#3部分为整个Box2D系统结构的解释，以及其运行的原理和相应步概述。不清楚有没有#4，如果有#4则会对每一个物理求解过程进行推导阐述。 上一章链接：传送门 需要前置知识：高等数学，大学物理 世界-World为整个物理系统的管理运行系统，其结构如下 其中：FP、FVector2、FVector3为定点数。将所有浮点数改为定点数后，可以制作确定性的物理引擎。 其中世界主要包含三个主要内容：Body、Contact、Joint。其中Body为每一个物体的主体，类似于RigidBody的概念，主要存储每个物体的物理属性；Contact-接触点存储所有物体的接触信息；Joint-关节存储所有的关节。 除此之外World有一些自身的世界属性，可以通过以下变量对物理世界运作内容有粗略概念：
FP _invDt0; //时间步倍率，所有的冲量都会乘以该倍率。该数值为时间间隔的倒数
bool _stepComplete; //时间步完成
bool HasNewContacts; //存在新接触点
IDestructionListener DestructionListener;//析构监听器
IDrawer Drawer; //调试绘制
bool ContinuousPhysics; //是否启用连续碰撞
FVector2 Gravity; //重力常数
bool IsAutoClearForces //清除受力
bool IsLocked; //是否锁定世界
bool AllowSleep; //世界是否允许休眠
bool SubStepping; //子步进，调试物理系统时可以开启，物理系统会按每帧执行
bool WarmStarting; //热启动，启动以减少约束求解的迭代次数
ContactManager ContactManager; //接触点管理器
LinkedList<Body> BodyList; //物体链表
LinkedList<Joint> JointList; //关节链表
物理世界存储的主要内容为Body、Joint、Contac以及一个接触点管理系统ContactManager他们共同构成了物理世界的存储结构。 物理世界的运算求解结构主要为iland以及ContactManager中的broadPhase，物理系统通过粗检测-岛屿划分-近似迭代求解以得到每一个时间步（timestep）的近似计算结果。 对于Body来说：概念和proxy、rigidbody或者entity相似，为一个物体的实体，其中包含阻尼、质心点、质量、位置、受力等等物理系数参数以及存储一个Body上所有夹具的FixtureList、所有链接到的接触点LinkedList-ContactEdges、所有连接到的关节LinkedLis-JointEdges。其中接触点和关节的Edges概念和图相似，Contact为一条边，每条边链接两个节点（即Body）。 对于Fixture来说，夹具存储了图层的概念，是否为传感器类型，摩擦力，恢复系数，形状，夹具代理。具体的物理求解（AABB、RayCast）是根据Fixture中的形状（Shape）来进行求解 对于Joint来说，关节会链接两个物体，以及会有多种关节类型。 对于Contact来说，当两个物体碰撞时才会产生接触点，并被记录在ContactManager中。每个Conatct记录的不是Body而是Fixture，即两个夹具形状间的接触。 原理：Box2d会采用BroadPhase进行粗检测（采用AABB检测），然后根据设定的迭代次数进行迭代来得到近似值得求解。 运行： public void Step(FP timeStep, int velocityIterations, int positionIterations) 每一个world都会在其Step函数中进行物理运算求解，其需要三个变量。计算timeStep时间后的物理世界，velocityIterations速度求解次数修正，positionIterations位置求解次数。 每一个timeStep成为一个时间步，可以同等理解为Update中的一个detatime 首先，如果增加了新的夹具（if (HasNewContacts)），则会在ContactManager中去寻找新的接触点。然后世界会进入锁定状态（IsLocked = true;）该锁定状态会阻止任何夹具，物体，关节等的创建和销毁以防止物理系统受其影响。 第二、更新所有已有的接触点ContactManager.Collide(); 第三、对速度进行积分，求解速度约束，整合位置 第四、处理碰撞时间 第五、启用受力清理，解锁世界 详细原理可以参照知乎系列文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/109532468 在第一步骤中，会直接调用World.ContacManager.BroadPhase的BroadPhase.UpdatePairs去更新新的接触点。在BroadPhase中会存储一颗动态树DynamicTree，该树结构为平衡二叉树用以处理AABB检测以及射线检测。BroadPhase中的pairs存储相交记录，在UpdatePairs中会去查询树中的AABB然后对pair进行回调。 关于BroadPhase:物理系统会在碰撞处理之前进行碰撞检测，而如果进行完全的碰撞检测需要对所有物体两两之间进行遍历，效率为N^2。因此提出了BroadPhase的概念，在这一步中利用算法进行粗略的AABB检测，以快速筛选出那些物体有可能会发生碰撞。之后再进入到NarrowPhase阶段对这些可能碰撞的物体按照划分区域，每个区域进行N^2遍历检测。 Box2D中的BroadPhase通过DynamicTree实现检测原理，并通过移动缓冲区(m_moveBuffer)和pair缓冲区（m_pariBuffer）来维护碰撞关系。 在第二步中，主要实现碰撞处理。分为计算接触点其中ContacManager会使用一个List来维护存储所有的Contact。 计算接触点：1、遍历所有的接触点并分别进行判断（1）如果接触点所属的两个Body不会发生碰撞个，或者接触点所属的两个夹具不会发生碰撞，或者两个夹具的代理在经过BroadPhase的AABB重叠检测后没有发生重叠，则删除该碰撞点 （2）如果接触点发生了碰撞，则更新改点的监听。在监听中会进行碰撞前的预处理工作。 形状间实现碰撞，必须两个碰撞形状中至少有一个形状要有体积，而链形状每条边都被看作一个边缘形状，此时我们只要实现圆形、多边形、边缘三个具体形状间的碰撞，因为边缘形状没有体积，故不存在边缘与边缘之间的碰撞。剩下还有边缘和圆，边缘和多边形，圆和圆，圆和多边形，多边形和多边形等这5种，我们将这5中分成如下三类： 具体实现原理可以参照博客：https://blog.csdn.net/cg0206/article/details/8441463?spm=1001.2014.3001.5502 1、 边缘形状有关的碰撞。即边缘与圆，边缘与多边形2、 圆形形状有关的碰撞。即圆和圆，圆和多边形3、 多边形形状有关的碰撞。即多边形和多边形 在第三步中，会重构所有岛屿，对速度进行积分，求解速度约束，整合位置。具体步骤分为：1、清除所有物体、接触点、关节的岛屿标志，并初始化岛屿。2、将BodyList中的第一个Body push到stack中并对于其约束图进行DFS搜索，并对其所有body、contact、contactedge进行岛屿标记island.Add。3、进行岛屿碰撞求解 4、进行下一个body 在第四步中，会处理碰撞时间。其形式也为创建一个Island然后进行过求解。其另一主要工作是防止隧穿效应，如果想要尽可能的防止该类事件发生则要把需要的物体设置为bullet。 关于两个物体是否碰撞的判断：1、通过两物体的aabb，判断是否重叠。2、通过GJK算法算出两物体间的距离，根据距离判断是否碰撞 3、通过SAT分离轴算法看是否能找出两物体间的分离轴，如果找得出就没有碰撞，找不出则碰撞。 最后，第五步。清除在当前步骤中所有施加的力，然后解锁世界。 对Box2D进行物理快照主要目的是为了进行帧同步的预测回滚操作。 主要思路：备份整个物理世界。 需要注意的是，物理世界中所有的类之间都存在相互引用关系，如果要备份所有对象无法使用序列化等方法。在其他物理系统的快照中，主要方法也是以存储所有物体的字典为主。 做快照时先捋清楚整个世界的物体关系：Box2d为Body，ContactManager。根据1.1 基础信息中的图示：其主要关键点在于，对于所有引用类型的对象来说，那些需要new，那些需要根据原世界对应关系去在快照世界中查表重现这些关系。 1、new world 2、拷贝world所有值类型变量 3、构建Body列表并一一对应new body，并构建body并拷贝所有的值类型变量 4、构建所有Body中的Fixture，并拷贝所有值类型变量，并把其中的body指针一一指对。并记录下所有的Fixture 5、拷贝Body中的所有Fixture中的FixtureProxy 6、构建ContactManager 7、构建ContactManager中的所有Contact 8、构建Contact中的ContactEdge的Contact和Node 9、构建BroadPhase 10、构建DynamicTree 回滚时需要注意的点：对于很多数据类型中都有Object UserData，这些是存储用户数据内容。需要明白每一个Object 具体存了对于那些内容的引用。一般来说这部分只需要进行引用拷贝即可，然后恢复其引用地址存储对象的对应关系。譬如
//以下为伪代码
world oldWorld；
world newWorld;
//此时oldWorld中有一个Body的Object UserData存储的是游戏中一个物体的RigidBody，该RigidBody也存储了对于该世界中改Body的引用指针
oldWolrd.body.userData = RigidBody;
//RigidBody结构
public class RigidBody
{
public Body bd;
bd = setBody();//此时bd = oldWolrd.body
}
//那么进行备份时需要
newWorld.body.userData = oldWolrd.body.userData；
//进行回滚时需要
if(newWorld.body.userData.getType() == new RigidBody.getType())
{
var dt = newWorld.userData as RigidBody;
dt.bd = newWorld.body;
}
可以考虑对于AABB诸如此类，大批量重复计算的函数，或者遇到的for循环进行SIMD指令集优化，或者采用jobsystem + burst加速。 Box2DSharp版本也采用了LInkedList以及ArryPool进行了创建销毁、查找的优化。 对于快照来说-可以减少其备份的数据。仅备份关于物体的变化的遍历，譬如对于很多bool或者类似于一个世界的重力，根据项目的需求可以酌情备份。 如果不考虑完美回溯的话，可以仅备份Body列表即可，然后通过ContactManager进行Contact的重新生成。 