篇：

• Part 1：入門
• Part 2：藍圖
• Part 3：材質
• Part 4：UI
• Part 5：製做簡單遊戲
• Part 6：動畫
• Part 7：音頻
• Part 8：粒子系統
• Part 9：AI
• Part 10：製做簡單FPS遊戲

起步入門

下載示例項目並解壓。進入項目文件夾，雙擊MuffinWar.uproject打開項目。

按下Play運行遊戲，在圍欄內點擊左鍵生成蘑菇小人。

在本例中，咱們將建立一個能四處走動的AI，當其餘蘑菇小人進入AI的視野時，AI會追逐對方並進行攻擊。

要建立一個AI角色，咱們須要三個元素：

1. 身體：這個是角色的物理表現，在本例中，蘑菇小人就是身體
2. 靈魂：這個是控制角色行爲的實體，既能是玩家自己，也能夠是AI
3. 大腦： AI進行決策行爲的邏輯，咱們能夠用C++代碼，藍圖或者是行爲樹來實現邏輯。

如今咱們已經有了身體，接着要搞來靈魂和大腦。首先，咱們要建立控制器做爲靈魂。

什麼是控制器？

控制器是一個能控制角色單位的非物理Actor。這裏所說的「控制」，具體指的是什麼意思呢？

對於玩家而言，控制指的是能經過按鍵操控角色單位。控制器獲取玩家輸入，並將輸入直接傳給角色。固然，控制器也能夠獲取輸入進行處理，而後再告訴角色單位作哪一個行爲。

對於AI來講，角色單位就是由控制器或「大腦」（取決於實現方式）來通知其作什麼行爲的。

爲了用AI控制蘑菇小人，咱們須要建立一類特殊的控制器——AI控制器。

建立AI控制器

打開Characters\Muffin\AI目錄並建立Blueprint Class，選中AIController做爲父類並命名爲AIC_Muffin。

接着，咱們須要讓蘑菇小人使用這個AI控制器，打開Characters\Muffin\Blueprints並雙擊打開BP_Muffin。

默認狀況下，Details面板會顯示藍圖的默認設置，若是沒有顯示，就點擊Toolbar的Class Defaults。

在Details面板找到Pawn設置，將AI Controller Class設爲AIC_Muffin，這樣當蘑菇小人生成時，就會對應生成一個AI控制器實例。

因爲咱們要動態生成蘑菇小人，Auto Possess AI要設成Spawned。這樣當蘑菇小人生成時，AIC_Muffin就會自動控制BP_Muffin。

點擊Compile並關閉BP_Muffin。

如今，咱們要來建立決策蘑菇小人行爲的邏輯，就要用上行爲樹。

建立行爲樹

打開Characters\Muffin\AI目錄，並選擇Add New\Artificial Intelligence\Behavior Tree，將其命名爲BT_Muffin並打開。

行爲樹編輯器

行爲樹編輯器包含3個新面板：

1. Behavior Tree：這個圖表面板用於建立行爲樹節點
2. Details：展現選中節點的參數
3. Blackboard：展現黑板的全部鍵值（後續講解）和其對應數值。只有在遊戲運行時纔會有顯示

像藍圖同樣，行爲樹也是由節點構成的。行爲樹有4類節點，前兩種分別是任務(tasks)和組合(composites)節點。

什麼是任務和組合節點？

顧名思義，任務節點負責完成具體任務，能夠是表現一套連招這樣的複雜任務，也能夠是原地等待這樣的簡單任務。

要完成多個任務，咱們就要用上組合節點。一個行爲樹由許多分支（行爲）組成。每一個分支的根節點，都是一個組合節點。不一樣類型的組合節點，執行其子節點的方式也各不相同。

好比，咱們有一組以下序列的行爲：

要按順序執行每一個行爲，咱們就要用上Sequence組合節點，由於Sequence節點可以從左至右的執行子節點，圖表看起來是這樣的：

注意：從組合節點衍生出來的節點能夠稱爲子樹(subtree)。一般來講，這些節點就統稱爲一個行爲。好比，Sequence，Move To Enemy，Rotate Towards Enemy和Attack就統稱爲「攻擊敵人」行爲。

若是Sequence的任意節點執行失敗，整個Sequence節點就會中止執行。

好比，若是角色沒法移動到敵人身邊，Move To Enemy節點就執行失敗了，這樣Rotate Towards Enemy和Attack節點也就沒法繼續執行了。反之，若是角色成功移動到敵人邊上，就能執行隨後兩個節點。

後續咱們還會學習Selector組合節點，不過如今先讓咱們用Sequence節點實現角色隨機移動到某個位置並原地停留。

隨機移動位置

首先，建立Sequence節點並與Root節點相連。

接着，咱們須要讓角色移動起來，建立MoveTo節點與Sequence節點相連，這個節點能夠驅動角色移動到特定位置或Actor。

隨後，建立Wait節點與Sequence節點相連，確保將其放置在MoveTo節點右邊，放置順序很是重要，由於子節點是按照從左到右的順序執行的。

注意：你能夠經過每一個節點右上角的數字確認其執行順序。數字越小執行順序越高。

恭喜你，你剛剛建立了你的第一個行爲！它將會驅動角色移動到指定位置並原地停留數秒。

爲了讓角色移動，咱們還須要指定要移動的位置。因爲MoveTo節點只接受由黑板提供的數值，咱們要先建立一個黑板。

建立黑板

黑板是一個單純用來存放變量（鍵值）的資源。咱們能夠將其理解爲AI的內存。

雖然黑板不是必須使用的，但它確實爲咱們讀取，存取數據提供了極大便利，這麼說的緣由是不少行爲樹節點只接受黑板鍵值做爲參數輸入。

要建立一個黑板，咱們在Content Browser選擇新建Add New\Artificial Intelligence\Blackboard，將其命名爲BB_Muffin並打開。

黑板編輯器

黑板編輯器由2個面板組成：

1. Blackboard：展現全部鍵值列表
2. Blackboard Details：展現所選鍵值的參數

如今，咱們要建立一個鍵值用於存放目標位置。

建立目標位置鍵值

因爲是3D空間裏的一個位置點，咱們須要用Vector來進行存儲。點擊New Key並選擇Vector，將其命名爲TargetLocation。

接着，咱們須要隨機生成一個位置並將其存在黑板裏，咱們就須要用到第三種類型的行爲樹節點：服務(service)節點。

什麼是服務節點？

服務節點相似於任務節點，用於完成一些事情。然而，不一樣於操控角色作特定行爲，服務節點用於執行檢查或更新黑板操做。

服務並非獨立節點，而是依附於任務節點或者組合節點。這樣使得行爲樹更加簡潔易於組織，不會橫生太多節點。若是咱們用任務節點來實現，效果以下圖所示：

若是用服務節點來實現，則以下圖所示：

如今，讓咱們來建立一個生成隨機位置的服務吧。

建立服務

回到BT_Muffin並點擊New Service。

這樣就會新建一個服務並自動打開，咱們回到Content Browser將其重命名爲BTService_SetRandomLocation。

服務應當且僅當在角色準備移動時才執行，所以咱們要將它附着在MoveTo節點上。

打開BT_Muffin，右鍵點擊MoveTo節點，從彈出菜單選擇Add Service\BTService Set Random Location。

如今，當MoveTo激活執行時，BTService_SetRandomLocation也會跟着激活執行。

接着，咱們須要隨機生成目標點位置。

生成隨機位置

打開BTService_SetRandomLocation。

爲了監聽獲知服務什麼時候觸發執行，咱們建立Event Receive Activation AI節點，這個節點會在服務父類（所附着的節點）激活時觸發執行。

注意：另外一個事件Event Receive Activation也有着相同的觸發時機，二者區別在於Event Receive Activation AI事件額外提供了Controlled Pawn參數。

爲了生成隨機位置，添加以下高亮節點，確保將Radius設置爲500。

這樣就能返回獲得該角色500單位半徑內的一個隨機可達目標點。

注意：GetRandomPointInNavigableRadius節點使用了導航數據（稱之爲NavMesh）來判斷一個點是否可達。在本例中，我已提早建立好了NavMesh。你能夠經過在Viewport選中Show\Navigation觀察NavMesh。

若是你想建立本身的NavMesh，請建立 Nav Mesh Bounds Volume，縮放其大小爲理想可達區域。

 

接下來，咱們須要將位置數據存儲到黑板裏。有兩種方式指定要存放的鍵值：

1. 咱們可使用Make Literal Name節點指定鍵值名字
2. 咱們能夠將變量暴露給行爲樹，這樣就能在行爲樹裏經過下拉列表選中變量

這裏咱們使用第二種方法。建立類型爲Blackboard Key Selector的變量。將其命名爲BlackboardKey並啓用Instance Editable，這樣行爲樹裏的服務就會出現對應變量。

隨後，建立以下高亮節點：

小結：

1. Event Receive Activation AI節點會在其父類（本例中的MoveTo節點）激活時執行
2. GetRandomPointInNavigableRadius節點返回角色500單位半徑內的一個隨機可達目標點
3. Set Blackboard Value as Vector節點將一個黑板鍵值（BlackboardKey）數值設爲隨機位置點

點擊Compile並關閉BTService_SetRandomLocation。

接着，咱們須要讓行爲樹來使用這個黑板值。

使用黑板

打開BT_Muffin並確保沒有選中任何東西。在Details面板的Behavior Tree設置處，將Blackboard Asset設爲BB_Muffin。

而後MoveTo和BTService_SetRandomLocation就會自動使用黑板的第一個鍵值，在本例中，就是TargetLocation。

最後，咱們須要讓AI控制器來運行行爲樹。

運行行爲樹

打開AIC_Muffin並鏈接Run Behavior Tree節點與Event BeginPlay節點，將BTAsset設爲BT_Muffin。

這樣當AIC_Controller生成時就會執行BT_Muffin。

點擊Compile並返回主編輯器，按下Play運行遊戲，生成一些蘑菇小人，觀察它們四處走動吧。

雖然設置很繁瑣，咱們仍是搞定了！接着，咱們要進一步設置AI控制器，讓它能夠在必定範圍內感知敵人所在。要實現這點，就要使用AI感知（AI Perception）。

設置AI感知

AI感知是一個能夠添加給Actor的組件，經過它，咱們能夠給AI添加感官能力（如視覺和聽覺）。

打開AIC_Muffin並添加AIPerception。

接着，咱們要添加一個感官，因爲咱們想要蘑菇小人可以感知到其餘小人靠近，咱們給它加上視覺感官。

選中AIPerception並在Details面板的AI Perception設置處，給Senses Config添加新元素。

將元素0設置爲AI Sight config並展開它。

對於視覺有3個主要設置：

1. Sight Radius：蘑菇小人的最遠視覺範圍，將其設置爲3000。
2. Lose Sight Radius：若是蘑菇小人已經看到了敵人，那敵人要逃離小人視野的距離，將其設置爲3500。
3. Peripheral Vision Half Angle Degrees：決定蘑菇小人視野的角度，將其設置爲45，蘑菇小人就會有90度的範圍視角。

默認狀況下，AI感知只檢測敵人（被指定爲不一樣隊伍（team）的Actor）。然而，Actor默認是沒有設置隊伍的，若是Actor沒有隊伍，AI感知就會將其認爲中立（neutral）角色。

截至目前，尚未方法能經過藍圖設置Actor的隊伍，退而求其次，咱們展開Detection by Affiliation設置，啓用Detect Neutrals。

點擊Compile並回到主編輯器。按下Play運行遊戲來生成蘑菇。按下 ‘ 鍵能夠顯示AI調試信息，按下小鍵盤的數字鍵4能夠可視化AI感知組件。當蘑菇小人進入視野時，就會顯示綠色球體。

接着，咱們要讓蘑菇小人往敵人的方向走去。要實現這點，行爲樹就要了解敵人的信息，咱們經過在黑板存儲敵人的引用來完成這件事。

建立敵人鍵值

打開BB_Muffin並添加類型爲Object的鍵值，將其命名爲Enemy。

如今，咱們還不能在MoveTo節點使用Enemy，由於其鍵值類型爲Object，但MoveTo只接受Vector或Actor類型的鍵值。

爲了解決這點，咱們選中Enemy並展開Key Type，將Base Class設置爲Actor。這樣行爲樹就能將Enemy識別爲Actor了。

關閉BB_Muffin，如今，咱們要建立一個行爲讓AI向敵人走去。

朝敵人移動

打開BT_Muffin並斷開Sequence和Root鏈接。咱們能夠經過按住Alt鍵點擊連線來作到，並將移動子樹移到一邊。

接着，建立以下高亮節點，並將Blackboard Key設置爲Enemy：

這樣角色就會朝Enemy走去。有時候，角色不會恰好面對着它的目標，因此咱們還須要用上Rotate to face BB entry節點。

如今，咱們須要在AI感知檢測到其餘蘑菇時，將其設置爲Enemy的值。

設置敵人鍵值

打開AIC_Muffin並選中AIPerception組件，添加Perception Updated事件。

只要感官發生更新，這個事件就會觸發執行。在本例中，當AI得到或丟失了某物體的視野，這個事件就會執行，並提供了其當前所能感知到的Actor列表。

添加以下高亮節點，並確保將Make Literal Name節點設置爲Enemy。

這樣就能夠判斷AI目前有沒有敵人對象，若是沒有，咱們就要給它設置一個敵人，所以添加以下節點：

小結：

1. IsValid節點負責判斷Enemy鍵值是否有值
2. 若是還沒設置，遍歷當前全部檢測到的Actor
3. Cast To BP_Muffin節點負責檢查Actor是否爲蘑菇
4. 若是是蘑菇，進一步判斷是否已死亡
5. 若是IsDead返回false，將蘑菇設置爲新敵人，並退出循環

點擊Compile並關閉AIC_Muffin，按下Play運行遊戲並生成兩個蘑菇小人，其中一個生成暴露在另外一個面前，後者就會自動向前者走過去。

接着，你要建立一個自定義任務，讓蘑菇小人能夠表演攻擊行爲。

建立攻擊任務

咱們能夠直接在Content Browser建立任務，而無須經過行爲樹編輯器。建立新的Blueprint Class類，並將BTTask_BlueprintBase做爲其父類。

將新建類命名爲BTTask_Attack並打開，添加Event Receive Execute AI節點，這個節點會在行爲樹激活BTTask_Attack時觸發執行。

首先，你須要讓蘑菇執行攻擊行爲。BP_Muffin包含一個IsAttacking變量，當變量設置爲true時，蘑菇會執行一次攻擊，所以咱們添加以下高亮節點：

若是這個任務節點在這裏就結束了，那行爲樹執行就會卡在這個節點上，由於行爲樹並不知道該節點已執行完畢了，因此咱們要在節點鏈末端添加Finish Execute節點。

接着，啓用Success，因爲咱們用的是Sequence，這樣就能讓BTTask_Attack的後續節點得以執行。

如今圖表看起來應該是這樣的：

小結：

1. 當行爲樹激活BTTask_Attack節點時，Event Receive Execute AI節點就會一同觸發執行。
2. Cast To BP_Muffin節點會檢查Controlled Pawn是否爲BP_Muffin類型
3. 若是是，則設置IsAttacking變量爲true
4. 經過Finish Execute節點退出當前節點，讓行爲樹繼續往下執行

點擊Compile並關閉BTTask_Attack。

如今，咱們須要將BTTask_Attack節點添加到行爲樹中。

行爲樹添加攻擊行爲

打開BT_Muffin，隨後，將BTTask_Attack節點添加到Sequence節點後面。

接着，將Wait節點添加到Sequence節點後面，並將Wait Time設置爲2。確保蘑菇小人不會攻擊個不停。

回到主編輯器點擊Play運行遊戲，像上次同樣生成兩個蘑菇小人。蘑菇小人會朝着敵人走去。隨後，它會嘗試攻擊，而後休息兩秒。當它發現另外一個敵人時，又會重複以上行爲。

在最後一部分，咱們要將攻擊和移動兩顆子樹合併在一塊兒。

合併子樹

爲了合併子樹，咱們要用上Selector組合節點。相似於Sequence節點，它也是按從左向右的順序執行的。然而，Selector節點會在子節點返回成功而非失敗時中止執行。利用這個特性，就能夠確保行爲樹每次只執行一顆子樹。

打開BT_Muffin並在Root節點下建立Selector節點。隨後，以下圖鏈接兩個子樹：

這樣同一時間只有一顆子樹會獲得執行，下面是每顆子樹的執行狀況：

• 攻擊： Selector節點會首先運行第一顆子樹，若是全部任務都成功了，Sequence節點也會返回執行成功。Selector節點得知執行成功，就會中止執行後面的節點，這樣就不會再執行移動節點。

• 移動： Selector節點會嘗試運行前面的攻擊子樹，若是Enemy尚未值，MoveTo節點就會執行失敗，Sequence節點也就一樣失敗。因爲第一個子樹失敗了，Selector節點就會執行後續這顆移動子樹。

回到主編輯器，按下Play運行遊戲，生成一些蘑菇小人試試看吧！

「等等，爲何圖中這個蘑菇小人沒有立刻攻擊另外一隻呢？」

在傳統的行爲樹設計裏，行爲樹每幀都會從根節點開始執行，意味着每幀更新，它都會嘗試執行第一顆攻擊子樹，而後再執行第二顆移動子樹，這也意味着當Enemy值發生變化時，行爲樹就會立刻切換執行另外一顆子樹。

然而，Unreal的行爲樹並非這樣設計執行的。在Unreal裏，行爲樹會繼續執行上一幀選中的那顆子樹。圖中因爲AI感知沒有立刻感知到另外一隻蘑菇小人的存在，行爲樹開始執行移動子樹，因而行爲樹就只能乖乖等待移動子樹執行完畢，才能從新評估肯定執行攻擊子樹。

爲了解決這個問題，咱們須要用上最後一種類型節點：裝飾（decorators）節點。

建立裝飾節點

相似於服務節點，裝飾節點也依附於任務或組合節點。一般而言，裝飾節點用於作前置檢查。若是檢查結果爲true，裝飾節點就返回true，反之亦然。經過裝飾節點，就能控制其依附節點是否可以執行。

裝飾節點也有能力停止子樹的運行，這意味着咱們能實現一旦Enemy有設值，就當即停止移動子樹。這樣蘑菇小人就能在發現敵人的第一時間攻擊敵人。

要實現停止功能，咱們可使用Blackboard裝飾節點，這個節點只是簡單地檢查某個黑板鍵值是否有值。打開BT_Muffin，並在攻擊子樹的Sequence節點點擊右鍵，從彈出菜單選中Add Decorator\Blackboard，這樣Sequence節點就會添加上Blackboard節點。

接着，選中Blackboard裝飾節點，並在Details面板將Blackboard Key設爲Enemy。

這樣能夠判斷Enemy是否有值，若是沒有值，節點返回失敗，從而致使Sequence失敗，從而讓移動子樹獲得執行。

爲了停止移動子樹，咱們須要用上Observer Aborts設置。

使用Observer Aborts

Observer Aborts可以實現所選中的黑板鍵值發生變化時，停止執行子樹，這裏分爲兩種類型的停止：

1. Self： 該設置容許當Enemy值失效時，當即停止運行攻擊子樹，這種狀況發生在攻擊子樹還未運行完畢，而Enemy又死亡的時候。
2. Lower Priority：該設置容許當Enemy有值時，停止運行較低優先度的子樹。因爲移動子樹放在攻擊子樹後面，它就是較低優先度子樹。

咱們將Observer Aborts設爲Both，同時啓用兩種類型的停止。

如今，當AI已經沒有敵人目標時，能夠立刻從攻擊子樹切換運行移動子樹。一樣的，當AI檢測到敵人目標時，又能從移動子樹切換運行攻擊子樹。

如下是完整的行爲樹圖表：

攻擊子樹小結：

1. 當Enemy有值，Selector開始運行攻擊子樹
2. 一旦運行子樹，角色開始朝敵人走去
3. 隨後，進行攻擊
4. 最後，角色原地停留2秒

移動子樹小結：

1. 當Enemy沒有值，攻擊子樹運行失敗時，Selector繼續運行移動子樹
2. BTService_SetRandomLocation生成一個隨機位置
3. 角色朝指定位置移動
4. 隨後，角色原地停留5秒

關閉BT_Muffin並按下Play運行遊戲，生成一些蘑菇小人進行一場你死我活的決鬥吧！

後續學習

你能夠在這裏下載完整項目。

如你所見，製做簡單AI還算一件不難的事。若是你想建立一個更加高級的AI，請查閱場景查詢系統，這個系統容許AI收集場景數據並做出相應的反饋。

若是你還想繼續學習引擎其餘內容，點擊下篇教程，將教你如何製做一個簡單的第一人稱射擊遊戲。