c++ - 物理引擎的继承/接口(interface)决策

Question

这是针对在 MinGW/Windows 上使用 SDL 的小型游戏项目。

我正在研究一个物理引擎，我的想法是拥有一个Physics::Object，所有物理对象都应该派生自它，并且它会在全局 Physics::中注册自己System 类(这是一个单态模式)，因此用户不需要跟踪哪些对象包含在物理计算中，只需要调用一个函数，如 Physics::System::PerformTimestepCalculation(double dt )。

这很好用，我什至使用一个派生类 Physics::Circle 实现它，这是一个二维圆。我对预测碰撞检测非常满意，尽管我仍然需要对其进行优化。

无论如何，当我开始添加其他原语以包含在计算中时，我遇到了麻烦，例如线。 Physics::System::PerformTimestepCalculation(double dt) 充斥着对 Object::GetID() 或类似函数的调用(可能是避免 dynamic_cast<> 的方法)，但我觉得很脏。

我做了一点 reading并意识到我的层次结构的元素是不可替代的(即两个圆圈之间的碰撞与两条线的碰撞之间有很大不同)。

我喜欢我的 Physics::Objects 向 System 类“ self 注册”的方式，因此它们会自动包含在计算中，我真的不想失去这个。

必须有一些其他合理的设计路径。我怎样才能更好地重新设计事物，使不可替代的对象不会挡路？

编辑仅供引用:最后，我打破了实体和形状属性，类似于接受的答案中的描述，类似于实体组件系统模型。这意味着我仍然有“这是圆还是线，那是线还是圆？”的逻辑，但我不再假装多态性在这里帮助了我。这也意味着我使用某种工厂并且可以同时发生多个计算世界!

Answer 1

最成功的公开可用物理引擎在“模式”或“面向对象设计”方面并不是很重要。

以下是支持我公认的大胆断言的摘要:

Chipmunk - 用 C 语言编写，说的够多了。

Box2d - 用 C++ 编写，这里有一些多态性。有一个带有一些虚函数的形状层次结构(基类 b2Shape)。但是，这种抽象像筛子一样漏水，您会在整个源代码中发现许多对叶类的转换。还有一个“联系人”层次结构，它被证明更成功，尽管使用单个虚函数在没有多态性的情况下重写它是微不足道的(我相信花栗鼠使用函数指针)。 b2Body是用来表示刚体的类，它是非虚拟的。

Bullet - 用 C++ 编写，用于大量游戏。大量的功能，大量的代码(相对于其他两个)。实际上有一个刚体和软体表示扩展的基类，但只有一小部分代码可以使用它。基类的大部分虚函数与序列化(引擎状态的保存/加载)有关，软体无法实现剩余的两个虚函数，其中一个带有 TODO 通知我们需要清理一些 hack。不完全是对物理引擎中多态性的响亮认可。

说了很多，我什至还没有真正开始回答你的问题。我想强调的是，多态性并不是现有物理引擎中有效应用的东西。这可能不是因为作者没有“理解”面向对象。

所以无论如何，我的建议是:为您的实体类放弃多态性。你最终不会得到 100 种以后不可能重构的不同类型，你的物理引擎的形状数据将相当均匀(凸多边形、长方体、球体等)，你的实体数据可能是甚至更均匀(一开始可能只是刚体)。

我认为您犯的另一个错误是只支持一个 Physics::System。能够独立地模拟彼此的 body (例如，对于两人游戏)是有用的，最简单的方法是支持多个 Physics::Systems。

考虑到这一点，要遵循的最干净的“模式”就是工厂模式。当用户想要创建一个刚体时，他们需要告诉 Physics::System(充当工厂)为他们做这件事，所以在你的 Physics::System 中:

// returning a smart pointer would not be unreasonable, but I'm returning a raw pointer for simplicity:
rigid_body_t* AddBody( body_params_t const& body_params );

在客户端代码中:

circle_params_t circle(1.f /*radius*/);
body_params_t b( 1.f /*mass*/, &circle /*shape params*/, xform /*system transform*/ );
rigid_body_t* body = physics_system.AddBody( b );

无论如何，有点咆哮。希望这会有所帮助。至少我想向您指出 box2d。它是用一种非常简单的 C++ 方言编写的，其中应用的模式将与您的引擎相关，无论是 3D 还是 2D。