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AFSim_实用工具_行为树状态实时监视插件

balukai 2025-08-02 17:29:59 文章精选 5 ℃

AFSim-实用工具：

行为树状态实时监视插件

监视效果

这个插件工具主要是为了可视化展示 afsim的warlock在运行过程中指定平台的行为树状态。是通过将mystic的行为树分析工具插件的代码进行移植实现的，warlock运行 demos下的behavior_tree 效果视频如下：

（前半段是mystic自带的插件，后半段是开发的warolck插件）

行为树基本概念

行为树概念在网上有很多文章可以翻阅：

1）行为树的结构是倒置的树

2）行为树节点类型

3）行为树逻辑节点表示

4）行为树主要规则

afsim中的behaviortree

afsim在核心代码wsf中定义了两种类来实现行为树的功能，基础型WsfBehaviorTree和WsfBehaviorTreeNode 和高级型WsfAdvancedBehaviorTree和
WsfAdvancedBehaviorTreeNode, 同时在observer中也定义了这两种类型的监听对象 WsfBehaviorObserver和
WsfAdvancedBehaviorObserver。官方文档 AdvancedBehaviorTree 是比 BehaviorTree 更高级的行为树对象，它支持了三种节点状态（Running、True和False）这也是目前使用最广泛的方式，并且mystic的插件也只能加载 AdvancedBehaviorTree 的数据来展示，因此本文也仅对AdvancedBehaviorTree处理。

上面mystic加载的行为树的定义在run_tree.txt中，代码如下：

我们要通过插件对行为树的执行情况进行展示，那么首先需要获取到场景中哪些平台上具有行为树，然后监听行为节点状态的变化来更新。

1）获取行为树结构

通过查看源代码，我们知道afsim加载脚本定义的行为树是通过 WsfScriptProcessor 的ProcessInput处理的，同时Processor作为 processor组件会挂载到指定的平台上。在WsfScriptProcessor对象中提供了获取行为树对象的方法，再通过行为树对象就能够遍历获取到所有行为节点。

因此，这里就能可以通过平台->处理器组件->处理器->WsfScriptProcessor来获取到某平台上关联的行为树，然后获取树节点。（其实还可以通过 AdvancedBehaviorTree事件来获取行为树，这是后话了^_^ ）。所有树节点类型在
WsfAdvancedBehaviorTreeNode 中定义，继承关系图如下:

2）监听行为树状态

绑定
WsfAdvancedBehaviorObserver的回调函数即可：

AdvancedBehaviorTree ，通过它可以获取行为树^_^

AdvancedBehaviorTreeState ，通过它可以更新树节点状态

mystic中的behaviortree

afsim的mystic工具提供了一个在回放过程中查看行为树（或状态机，本文不涉及）的插件（工程
ResultBehaviorAnalysisTool）。下图是加载run_tree.aer的行为树展示效果（注：这里是用我改造后支持中文脚本的wizard将示例中的节点名改为了中文，你们的wizrd如果不支持中文脚本的话就直接用英文的吧，对插件功能来说没有差别）

要使这个插件有数据，需要先通过mission.exe将demos/behavior_tree下的run_tree.txt跑一遍，然后他会生成run_tree.aer ，再用mystic来加载，从Views菜单打开行为树展示界面。大家去用用吧，有点不好用，很容易就把图搞到再也找不到的地方去了^_^，下面来分析mystic的行为树显示流程。

mystic的行为树（或状态机）插件界面是 DockWindow ，它会在周期函数Update 中更新行为树状态，这个函数传入的参数是回放框架读取的回放数据rv::ResultData ，它里面就包含了行为树的结构和状态数据。

查看它的代码实现逻辑：

在这个处理中，如果 mViewPtr 已经加载了，就直接更新界面，否则先根据数据初始化这个对象。

界面构造的逻辑是从mDataInterfacePtr对象中获取行为树或状态机结构数据，然后绘制到界面上等待下一次的DockWindow的Update，然后也是从mDataInterfacePtr中获取状态数据更新。在更新状态时，它有一个判断，就是当前的行为树状态数据的回放数据索引如果没有更新的话，就表示没有新的状态变化，就不更新界面。

实现

有了上面的基础，我们就可以来实现了，我们的目标很简单：通过移植mystic的插件代码将其改造为warlock插件，能够列表展示场景中与平台关联的行为树，能根据平台进行切换(其他功能暂时不做) ，下面来分步实现：

1） warlock插件搭建

这个在之前的文章《天线方向图实时绘制插件》中已经有相应的描述，这里不赘述了。首先创建一个列表来罗列当前场景中的所有平台（后续会修改为只加载有行为树的平台），这个比较简单，读取平台数据添加到列表即可，界面效果如下：

2）行为树结构获取

warlock加载场景完成后，通过重载的SimulationStarting 函数获取行为树的相关节点数据。在run_tree.txt这个示例场景中，通过mystic查看到蓝_飞机1这个平台的行为树，除根节点外包含18个节点：2个并行节点、4个顺序节点、1个选择节点、3个条件节点、8个动作节点。

通过调试代码，可看到获取的节点数量：

注：ActionNode调用getChildren会抛异常，因为叶子节点不会有子节点，需要做try_catch。

3）行为树界面框架

既然mystic自带有行为树（状态机）显示插件，那么我的想法就是基于它来做改造，一是将它改造为warlock的插件，二是对它的界面做些修改来适配界面。那么我们需要思考怎么将这个插件的东西集成到warlock中实时展示行为树或状态机的状态了。

首先，mystic的数据都是从aer文件中获取的，且定义了一套Msg结构来保存aer文件中的数据。这些结构 cmake时会动态生成到build/include下的RvEventPipeClasses.hpp和RvEventPipeClasses.cpp中，然后它们依赖mystic中的 RvEventPipeMessages 。因此这里的第一个改造就是将这几个文件复制到我们的工程来编译：

有了数据结构，现在就来集成界面。用于展示行为树的几个界面如下图，其中主界面是 RvBAT_MovableView （我这里把黑板和状态机相关的文件都不用，因为我这里只关注行为树，虽然黑板数据也是行为树相关的，但暂时先不处理）

先将上述文件拷贝到我们的工程，并将RvBAT_MovableView集成到我们之前的界面右侧。然后将mystic回放相关的代码删除。由于 RvBAT_Interface是保存数据的关键类，只要把行为树的结构数据以及状态变化数据给他，后面的界面流程就可以保持不变，就是下图的两个关键对象。

这个类跟mystic的关联较大，包括 ResultPlatform、ResultDb、ResultData 等，因此需要进行删除和修改（只要是把RvBAT_Interface的AdvanceTimeRead的代码全注释），再把resources资源也拷贝过去进行编译，一些小问题修改后就能编译成功。

编译不报错就完成了框架的改造，下面来处理初始数据和实时状态变化数据。

4）初始数据设置到界面

上面说了在RvBAT_Interface对象中的两个重要的成员变量mTrees和mFSMs，我这里只关心mTrees这个变量。在原本的AdvanceTimeRead中有两处是对这个对象的操作，一处是初始化，一处是更新状态。

先来处理行为树结构的初始化。在前面介绍过在SimInterface的SimulationStarting方法中可以获取平台的行为树结构的数据，那么既然RvBAT_Interface的成员变量是mTrees，那么将 AdvanceTimeRead的参数改为这个变量的类型传入，数据在SimulationStarting构造，AdvanceTimeRead的初始化实现就很简单了：

void RvBAT::Interface::AdvanceTimeRead(    QMap<size_t, QMap<size_t, RvBAT::BehaviorTree>> trees){    QMutexLocker locker(&mMutex);     // 初始化mTrees变量    if (!trees.isEmpty())    {        mTrees.swap(trees);        if (mTrees.size() > 0)        {            // We are only loaded if we set data.            mBehaviorToolLoaded = true;        }    }}

然后仿照mystic的RvBAT_DockWindow的写法，在调用RvBAT_MovableView的Update方法前，先调用RvBAT_Interface的AdvanceTimeRead方法，并传入我们创建好的trees数据，如下：

void BehaviorTreeDockWidget::update(){    // Only update when our window is visible.    if (isVisible() && m_dataInterfacePtr != nullptr)    {        m_dataInterfacePtr->AdvanceTimeRead(m_trees);         if (m_dataInterfacePtr->IsLoaded()) {            ui->btView->Update(m_trees);        }        // TODO    }}

最后在SimulationStarting中构造trees并设置到 BehaviorTreeDockWidget 中，显示出行为树初始结构，如下图：

完整行为树节点数据获取代码（包括初始状态设置）:

void BehaviorTreeMonitorSimInterface::SimulationStarting(const WsfSimulation& aSimulation){    m_simulation = &const_cast(aSimulation);    mCallbacks.Add(WsfObserver::AdvancedBehaviorTreeState(m_simulation)        .Connect(&BehaviorTreeMonitorSimInterface::AdvancedBehaviorTreeState, this));     auto platformCount = aSimulation.GetPlatformCount();    // 获取平台    for (int i = 0; i < platformCount; ++i) {        WsfPlatform* platform = aSimulation.GetPlatformEntry(i);        if (platform == nullptr) continue;        auto platformIndex = platform->GetIndex();        QString platformName = platform->GetName().c_str();        auto processorCount = platform->GetComponentCount();        for (int j = 0; j < processorCount; ++j) {            WsfProcessor* processor = platform->GetComponentEntry(j);            if (processor == nullptr) continue;            WsfScriptProcessor* scriptProcessor = dynamic_cast(processor);            if (scriptProcessor == nullptr) continue;            // 获取WsfAdvancedBehaviorTree            WsfAdvancedBehaviorTree* bt = scriptProcessor->AdvancedBehaviorTree();            if (bt == nullptr) continue;            int treeId = bt->GetTreeId();            // 只添加有行为树的平台到列表            m_platforms.insert(platformIndex, platform);            // 递归获取行为树初始结构数据            auto rootNode = bt->RootNode();            getChildTree(rootNode.get(), true, bt, platform, m_trees);            m_trees[platformIndex][treeId].mName = bt->GetName();            m_trees[platformIndex][treeId].mState = new rv::MsgBehaviorTreeState;            m_trees[platformIndex][treeId].mState->platformIndex(platformIndex);            m_trees[platformIndex][treeId].mState->treeId(treeId);        }    }    m_behaviorTreeDockWidget->setPlatformAndTree(m_platforms, m_trees);}

其中构造trees时需要采用递归的方式来获取数据，代码如下：

void getChildTree(    WsfAdvancedBehaviorTreeNode* node,    bool isRoot,    WsfAdvancedBehaviorTree* bt,    WsfPlatform* platform,    QMap<size_t, QMap<size_t, RvBAT::BehaviorTree>>& trees){    auto treeId = bt->GetTreeId();    auto platformIndex = platform->GetIndex();     // 节点本身的数据    rv::BehaviorTreeNode treeNode;    treeNode.nodeId(node->Id());    treeNode.treeId(treeId);    treeNode.nodeType(node->GetType());    treeNode.nodeName(node->GetName());    treeNode.nodeDesc(node->GetDescription());    treeNode.isRootNode(isRoot);    // 节点状态    rv::BehaviorTreeNodeExec nodeExec;    nodeExec.execState(node->GetNodeStatus());    nodeExec.executeTooltip(node->GetExecuteTooltip());    nodeExec.nodeId(node->Id());    nodeExec.nodeName(node->GetName());    nodeExec.preconditionTooltip(node->GetPreconditionTooltip());    trees[platformIndex][treeId].mState->execList().push_back(nodeExec);    // 节点的children数据    try {        auto children = node->GetChildren();            treeNode.numChildren(children.size());            for (auto child : children)            {                treeNode.childrenIds().push_back(child->Id());                getChildTree(child.get(), false, bt, platform, trees);            }    }    catch (...) {    }    trees[platformIndex][treeId].mChildren.insert(node->Id(), treeNode);}

另外，在集成后，会报Qt的sendEvent跨线程了，原因是afsim的SimulationStarting是另外的线程中触发的，而我们调用RvBAT_MovableView的Update方法后才会创建RvBAT::ABTScene，而这个对象又是在另外的线程创建的，所以会报错：

我这里的处理方法是，将数据先设置到界面对象中，再通过信号触发界面的Update 方法，这样就能正常执行了。

5） behavior相关事件监听

上面完成了初始化工作，现在就来实现实时更新行为树状态。这里需要注意一点，因为afsim通知插件更新数据是在多线程中完成的，因此在更新行为树状态时需加个锁来置换最新的数据：

有两种方式来更新行为树的状态数据：一种是在SimInterface的 SimulationClockRead函数中获取行为树的状态数据，然后更新到插件；另一种是监听behavior相关事件通知。

第一种方法与SimulationStarting的处理相似，就是遍历平台上的行为树状态数据，然后设置到trees中，再传给界面更新（可能效率较低，因为不管节点状态有没有变化都会执行）。我这里只说明第二种方式。

前面说过可以通过绑定
WsfAdvancedBehaviorObserver的回调函数来获取树节点的状态：

这里我们只需要监听第二个就行了。

首先在插件的SimInterface实现类中添加WsfSimulation和UtCallbackHolder变量，并在SimulationStarting中将变量初始化，并绑定上面的回调函数：（记得添加
WsfAdvancedBehaviorObserver.hpp头文件。

调试时，一旦行为树状态变化了，就会触发回调函数，这里的node是根节点root，也需要通过递归思想来更新子节点的状态。

先来处理一个效率问题，因为m_trees[platformIndex][treeId].mState.execList()返回的是一个列表，要更新某个节点的状态时，需要遍历并比对nodeId，节点一多，为了更新某个节点的状态，需要每次都遍历整个列表，这样效率比较低。

为了提高效率，我这里将nodeId和execList的迭代器做了映射。

在初始化时设置

最后在 AdvancedBehaviorTreeState实现状态更新的关键代码如下：

void updateNodeState(    WsfAdvancedBehaviorTreeNode* node,     QMap<size_t, rv::BehaviorTreeNodeExecList::iterator>& nodeMap){    nodeMap[node->Id()]->execState(node->GetNodeStatus());    // 节点的children数据    try {        auto children = node->GetChildren();        for (auto child : children)        {            updateNodeState(child.get(), nodeMap);        }    }    catch (...) {    }} void BehaviorTreeMonitorSimInterface::AdvancedBehaviorTreeState(    double aSimTime,    WsfAdvancedBehaviorTreeNode* root){    WsfPlatform* platform = root->GetOwningPlatform();    int platformIndex = platform->GetIndex();     WsfAdvancedBehaviorTree* tree = root->GetOwningTree();    int treeId = tree->GetTreeId();     int nodeId = root->Id();    std::string nodeName = root->GetName();     rv::MsgBehaviorTreeState* state = m_trees[platformIndex][treeId].mState;    if (state == nullptr) return;    state->simTime(aSimTime);     updateNodeState(root, m_nodeIterMap[platformIndex][treeId]);    m_behaviorTreeDockWidget->updateTree(m_trees);}

6）地图选中某平台切换

这个是想在地图或平台浏览器点击某个平台时，行为树自动切换到对应平台去。要达到这个目的，可以通过连接WkfEnviroment的 PlatformSelectionChanged 信号来实现：

connect(&wkfEnv,    &wkf::Environment::PlatformSelectionChanged,    this,    &BehaviorTreeDockWidget::platformSelectionChanged);

然后到槽函数中处理就行了：

void BehaviorTreeDockWidget::platformSelectionChanged(    const wkf::PlatformList& aSelectedPlatforms,     const wkf::PlatformList& aUnselectedPlatforms){    if (aSelectedPlatforms.isEmpty()) return;    auto platform = aSelectedPlatforms.last();    auto index = platform->GetIndex();
    int count = ui->listWidgetPlatform->count();    for (int i = 0; i < count; ++i) {        auto item = ui->listWidgetPlatform->item(i);        auto platformIndex = item->data(Qt::UserRole).toInt();        if (platformIndex == index) {            ui->listWidgetPlatform->setCurrentRow(i);            on_listWidgetPlatform_itemClicked(item);            return;        }    }}