游戏引擎的主循环设计
游戏主循环
在使用物理和渲染引擎的游戏中，虚拟的世界是不断变换的。通过一个模拟循环（simulation loop）来驱动这个世界。一个简单的循环是下面这个样子：
while (gameIsRunning)
{
float deltaTime = GetDeltaTime(); // 获取自上一帧以来的时间
ProcessInput(); // 获得输入
UpdateGameLogic(); // 更新游戏逻辑
physicsWorld->StepSimulation(deltaTime); // 驱动物理世界前进
RenderScene(); // 渲染
}
到目前为止，我们看到主循环非常自然：输入 -> 逻辑 -> 物理 -> 渲染。
Step Simulation
为了保证物理模拟的稳定性，要求物理模拟的时间步一定要稳定。但是，游戏的主循环，无法保证每次deltaTime稳定。需要通过StepSimulation把不稳定的真实的时间，转换成若干个稳定的物理小步。这样一次StepSimulation里面执行了很多次物理。
一个StepSimulation伪代码：
StepSimulation(deltaTime)
{
accumulatedTime += deltaTime;
int subSteps = floor(accumulatedTime / fixedDt);
// 限制物理模拟的最大步数。以防爆炸。
subSteps = min(subSteps, maxSubSteps);
for (int i = 0; i < subSteps; ++i)
{
// 物理世界单步模拟
internalSingleStepSimulation(fixedDt);
}
accumulatedTime -= subSteps * fixedDt;
}
这里fixedDt是每步物理模拟的固定时间。accumulatedTime是物理模拟积累的时间,从上一次物理更新，到目前没有被物理模拟消耗的累计时间。
物理世界的单帧
上面internalSingleStepSimulation是物理世界的单帧函数。现代游戏引擎（box2D,bullet3,PhysX）在实现细节上有所差异，但是几乎所有的刚体物理引擎都有相似的流程。这个流程可以概括成以下几步：
-
施加外力：游戏中，对物体和角色施加的力，如推力、重力和阻尼等。
-
碰撞检测：一般分成两个阶段。
- 宽相（Broad Phase）:使用快速算法（AABB树，排序和扫描等）筛选可能发生的碰撞对，排除大量明显不相交的物体。
- 窄相（Narrow Phase）: 对宽相筛选出的每一对物体，使用精确的几何算法（GJK/EPA,SAT）计算他们是否真的碰撞，并找出碰撞点、碰撞法线和穿透深度等详细信息。
-
构建孤岛：根据碰撞产生的接触关系和关节约束，将相互作用的物理构建成一个个独立的“孤岛”。孤岛之间相互不影响，可以进行并行优化。
-
约束求解：对于接触和关节约束，计算出冲量（Impulse）来处理物体穿透、摩擦和关节连接。求解的过程是迭代的，重复多次为了获得稳定解。
-
积分：根据求解器得到的冲量来更新速度，再更新所有活动物体的位置和朝向。
-
状态同步：将物体世界中物体的新状态（位置和朝向）同步到游戏世界的图形对象上，然后渲染。