1294.60 조건 기반 분기 Fallback 패턴

1. 패턴의 정의

조건 기반 분기 Fallback 패턴이란, Fallback 노드의 각 자식이 “조건-행동” Sequence로 구성되어, 조건에 따라 서로 다른 행동을 선택하는 구조이다. 이 패턴은 프로그래밍 언어의 if-elseif-else 조건 분기문에 대응하며, 행동 트리에서 조건부 의사 결정을 구현하는 가장 일반적인 구조이다(Colledanchise & Ogren, 2018).

2. 기본 구조

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="ConditionA"/>
        <Action ID="ActionA"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="ConditionB"/>
        <Action ID="ActionB"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="ConditionC"/>
        <Action ID="ActionC"/>
    </Sequence>
    <Action ID="DefaultAction"/>      <!-- else 절 -->
</Fallback>

2.1 프로그래밍 언어 대응

if (ConditionA) {
    ActionA();
} else if (ConditionB) {
    ActionB();
} else if (ConditionC) {
    ActionC();
} else {
    DefaultAction();
}

3. 실행 흐름

3.1 분기 선택 과정

Fallback이 첫 번째 Sequence를 평가한다.
Sequence 내부에서 ConditionA가 평가된다.

SUCCESS이면 ActionA를 실행하고, Sequence가 SUCCESS를 반환하여 Fallback이 종료된다.
FAILURE이면 Sequence가 FAILURE를 반환하고, Fallback이 다음 Sequence로 진행한다.

동일한 과정이 ConditionB, ConditionC에 대해 반복된다.
모든 조건이 FAILURE이면 DefaultAction이 실행된다.

3.2 실행 추적

시나리오: ConditionA=F, ConditionB=S

Fallback:
  Sequence 1:
    ConditionA → FAILURE
  → Sequence 1 FAILURE (ActionA 미실행)

  Sequence 2:
    ConditionB → SUCCESS
    ActionB → SUCCESS
  → Sequence 2 SUCCESS

→ Fallback SUCCESS (Sequence 3, DefaultAction 미평가)

4. 조건의 상호 배타성

4.1 상호 배타적 조건

조건들이 상호 배타적(mutually exclusive)이면, 정확히 하나의 분기만 실행된다.

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsObjectSmall"/>     <!-- 소형 물체 -->
        <Action ID="PrecisionGrasp"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsObjectMedium"/>    <!-- 중형 물체 -->
        <Action ID="NormalGrasp"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsObjectLarge"/>     <!-- 대형 물체 -->
        <Action ID="TwoHandGrasp"/>
    </Sequence>
</Fallback>

4.2 비상호 배타적 조건

조건들이 상호 배타적이지 않으면, 여러 조건이 동시에 참일 수 있다. 이 경우 Fallback의 좌→우 평가 순서에 의해 가장 왼쪽의 참인 조건에 해당하는 행동만 실행된다.

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsEmergency"/>       <!-- 비상 (최우선) -->
        <Action ID="EmergencyStop"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsLowBattery"/>      <!-- 배터리 부족 -->
        <Action ID="GoCharge"/>
    </Sequence>
    <Action ID="ContinueMission"/>
</Fallback>

비상 상황과 배터리 부족이 동시에 참이면, 비상 정지가 우선 실행된다.

5. 로봇 공학에서의 적용 사례

5.1 사례 1: 로봇 상태 기반 행동 선택

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsBatteryBelow10"/>
        <Action ID="EmergencyReturn"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsBatteryBelow30"/>
        <Action ID="GoToChargingStation"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="HasAssignedTask"/>
        <Action ID="ExecuteTask"/>
    </Sequence>
    <Action ID="Patrol"/>
</Fallback>

배터리가 10% 미만이면 비상 귀환, 30% 미만이면 충전, 할당된 작업이 있으면 작업 수행, 그 외에는 순찰한다.

5.2 사례 2: 환경 기반 이동 전략 선택

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsNarrowCorridor"/>
        <Action ID="UseWallFollowing"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsOpenArea"/>
        <Action ID="UseGlobalPlanner"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsCrowdedArea"/>
        <Action ID="UseSocialNavigation"/>
    </Sequence>
    <Action ID="UseDefaultNavigation"/>
</Fallback>

5.3 사례 3: 센서 가용성 기반 위치 추정 선택

<Fallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsGPSAndLidarAvailable"/>
        <Action ID="FusedLocalization"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsLidarOnly"/>
        <Action ID="LidarLocalization"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsGPSOnly"/>
        <Action ID="GPSLocalization"/>
    </Sequence>
    <Action ID="DeadReckoning"/>
</Fallback>

6. Reactive 변형에서의 분기 패턴

ReactiveFallback을 사용하면, 조건의 변화에 따라 분기가 동적으로 전환된다.

<ReactiveFallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsHighPriorityTask"/>
        <Action ID="HandleHighPriority"/>
    </Sequence>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsMediumPriorityTask"/>
        <Action ID="HandleMediumPriority"/>
    </Sequence>
    <Action ID="HandleLowPriority"/>
</ReactiveFallback>

중간 우선순위 작업을 처리하는 동안 높은 우선순위 작업이 발생하면, 중간 우선순위 처리가 Halt되고 높은 우선순위 작업으로 즉시 전환된다.

7. 설계 시 고려사항

조건 평가 순서: 가장 긴급하거나 중요한 조건을 먼저 배치한다.
기본 행동(else 절): 마지막 자식에 무조건 실행되는 기본 행동을 배치하면, Fallback이 FAILURE를 반환하는 것을 방지한다.
조건의 완전성: 모든 가능한 상태를 조건으로 포함하지 않으면, 기본 행동이 없는 경우 Fallback이 FAILURE를 반환할 수 있다.
변형 선택: 조건 변화에 대한 동적 전환이 필요하면 ReactiveFallback을, 현재 분기를 완료할 때까지 유지해야 하면 FallbackWithMemory를 사용한다(Faconti, 2022).

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/