1294.85 BehaviorTree.CPP의 FallbackNode 클래스

1. FallbackNode 클래스의 개요

BehaviorTree.CPP v4에서 FallbackNode 클래스는 FallbackWithMemory(StatefulFallback) 동작을 구현하는 제어 노드이다. SequenceNode와 대칭적 구조를 가지며, current_child_idx_ 멤버 변수를 통해 마지막 RUNNING 자식의 위치를 기억한다. XML에서 <Fallback> 태그로 선언된다(Faconti, 2022).

2. 클래스 선언

namespace BT {

class FallbackNode : public ControlNode {
public:
    FallbackNode(const std::string& name,
                 const NodeConfig& config);
    
    virtual ~FallbackNode() override = default;
    
    static PortsList providedPorts() { return {}; }
    
    virtual void halt() override;

private:
    size_t current_child_idx_;
    bool all_skipped_;
    
    virtual BT::NodeStatus tick() override;
};

}  // namespace BT

3. tick() 메서드의 상세 분석

3.1 전체 구현

NodeStatus FallbackNode::tick() {
    const size_t children_count = children_nodes_.size();
    
    if (status() == NodeStatus::IDLE) {
        all_skipped_ = true;
    }
    
    setStatus(NodeStatus::RUNNING);
    
    while (current_child_idx_ < children_count) {
        TreeNode* current_child = children_nodes_[current_child_idx_];
        const NodeStatus child_status = current_child->executeTick();
        
        switch (child_status) {
            case NodeStatus::RUNNING:
                return NodeStatus::RUNNING;
                
            case NodeStatus::SUCCESS:
                resetChildren();
                current_child_idx_ = 0;
                return NodeStatus::SUCCESS;
                
            case NodeStatus::FAILURE:
                all_skipped_ = false;
                current_child_idx_++;
                break;
                
            case NodeStatus::SKIPPED:
                current_child_idx_++;
                break;
        }
    }
    
    current_child_idx_ = 0;
    return all_skipped_ ? NodeStatus::SKIPPED : NodeStatus::FAILURE;
}

3.2 SequenceNode와의 대칭적 관계

FallbackNode::tick()은 SequenceNode::tick()과 SUCCESS와 FAILURE의 역할만 정확히 교환된 구조이다:

3.3 동작 분석

1. 메모리 기반 재진입: current_child_idx_가 이전 Tick에서 RUNNING이었던 자식의 인덱스를 유지하므로, 이전에 FAILURE를 반환한 자식은 건너뛴다.

2. SUCCESS의 조기 종료: 자식이 SUCCESS를 반환하면 즉시 전체 Fallback이 SUCCESS를 반환한다. 이는 “하나라도 성공하면 충분하다“는 OR 의미론의 구현이다.

3. FAILURE의 진행: 자식이 FAILURE를 반환하면 인덱스를 증가시키고 다음 대안을 시도한다.

4. 전체 FAILURE: 모든 자식이 FAILURE를 반환하면 인덱스를 0으로 초기화하고 FAILURE를 반환한다.

4. halt() 메서드

void FallbackNode::halt() {
    current_child_idx_ = 0;
    ControlNode::halt();
}

SequenceNode::halt()와 동일한 구조이다. current_child_idx_를 0으로 초기화하고, 부모 클래스의 halt()를 호출하여 모든 RUNNING 자식을 Halt한다.

5. 메모리 메커니즘의 동작

5.1 비동기 대안에서의 메모리 활용

Tick 1: Alt1→F, Alt2→R                  (idx=1, Alt2 진행 중)
Tick 2: Alt2→R                           (idx=1, Alt1 건너뜀)
Tick 3: Alt2→F, Alt3→R                  (idx=2, Alt3으로 전환)
Tick 4: Alt3→S                           → SUCCESS (idx=0 초기화)

Alt1이 FAILURE를 반환한 후 Alt2가 RUNNING 상태에서 여러 Tick 동안 진행된다. 이 동안 Alt1은 재평가되지 않으며, current_child_idx_에 의해 건너뛴다.

5.2 SUCCESS에 의한 인덱스 초기화

어떤 자식이든 SUCCESS를 반환하면 current_child_idx_가 0으로 초기화되고, resetChildren()에 의해 모든 자식이 IDLE로 설정된다. 다음 Tick에서는 첫 번째 자식부터 다시 시작한다.

6. XML에서의 사용

<BehaviorTree ID="NavigationWithRecovery">
    <Fallback name="nav_fallback">
        <Action ID="NavigateToPose"/>
        <Sequence>
            <Action ID="ClearCostmap"/>
            <Action ID="NavigateToPose"/>
        </Sequence>
        <Action ID="SafeStop"/>
    </Fallback>
</BehaviorTree>

<Fallback> 태그는 BehaviorTree.CPP에 기본 등록되어 있으며, name 속성으로 디버깅용 식별자를 지정할 수 있다.

7. 사용 시 주의 사항

1. 메모리의 의미: FallbackNode는 FAILURE를 반환한 자식을 건너뛰므로, 이전에 실패한 대안이 이후 가용해지더라도 감지하지 못한다. 동적 조건 변화를 감시해야 하는 경우 ReactiveFallback을 사용해야 한다.

2. FAILURE 후 전체 재시작: 모든 자식이 FAILURE를 반환하면 인덱스가 0으로 초기화된다. 상위 트리에서 다시 Tick되면 첫 번째 자식부터 재시도한다.

3. v3에서 v4로의 변경: BehaviorTree.CPP v3에서 FallbackStar로 불리던 것이 v4에서 FallbackNode로 명칭이 변경되었다(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/