C++ 如何優化遊戲物理和碰撞偵測？

為了優化遊戲物理，本文提供了四種技術：1）空間分區將世界劃分為較小區域以快速排除不必要的碰撞檢查；2）寬相碰撞檢測使用代理體進行粗略碰撞檢查；3 ）惰性求值只在需要時執行碰撞檢測；4）多執行緒將碰撞檢測任務分配到多個執行緒以提高並發性。透過應用這些技術，可以顯著提高遊戲效能，從而帶來更流暢的體驗。

C++ 如何優化遊戲物理和碰撞偵測

優化遊戲物理和碰撞偵測對於提升效能至關重要，本文將提供一些有用的技術和實戰案例。

1. 空間分區

將遊戲世界劃分為小的區域（例如，網格或四叉樹），可以快速排除不需要檢查碰撞的對象。

實戰案例：

// 使用四叉树来管理游戏对象
QuadTree<GameObject> myQuadTree;

// 在游戏循环中更新四叉树
myQuadTree.Update(gameObjects);

// 对于每个需要检测碰撞的游戏对象
for (GameObject& obj : gameObjects) {
  // 获取对象的边界框
  AABB boundingBox = obj.GetBoundingBox();

  // 查找可能与 obj 碰撞的所有其他对象
  vector<GameObject*> potentialCollisions = myQuadTree.QueryRange(boundingBox);

  // 检查实际的碰撞
  for (GameObject* otherObj : potentialCollisions) {
    // ... 碰撞检查逻辑 ...
  }
}

2. 寬相碰撞偵測

在進行昂貴的狹相碰撞偵測之前，使用簡單的代理體（例如，球體或AABB）執行粗略的碰撞檢查。

實戰案例：

// 使用球体作为代理体
SphereCollider sphereCollider(obj.GetPosition(), obj.GetRadius());

// 对于每个需要检测碰撞的游戏对象
for (GameObject& obj : gameObjects) {

  // 更新代理体
  sphereCollider.SetPosition(obj.GetPosition());

  // 检查粗略碰撞
  for (SphereCollider& otherSphereCollider : otherColliders) {
    if (sphereCollider.Intersects(otherSphereCollider)) {
      // ... 狭相碰撞检查逻辑 ...
    }
  }
}

3. Lazy Evaluation

只有在確實需要時才進行碰撞偵測。例如，如果物體速度較慢或距離較遠，則可以跳過偵測。

實戰案例：

// 检查两个对象是否足够靠近以进行碰撞检测
float distanceSq = (obj1.GetPosition() - obj2.GetPosition()).LengthSquared();
float minDistanceSq = (obj1.GetRadius() + obj2.GetRadius()) * (obj1.GetRadius() + obj2.GetRadius());

if (distanceSq < minDistanceSq) {
  // ... 碰撞检查逻辑 ...
}

4. 多執行緒

如果可能，將碰撞偵測任務分散到多個線程上，以提高並發性。

實戰案例：

// 创建线程池
ThreadPool threadPool(NumThreads);

// 对于每个需要检测碰撞的游戏对象
for (GameObject& obj : gameObjects) {
  // 创建任务并添加到线程池
  auto task = threadPool.AddTask([&obj]() {
    // ... 碰撞检查逻辑 ...
  });
}

// 等待所有任务完成
threadPool.WaitAllTasks();

透過應用這些技術，可以顯著優化遊戲物理和碰撞偵測效能，打造更流暢、更有反應的遊戲體驗。

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