1294.3 제어 흐름 노드의 공통 인터페이스

1294.3 제어 흐름 노드의 공통 인터페이스

1. 공통 인터페이스의 필요성

행동 트리의 다양한 제어 흐름 노드(Sequence, Fallback, Parallel 등)는 각각 고유한 실행 의미론을 가지지만, 자식 노드 관리, Tick 처리, Halt 전파 등의 기본 메커니즘은 공유한다. 이 공통 메커니즘을 추상 기반 클래스로 정의하여, 모든 제어 흐름 노드가 일관된 인터페이스를 따르도록 보장한다. 이를 통해 트리 순회 알고리즘, 시각화 도구, 로깅 프레임워크 등이 제어 노드의 구체적 유형에 의존하지 않고 동작할 수 있다(Faconti, 2022).

2. BehaviorTree.CPP v4의 ControlNode 기반 클래스

BehaviorTree.CPP v4에서 모든 제어 흐름 노드는 BT::ControlNode 추상 클래스를 상속한다. 이 클래스는 BT::TreeNode를 상속하며, 자식 관리를 위한 추가 인터페이스를 제공한다.

class ControlNode : public TreeNode {
public:
    ControlNode(const std::string& name, const NodeConfig& config);

    // 자식 노드 추가
    void addChild(TreeNode* child);

    // 자식 목록 접근
    size_t childrenCount() const;
    const std::vector<TreeNode*>& children() const;
    
    // 특정 인덱스의 자식에 대한 Halt
    void haltChild(size_t index);
    
    // 모든 자식에 대한 Halt
    void haltChildren();
    
    // 인덱스 범위의 자식에 대한 Halt
    void haltChildren(size_t first, size_t last);

    // 제어 노드의 Halt 시 기본 동작
    void halt() override;

protected:
    std::vector<TreeNode*> children_nodes_;
};

3. TreeNode 기반 인터페이스

모든 제어 흐름 노드는 TreeNode로부터 다음의 공통 인터페이스를 상속받는다.

3.1 상태 관리

// 현재 상태 조회
NodeStatus status() const;

// 상태 설정 (내부 사용)
void setStatus(NodeStatus status);

// Tick 실행 (외부에서 호출)
NodeStatus executeTick();

executeTick()은 노드의 상태 전이를 관리하는 래퍼 함수이다. IDLE 상태의 노드가 처음 Tick될 때 적절한 초기화를 수행하고, 내부의 tick() 가상 함수를 호출한다.

3.2 tick() 가상 함수

제어 흐름 노드의 핵심 로직은 tick() 순수 가상 함수에서 구현된다. 각 제어 노드 변형(Sequence, Fallback 등)은 이 함수를 오버라이드하여 고유한 자식 Tick 전달과 상태 조합 규칙을 정의한다.

// 각 제어 노드가 구현해야 하는 핵심 함수
virtual NodeStatus tick() = 0;

3.3 노드 메타데이터

// 노드 이름
const std::string& name() const;

// 노드 유형
NodeType type() const;  // CONTROL, ACTION, CONDITION, DECORATOR 중 하나

// 고유 식별자
uint16_t UID() const;

// 등록된 이름 (팩토리에서의 타입 이름)
const std::string& registrationName() const;

4. 자식 관리 인터페이스

4.1 addChild

트리 생성 과정에서 팩토리가 호출하는 함수이다. 자식 노드의 포인터를 내부 벡터에 추가한다. 실행 중에는 호출되지 않는다.

4.2 children / childrenCount

자식 목록에 대한 읽기 전용 접근을 제공한다. 시각화 도구나 로거가 트리 구조를 탐색할 때 사용한다.

4.3 haltChild / haltChildren

특정 자식 또는 자식 범위에 대한 Halt를 수행한다. 제어 노드의 tick() 구현에서 조기 종료 시 RUNNING 상태의 자식을 중단할 때 호출한다.

// 인덱스 i 이후의 모든 RUNNING 자식을 Halt
void haltChildrenAfter(size_t i) {
    for (size_t j = i + 1; j < children_nodes_.size(); j++) {
        if (children_nodes_[j]->status() == NodeStatus::RUNNING) {
            haltChild(j);
        }
    }
}

5. halt() 기본 구현

ControlNode::halt()는 모든 자식에 대해 Halt를 전파하고, 자신의 상태를 IDLE로 설정하는 기본 동작을 제공한다.

void ControlNode::halt() {
    haltChildren();
    setStatus(NodeStatus::IDLE);
}

각 제어 노드 변형은 필요에 따라 이 기본 동작 위에 추가 정리 로직을 구현할 수 있다. 예를 들어, WithMemory 모드의 노드는 Halt 시 기억하고 있던 자식 인덱스를 초기화해야 한다.

6. 포트 인터페이스

제어 흐름 노드도 블랙보드 포트를 가질 수 있다. 예를 들어, ParallelNode의 성공 임계값이나, SwitchNode의 조건 변수 등은 입력 포트를 통해 설정된다.

static PortsList providedPorts() {
    return {
        InputPort<int>("success_count", 
                        "Number of children that must succeed")
    };
}

그러나 기본 Sequence와 Fallback 노드는 별도의 포트를 가지지 않으며, 동작이 전적으로 자식 노드의 반환 상태에 의해 결정된다.

7. 공통 인터페이스의 설계 의의

7.1 다형성에 의한 트리 순회

트리 순회 알고리즘은 TreeNode 포인터를 통해 동작하며, 구체적인 노드 유형을 알 필요가 없다. 제어 노드인 경우 children() 메서드를 통해 자식을 재귀적으로 탐색할 수 있다.

void visitTree(TreeNode* node) {
    processNode(node);
    
    if (auto* control = dynamic_cast<ControlNode*>(node)) {
        for (auto* child : control->children()) {
            visitTree(child);
        }
    }
}

7.2 로거와 옵저버의 범용 적용

StatusChangeLogger와 TreeObserver 등의 관찰 메커니즘은 TreeNode의 공통 인터페이스를 통해 모든 노드의 상태 변화를 균일하게 관찰한다. 제어 노드의 구체적 유형에 따른 특수 처리가 필요하지 않다.

7.3 커스텀 제어 노드의 확장

개발자가 새로운 제어 흐름 노드를 정의할 때, ControlNode를 상속하고 tick() 함수만 구현하면 된다. 자식 관리, Halt 전파, 상태 관리 등의 공통 기능은 기반 클래스에서 제공되므로, 개발자는 고유한 실행 의미론에만 집중할 수 있다(Colledanchise & Ogren, 2018).

class CustomControl : public BT::ControlNode {
public:
    CustomControl(const std::string& name, const BT::NodeConfig& config)
        : BT::ControlNode(name, config) {}

    BT::NodeStatus tick() override {
        // 고유한 자식 Tick 전달 및 상태 조합 로직
        for (size_t i = 0; i < childrenCount(); i++) {
            auto status = children_nodes_[i]->executeTick();
            // 상태에 따른 처리...
        }
        return BT::NodeStatus::SUCCESS;
    }
};

참고 문헌

  • Colledanchise, M., & Ogren, P. (2018). Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction. CRC Press.
  • Faconti, D. (2022). BehaviorTree.CPP documentation and API reference. https://www.behaviortree.dev/