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Jolt Physics：高性能物理引擎

在现代游戏和虚拟现实应用中，物理引擎的表现至关重要。Jolt Physics 是一款针对多核优化的刚体物理和碰撞检测库，采用 C++ 语言编写，特别适合游戏和虚拟现实应用，被《地平线：西部禁域》（Horizon Forbidden West）和《死亡搁浅 2：海滩之上》（Death Stranding 2: On the Beach）等知名游戏采用。

A YouTube video showing a ragdoll pile simulated with Jolt Physics.

对于每一个游戏开发者而言，选择合适的物理引擎能够显著提高游戏的真实感与互动体验。接下来，我们将深入探讨 Jolt Physics 的设计理念、功能特性、以及如何在实际开发中使用它。

设计理念

为什么要创建一个新的物理引擎？首先，这是一项个人学习项目，旨在解决现有物理引擎的几个主要问题：

1. 并发处理：游戏中物理数据的访问通常会涉及多个线程。Jolt Physics 强调在主模拟更新之外，同时访问物理数据：

   • 可在后台加载/卸载模拟的部分，无需锁定或影响整个模拟，减少性能损耗。
   • 碰撞查询可以与物体的增删改操作并行运行。
   • 粗碰撞检查（广义相交检测）可在主物理模拟的前后阶段运行，高效且不影响整体性能。

2. 自动唤醒控制：为了避免因加载/卸载内容而意外唤醒物体，创建的物体不会自动唤醒，这一过程可被手动触发。

3. 确定性模拟：Jolt Physics 允许简单复制输入，复现到远程客户端。详细信息请查看文档中的确定性模拟部分。

4. 物理仿真贴近现实：尽管 Jolt Physics 力求模拟现实中的刚体行为，但依然做了一些近似处理，建议主要用于游戏或虚拟现实的仿真。

主要功能

Jolt Physics 提供了多种丰富的功能，涵盖刚体模拟、碰撞检测、约束模拟等，以下是一些主要功能：

刚体模拟

• 支持多种形状的刚体模拟，并使用连续碰撞检测：
  • 球体
  • 盒子
  • 胶囊
  • 锥体
  • 圆柱体
  • 凸包
  • 平面
  • 复合体
  • 网格（三角形）
  • 地形（高度场）

约束模拟

• 支持各种类型的约束：
  • 固定、点、距离（包括弹簧）、铰链、滑动、锥体、齿轮等。

碰撞检测

• 支持射线投射、形状与形状之间的检测，及形状与形状之间的碰撞测试。
• 粗碰撞检测用以快速确定可能相交的物体。

动态流体和软体物体模拟

• 包括软体物体模拟，例如一个软球或布料。
• 支持水的浮力计算。

车辆和其他高级功能

• 支持各类车辆的物理模拟，包括轮式车辆、履带车辆和摩托车等等。

支持平台

Jolt Physics 支持多种平台包括：

• Windows（桌面或 UWP）x86/x64/ARM32/ARM64
• Linux（测试于 Ubuntu）x86/x64/ARM32/ARM64/RISC-V64/LoongArch64/PowerPC64LE
• FreeBSD
• Android x86/x64/ARM32/ARM64
• macOS x64/ARM64
• iOS x64/ARM64

文档与编译

要开始使用 Jolt Physics，可以参考HelloWorld示例，了解如何将 Jolt Physics 集成到您的项目中。此外，您还可以访问文档获取更多信息。

Jolt Physics 可以使用 Visual Studio 2019+、Clang 10+ 或 GCC 9+ 进行编译，并依赖于 C++ 17 的标准模板库。想要了解更多的编译信息，请访问编译说明。

性能概述

Jolt Physics 在多核 CPU 上表现出色，能在不损失性能的情况下充分利用硬件资源。有关 Jolt Performance 及其与其他物理引擎对比的详细内容，请查看此文档。

同类项目介绍

在物理引擎领域，Jolt Physics 还有许多同类项目可法供选择，例如：

1. Bullet Physics：一个开源的物理引擎，支持刚体和软体物理，广泛应用于游戏和动画制作。

2. PhysX：由 NVIDIA 开发的物理引擎，主打高性能物理仿真，特别在 GPU 加速方面表现突出。

3. HAVOK Physics：用于游戏开发的强大物理引擎，支持复杂的碰撞和物体交互，尤其适合大规模开放世界游戏。

4. Box2D：一款2D物理引擎，用于游戏开发，特别是在移动设备和网页游戏中表现不俗。

无论是开发大型3D游戏还是轻量级2D游戏，选择合适的物理引擎都是开发成功的关键。在物理引擎的选择上，应综合考虑性能、功能特性和基础设施的适应性，找到最适合您的项目需求的解决方案。