本文主要是介绍使用 TinyFSM 和 BehaviorTree.CPP 构建状态机与行为树示例,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
文章目录
- 0. 概述
- 1. 有限状态机(FSM)原理
- 状态机示例(FSM)
- 2. 行为树(BT)原理
- 行为树示例(BT)
- 3. 结合FSM和BT
- 项目结构
- 4. 代码实现
- 5. 总结
- 6. 参考
0. 概述
在现代软件开发中,有限状态机(FSM)和行为树(BT)是两种常用的工具,用于实现复杂的逻辑控制和决策。本文将展示如何结合使用 TinyFSM 和 BehaviorTree.CPP 创建一个简单的示例,实现一个模拟门的开关操作的系统。
本文完整示例代码地址: https://gitee.com/liudegui/fsm_bt_door-example
1. 有限状态机(FSM)原理
有限状态机是一种计算模型,它由一组状态和一组事件组成。每个状态都有一组可能的转换(transition),这些转换由事件触发。FSM 常用于管理系统中的状态变化,比如门的开关状态。
状态机示例(FSM)
在我们的示例中,状态机有两个状态:DoorClosed
(门关闭)和 DoorOpened
(门打开),以及两个事件:OpenDoor
(开门事件)和 CloseDoor
(关门事件)。
状态机的状态转换图如下:
+------------+ OpenDoor +-----------+| DoorClosed | -------------------> | DoorOpened|+------------+ +-----------+^ || CloseDoor |+-----------------------------------+
2. 行为树(BT)原理
行为树是一种结构化的决策模型,通常用于机器人控制和游戏AI。行为树由节点组成,节点可以是控制节点(如选择节点、顺序节点)或执行节点(如动作节点)。行为树的根节点开始执行,并根据树的结构和状态进行决策。
行为树示例(BT)
在我们的示例中,行为树有两个动作节点:OpenDoorAction
和 CloseDoorAction
。行为树通过顺序节点依次执行这些动作。
行为树的结构图如下:
+-----------+| Sequence |+-----------+|+-----------+ +------------+| OpenDoor | -> | CloseDoor |+-----------+ +------------+
3. 结合FSM和BT
我们的示例将FSM和BT结合起来,实现一个简单的系统,用于控制门的开关状态。通过FSM管理门的状态,通过BT执行开门和关门的动作。
项目结构
整个项目的结构如下:
.
├── CMakeLists.txt
├── src├── main.cpp├── door_fsm.hpp├── door_fsm.cpp├── door_behavior_tree.hpp└── door_behavior_tree.cpp
4. 代码实现
- FSM实现
door_fsm.hpp
定义了状态和事件:
#ifndef DOOR_FSM_HPP
#define DOOR_FSM_HPP#include <tinyfsm.hpp>// 定义事件
struct OpenDoor : tinyfsm::Event {};
struct CloseDoor : tinyfsm::Event {};// 定义状态
struct DoorClosed : tinyfsm::Fsm<DoorClosed> {void entry() override;void react(tinyfsm::Event const &) override;
};struct DoorOpened : tinyfsm::Fsm<DoorOpened> {void entry() override;void react(tinyfsm::Event const &) override;
};using DoorFSM = tinyfsm::FsmList<DoorClosed, DoorOpened>;#endif // DOOR_FSM_HPP
door_fsm.cpp
实现了状态和事件的反应:
#include "door_fsm.hpp"
#include <iostream>void DoorClosed::entry() {std::cout << "Door is now closed." << std::endl;
}void DoorClosed::react(tinyfsm::Event const & e) {if (typeid(e) == typeid(OpenDoor)) {transit<DoorOpened>();}
}void DoorOpened::entry() {std::cout << "Door is now opened." << std::endl;
}void DoorOpened::react(tinyfsm::Event const & e) {if (typeid(e) == typeid(CloseDoor)) {transit<DoorClosed>();}
}template class tinyfsm::Fsm<DoorClosed>;
template class tinyfsm::Fsm<DoorOpened>;namespace {struct InitialStateClosed : DoorClosed {};
}template<>
void tinyfsm::Fsm<DoorClosed>::set_initial_state() {current_state_ptr = &_state_instance<InitialStateClosed>::value;
}namespace {struct InitialStateOpened : DoorOpened {};
}template<>
void tinyfsm::Fsm<DoorOpened>::set_initial_state() {current_state_ptr = &_state_instance<InitialStateOpened>::value;
}
- 行为树实现
door_behavior_tree.hpp
定义了行为树的类:
#ifndef DOOR_BEHAVIOR_TREE_HPP
#define DOOR_BEHAVIOR_TREE_HPP#include <behaviortree_cpp/bt_factory.h>class DoorBehaviorTree {
public:DoorBehaviorTree();void run();
private:BT::Tree tree;
};#endif // DOOR_BEHAVIOR_TREE_HPP
door_behavior_tree.cpp
实现了行为树的节点和行为:
#include "door_behavior_tree.hpp"
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>class OpenDoorAction : public BT::SyncActionNode {
public:OpenDoorAction(const std::string& name) : BT::SyncActionNode(name, {}) {}BT::NodeStatus tick() override {std::cout << "Action: Open the door." << std::endl;return BT::NodeStatus::SUCCESS;}
};class CloseDoorAction : public BT::SyncActionNode {
public:CloseDoorAction(const std::string& name) : BT::SyncActionNode(name, {}) {}BT::NodeStatus tick() override {std::cout << "Action: Close the door." << std::endl;return BT::NodeStatus::SUCCESS;}
};DoorBehaviorTree::DoorBehaviorTree() {BT::BehaviorTreeFactory factory;factory.registerNodeType<OpenDoorAction>("OpenDoorAction");factory.registerNodeType<CloseDoorAction>("CloseDoorAction");tree = factory.createTreeFromText(R"(<root BTCPP_format="4"><BehaviorTree ID="MainTree"><Sequence name="main_sequence"><OpenDoorAction/><CloseDoorAction/></Sequence></BehaviorTree></root>)");
}void DoorBehaviorTree::run() {while (tree.rootNode()->status() == BT::NodeStatus::IDLE || tree.rootNode()->status() == BT::NodeStatus::RUNNING) {tree.rootNode()->executeTick();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));}
}
- 主程序
main.cpp
整合了FSM和BT:
#include <iostream>
#include "door_fsm.hpp"
#include "door_behavior_tree.hpp"int main() {DoorFSM::start();DoorBehaviorTree behavior_tree;behavior_tree.run();std::cout << "FSM and Behavior Tree Example with Door" << std::endl;return 0;
}
5. 总结
本文展示了如何使用 TinyFSM 和 BehaviorTree.CPP 创建一个简单的系统,实现模拟门的开关操作。通过结合使用 FSM 和 BT,我们可以构建复杂的逻辑控制和决策系统,既可以通过 FSM 管理状态转换,又可以通过 BT 执行具体的操作。
希望这个示例能帮助理解 FSM 和 BT 的基本原理。
6. 参考
https://blog.csdn.net/whahu1989/category_10717968.html
这篇关于使用 TinyFSM 和 BehaviorTree.CPP 构建状态机与行为树示例的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!