我的物理引擎中更新问题的动量和顺序

这个问题是我上一个问题的“后续”问题，涉及到碰撞检测和解决，您可以在这里找到。

如果您不想阅读上一个问题，这里是有关我的物理引擎如何工作的简短描述：

每个物理实体都存储在称为SSSPBody的类中。

仅支持AABB。

每个SSSPBody存储在一个名为SSSPWorld的类中，该类更新每个身体并处理重力。

每帧，SSSPWorld都会更新每个身体。

每个更新的实体都在空间哈希中查找附近的实体，检查是否需要检测与它们的碰撞。如果是，它们将调用“碰撞”事件并检查是否需要解决与其之间的冲突。如果是，他们将计算穿透矢量和方向重叠，然后更改其位置以解决穿透问题。

当一个物体与另一个物体碰撞时，只需将其速度设置为自己的速度即可将其速度传递给另一个物体。

如果从上一帧起未更改位置，则将物体的速度设置为0。如果它也与移动的物体（例如升降机或移动的平台）相撞，则会计算升降机的运动差，以查看物体是否尚未从其最后位置移动。

同样，当一个实体的所有AABB角与某帧中的某些内容重叠时，它会引发“压碎”事件。

这是我的游戏的完整源代码。它分为三个项目。SFMLStart是一个简单的库，用于处理实体的输入，绘制和更新。SFMLStartPhysics是最重要的类，其中SSSPBody和SSSPWorld类位于其中。PlatformerPhysicsTest是游戏项目，包含所有游戏逻辑。

而这是在SSSPBody类，评论和简化了“更新”的方法。如果您不想看整个SFMLStartSimplePhysics项目，则只能看一下。（即使这样做，您也应该看看它，因为它已被注释。）

.gif显示两个问题。

1. 如果将实体放置在不同的顺序中，则会发生不同的结果。左侧的板条箱与右侧的板条箱相同，只是以相反的顺序放置（在编辑器中）。
2. 两个板条箱都应朝屏幕顶部推进。在左边的情况下，没有箱子被推进。在右边，只有其中之一是。两种情况都是意外的。

第一个问题：更新顺序

这很容易理解。在左侧的情况下，最上面的板条箱先于另一个板条箱被更新。即使底部的板条箱将速度“传递”到另一个板条，它也需要等待下一帧移动。由于它没有移动，因此底部木箱的速度设置为0。

我不知道如何解决此问题。我希望解决方案不依赖于“排序”更新列表，因为我觉得我在整个物理引擎设计中做错了什么。

主要的物理引擎（Box2D，Bullet，花栗鼠）如何处理更新顺序？

第二个问题：只有一个板条箱被推向天花板

我还不明白为什么会这样。“弹簧”实体的作用是将物体的速度设置为-4000，然后将其重新放置在弹簧本身的顶部。即使禁用重新定位代码，该问题仍然会发生。

我的想法是，当底部板条箱与顶部板条箱发生碰撞时，其速度设置为0。我不确定为什么会这样。

尽管有机会看起来像放弃第一个问题的人，但我在上面发布了整个项目的源代码。我没有任何东西可以证明这一点，但是相信我，我努力解决了这个问题，但是我找不到解决方案，并且我以前没有任何物理和碰撞方面的经验。我一直在努力解决这两个问题超过一个星期，现在我很绝望。

我认为如果不从游戏中剥离许多功能（例如，速度传递和弹簧），就无法找到解决方案。

非常感谢您花时间阅读此问题，如果您甚至想提出解决方案或建议，也要多谢。

实际上，更新问题的顺序对于普通的脉冲物理引擎来说非常普遍，您不能像Vigil所建议的那样延迟施加力，而当一个对象同时与另外两个对象碰撞时，您将破坏能量保存。通常，尽管采用不同的更新顺序会产生明显不同的结果，但是他们确实设法做出了看起来很真实的东西。

在任何情况下，出于您的目的，我都会建议您建立一个脉冲弹簧系统，以免产生冲动。

基本思想是，您无需试图一步一步地解决碰撞问题，而是要向碰撞的对象施加力，该力应等于对象之间的重叠量，这相当于碰撞过程中真实对象如何转换其碰撞力。运动能量转化为变形然后又重新运动，此系统的优点在于，它允许力传播通过一个对象，而该对象不必来回弹跳，并且可以合理地完全独立执行更新顺序。

为了使物体停止运动而不是无限期地反弹，您必须应用某种形式的阻尼，这可能会极大地影响游戏的样式和感觉，具体取决于您的操作方式，但是最基本的方法是向两个与其内部运动等效的物体施加力，您可以选择仅在它们彼此靠近或彼此远离时才施加力，后者可以用来完全防止物体反弹当它们落地时，还会使它们有些粘滞。

您还可以通过在碰撞的垂直方向上制动对象来产生摩擦效果，制动量应等于重叠量。

通过使所有对象具有相同的质量，可以很容易地绕开质量的概念，而如果您只是忽略加速它们，那么不动的对象将像无限质量一样工作。

一些伪代码，以防万一上面的内容不够清楚：

//Presuming that you have done collision checks between two objects and now have  
//numbers for how much they overlap in each direction.
overlapX
overlapY
if(overlapX<overlapY){ //Do collision in direction X
    if(obj1.X>obj2.X){
        swap(obj1,obj2)
    }
    //Spring effect:
    obj1.addXvelocity-=overlapX*0.1 //Constant, the lower this is set the softer the  
                                    //collision will be.
    obj2.addXvelocity+=overlapX*0.1
    //Dampener effect:
    velocityDifference=obj2.Xvelocity-obj1.Xvelocity
    //velocityDifference=min(velocityDifference,0) //Uncomment to only dampen when  
                                                   //objects move towards each other.
    obj1.addXvelocity+=velocityDifference*0.1 //Constant, higher for more dampening.
    obj2.addXvelocity-=velocityDifference*0.1
    //Friction effect:
    if(obj1.Yvelocity>obj2.Yvelocity){
        swap(obj1,obj2)
    }
    friction=overlapX*0.01
    if(2*friction>obj2.Yvelocity-obj1.Yvelocity){
        obj1.addYvelocity+=(obj2.Yvelocity-obj1.Yvelocity)/2
        obj2.addYvelocity-=(obj2.Yvelocity-obj1.Yvelocity)/2
    }
    else{
        obj1.addYvelocity+=friction
        obj2.addYvelocity-=friction
    }
}
else{ //Do collision in direction Y

}

addXvelocity和addYvelocity属性的要点是，在完成所有碰撞处理后，这些属性将添加到其对象的速度中。

编辑：
您可以按照以下顺序进行操作，其中每个子弹必须在执行下一个子弹之前在所有元素上执行：

• 检测到冲突，可以在检测到冲突后立即解决它们。
• 将addVelocity值添加到速度值，添加重力Yvelocity，将addVelocity值重置为0，根据对象的速度移动它们。
• 渲染场景。

另外，我意识到在我的第一篇文章中以下内容可能并不完全清楚，在重力物体的影响下，当彼此重合时，它们会重叠，这表明它们的碰撞盒应略高于其图形表示，以避免重叠视觉上。如果以更高的更新速率运行物理，则此问题将较少。我建议您尝试以120Hz的频率运行，以在CPU时间和物理精度之间取得合理的平衡。

Edit2：
非常基本的物理引擎流程：

• 碰撞和重力会产生力/加速度。 acceleration = [Complicated formulas]
• 力/加速度被加到速度上。 velocity += acceleration
• 将速度添加到位置。 position += velocity

好吧，你显然不是一个容易放弃的人，你是一个真正的铁人，我会早得多地举手，因为这个项目与海带森林非常相似:)

首先，位置和速度随处可见，从物理子系统的角度来看，这是灾难的根源。此外，当通过各种子系统更改整体事物时，请创建私有方法，例如“ ChangeVelocityByPhysicsEngine”，“ ChangeVelocityBySpring”，“ LimitVelocity”，“ TransferVelocity”或类似的方法。它将增加检查逻辑的特定部分所做的更改的能力，并为这些速度更改提供其他含义。这样，调试会更容易。

第一个问题。

问题本身。现在，您只是按照外观和游戏逻辑的顺序“按原样”应用位置和速度修正。如果不仔细地对每个复杂事物的物理方式进行硬编码，那么这对于复杂的交互将不起作用。则不需要单独的物理引擎。

为了进行无干扰的复杂交互，您需要在基于由初始速度更改的位置和基于“后速度”更改的位置的最终检测碰撞之间添加一个额外的步骤。我想它会像这样：

• 使用作用在物体上的所有力来积分速度（您现在直接应用速度固定，将速度计算留给物理引擎并使用力来移动物体），然后使用新的速度积分位置。
• 检测碰撞，然后恢复速度和位置，
• 然后处理碰撞（使用没有立即更新位置的脉冲，ofc，只有速度改变，直到最后一步）
• 再次积分新的速度，并再次使用脉冲处理所有碰撞，除非现在碰撞是非弹性的。
• 使用结果速度对位置进行最终积分。

可能会弹出其他内容，例如处理抽搐，在FPS较小时拒绝堆积，或准备其他类似的事情:)

第二个问题

这两个“沉重”板条箱的垂直速度永远不会从零变化。奇怪的是，您在PhysSpring的Update循环中分配了速度，但是在PhysCrate的Update循环中它已经为零。可能会找到一条速度出错的行，但是由于出现“收获了缝制”的情况，所以我在这里停止了调试。当调试变得困难时，是时候停止编码并开始重新考虑所有内容了。但是，即使到代码编写者都无法理解代码中正在发生什么的地步，那么您的代码库也已经死了，而您却没有意识到:)

第三个问题

我认为当您需要重新创建Farseer的一部分以执行基于平铺的简单平台程序时，有些事情发生了。就个人而言，我认为您当前的引擎具有丰富的经验，然后完全抛弃它，以使用更简单直接的基于图块的物理方法。在这样做的时候，明智的做法是选择Debug.Assert之类的东西，甚至恐怖的单元测试，因为这样可以更早地捕获意外的东西。

当一个物体与另一个物体碰撞时，只需将其速度设置为自己的速度即可将其速度传递给另一个物体。

您的问题是，这些根本上是关于运动的错误假设，因此您所获得的与您所熟悉的运动并不相似。

当一个物体与另一个物体碰撞时，动量得以保留。将其视为“ A命中B”与“ B命中A”是将及物动词应用于不及物动词。A和B碰撞；产生的动量必须等于初始动量。也就是说，如果A和B的质量相等，则它们现在都将以其原始速度的平均值行进。

您可能还需要一些碰撞坡度和迭代求解器，否则您将遇到稳定性问题。您可能应该阅读Erin Catto的一些GDC演示文稿。

我认为您付出了很大的努力，但似乎代码的结构存在根本问题。正如其他人所建议的那样，将操作分成谨慎的部分可能会有所帮助，例如：

1. 广泛阶段：遍历所有对象-进行快速测试（例如AABB）以确定哪些对象可能会发生碰撞-丢弃那些不是的对象。
2. 窄相：循环遍历所有碰撞对象-计算碰撞的渗透向量（例如，使用SAT）。
3. 碰撞响应：在碰撞矢量列表中循环-根据质量计算力矢量，然后使用该值计算加速度矢量。
4. 积分：遍历所有加速度矢量并积分位置（和旋转，如果需要）。
5. 渲染：循环遍历所有计算出的位置并渲染每个对象。

通过分离阶段，所有对象将同步同步更新，而您将不会遇到当前正在苦苦挣扎的订单依赖性。通常，该代码也变得更简单，更容易更改。这些阶段中的每个阶段都是相当通用的，并且在拥有工作系统之后，通常可以用更好的算法代替。

也就是说，每个部分本身都是一门科学，并且可能会花费大量时间来尝试找到最佳解决方案。最好从一些最常用的算法开始：

• 广义相碰撞检测：空间哈希。
• 窄相碰撞检测：对于简单的瓷砖物理，您可以仅应用“轴对齐边界框（AABB）”相交测试。对于更复杂的形状，可以使用“ 分离轴定理”。无论使用哪种算法，它都应返回两个对象之间的交点的方向和深度（称为穿透向量）。
• 碰撞响应：使用投影解决互穿。
• 集成度：集成度是决定发动机稳定性和速度的最大因素。两种流行的选择是Verlet（快速但简单）或RK4（准确但缓慢）集成。使用Verlet集成可以导致极其简单的设计，因为大多数物理行为（弹跳，旋转）都可以轻松完成。我学习过RK4集成的最佳参考书目之一是Glen Fiedler的游戏物理系列。

牛顿运动定律是一个很好的（显而易见的）起点。