1296.3 액션 노드의 리프 노드 특성

1296.3 액션 노드의 리프 노드 특성

1. 리프 노드의 정의

행동 트리(Behavior Tree)는 방향 비순환 트리(directed acyclic tree) 구조를 형성한다. 이 트리에서 자식 노드를 갖지 않는 노드를 리프 노드(leaf node) 또는 단말 노드(terminal node)라 한다. 액션 노드는 리프 노드의 한 유형이며, 이 특성이 액션 노드의 설계와 동작에 근본적인 제약과 특성을 부여한다.

2. 리프 노드 특성의 함의

2.1 자식 노드 부재

액션 노드는 자식 노드를 가질 수 없다. BehaviorTree.CPP에서 BT::ActionNodeBase는 자식 관리 기능을 포함하지 않으며, 자식 추가 시도 시 컴파일 에러 또는 런타임 에러가 발생한다.

// ActionNodeBase는 자식 관리 메서드를 제공하지 않음
class ActionNodeBase : public TreeNode
{
public:
    // addChild(), childrenCount() 등이 존재하지 않음
    // ...
};

이 제약은 행동 트리의 구조적 무결성을 보장한다. 행동(액션)은 더 이상 분해되지 않는 원자적 단위이며, 행동의 조합은 제어 노드에 의해 수행된다.

2.2 Tick 전파의 종착점

Tick은 루트 노드에서 시작하여 내부 노드를 따라 전파되며, 리프 노드에서 종료된다. 액션 노드가 Tick을 받으면, 더 이상 하위 노드로 전파할 대상이 없으므로 자신의 tick() 메서드를 실행하고 결과를 부모 노드에 반환한다.

Root → Sequence → Fallback → ActionNode (Tick 종착)
                                 ↑
                            tick() 실행 후
                            상태 반환 (↑)

이 구조에서 액션 노드의 반환 상태가 전체 트리의 실행 흐름을 결정하는 기점이 된다.

2.3 Halt 전파의 종착점

Halt 신호 역시 리프 노드에서 종료된다. 부모 제어 노드가 haltChildren()을 호출하면 Halt가 자식으로 전파되며, 액션 노드에서 Halt가 수신되면 halt() 메서드(또는 onHalted() 콜백)가 호출되어 진행 중인 행동이 취소된다.

// StatefulActionNode의 halt 처리
void StatefulActionNode::halt()
{
    if (status() == NodeStatus::RUNNING)
    {
        onHalted();  // 사용자 구현 콜백
    }
    setStatus(NodeStatus::IDLE);
}

액션 노드가 Halt를 올바르게 처리하지 않으면, 진행 중인 외부 요청(ROS2 액션, 모터 명령 등)이 취소되지 않아 로봇이 의도하지 않은 행동을 지속하는 안전 문제가 발생할 수 있다.

3. 리프 노드로서의 설계 제약

3.1 행동의 분해는 트리 구조로

액션 노드는 자식을 가질 수 없으므로, 복합적인 행동을 하나의 액션 노드 내부에서 분해할 수 없다. 대신 복합 행동은 다수의 액션 노드를 제어 노드로 조합하여 구현한다.

<!-- 모범: 제어 노드를 통한 행동 분해 -->
<Sequence>
    <ApproachObject target="{object}"/>
    <GraspObject gripper="left"/>
    <LiftObject height="0.3"/>
</Sequence>

<!-- 안티패턴: 단일 액션 내부에서 복합 행동 수행 -->
<PickAndPlace target="{object}" height="0.3"/>

전자는 각 단계가 독립적인 액션 노드로 분해되어, 단계별 실패 처리와 재조합이 가능하다. 후자는 단일 액션 내부에서 모든 단계를 수행하므로, 개별 단계의 실패 처리가 어렵고 재사용성이 낮다.

3.2 상태 관리의 자기 완결성

리프 노드는 외부 자식에 상태 관리를 위임할 수 없으므로, 자신의 상태를 자기 완결적으로 관리하여야 한다. 비동기 액션 노드의 경우, onStart()에서 시작된 행동의 진행 상태를 내부 멤버 변수로 추적하고, onRunning()에서 이를 확인하여 결과를 반환한다.

class WaitForDuration : public BT::StatefulActionNode
{
    BT::NodeStatus onStart() override
    {
        double seconds;
        getInput("duration", seconds);
        deadline_ = std::chrono::steady_clock::now() + 
                    std::chrono::duration<double>(seconds);
        return BT::NodeStatus::RUNNING;
    }

    BT::NodeStatus onRunning() override
    {
        if (std::chrono::steady_clock::now() >= deadline_)
            return BT::NodeStatus::SUCCESS;
        return BT::NodeStatus::RUNNING;
    }

    void onHalted() override {}

private:
    std::chrono::steady_clock::time_point deadline_;
};

deadline_은 액션 노드 내부에서 관리되는 상태이며, 외부 노드와 공유되지 않는다.

4. 리프 노드의 테스트 용이성

리프 노드는 자식이 없으므로 독립적으로 테스트할 수 있다. 액션 노드의 단위 테스트는 노드를 트리 컨텍스트에서 분리하여, 블랙보드에 입력 값을 설정하고 tick()을 호출하여 반환 상태와 출력 값을 검증하는 형태로 수행한다.

TEST(ActionNodeTest, WaitForDuration_CompletesAfterTimeout)
{
    BT::BehaviorTreeFactory factory;
    factory.registerNodeType<WaitForDuration>("WaitForDuration");
    
    auto tree = factory.createTreeFromText(R"(
        <root BTCPP_format="4">
            <BehaviorTree ID="main">
                <WaitForDuration duration="0.1"/>
            </BehaviorTree>
        </root>
    )");

    EXPECT_EQ(tree.tickOnce(), BT::NodeStatus::RUNNING);
    
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(150));
    
    EXPECT_EQ(tree.tickOnce(), BT::NodeStatus::SUCCESS);
}

이 테스트 패턴은 리프 노드의 독립성 덕분에, 상위 제어 노드나 다른 리프 노드의 영향 없이 순수하게 해당 액션 노드의 동작만을 검증한다.