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36b1fc0566
通用图元（线/箭头四翼头/球/胶囊/盒）瞬时+持久双缓冲聚合； 物理 pass 画刚体速度/重力/接触反力；角色 collider 与力学 线归位（引擎只画资产、脚本画行为）；线宽按设备上限钳制
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11 KiB
C++
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// PhysicsWorld：物理世界门面（Jolt 后端）。
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// 镜像 SceneRenderer 的单向数据流：
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// SyncScene（读 ECS 对账 body）→ PhysicsSystem::Update → Writeback（动态体 → Transform 标脏）
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// 定步长 accumulator（1/60，最多 4 子步，积压丢弃防螺旋死亡）。
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// 分层约束：
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// - 组件层（Components.h）零 Jolt 依赖：bodyId 存 JPH::BodyID 裸位模式
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// - App/编辑器只经 Application::GetPhysics() 访问开关，不接触 Jolt 头
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// 可扩展路线（本门面是唯一入口，feature 各自分文件演进，禁止互相耦合）：
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// 软体/布料 → Jolt SoftBodySharedSettings/SoftBodyCreationSettings（原生支持），
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// 扩展为 SyncSoftBodies/WritebackSoft（网格引用走 AssetRef）
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// 角色控制器 → CharacterVirtual（运动学扫掠，非刚体，独立 Controller 类持有）
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// 载具控制器 → VehicleConstraint（挂动态刚体 chassis 上，独立 Controller 类）
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// 碰撞事件 → ContactListenerImpl（本类嵌套，已实现）+ GetEvents 帧尾队列
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// 射线查询 → BodyInterface::RayCast 门面（编辑器拾取/游戏查询）
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#ifndef HELLOVULKAN_PHYSICSWORLD_H
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#define HELLOVULKAN_PHYSICSWORLD_H
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#include <Engine/Core/Types.h>
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#include <Engine/Physics/PhysicsDebugDraw.h>
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#include <Engine/Physics/PhysicsEvents.h>
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#include <Engine/Physics/PhysicsRay.h>
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#include <Engine/Physics/CharacterController.h>
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#include <Engine/ECS/Components.h> // BodyRecord 快照存 CompoundChild（完整类型）
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#include <Jolt/Jolt.h>
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#include <Jolt/Physics/PhysicsSystem.h>
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#include <Jolt/Physics/Body/BodyID.h>
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#include <Jolt/Physics/Constraints/Constraint.h> // JPH::Ref<Constraint>
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#include <Jolt/Core/JobSystemThreadPool.h>
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#include <Jolt/Core/TempAllocator.h>
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#include <glm/glm.hpp>
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#include <glm/gtc/quaternion.hpp>
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#include <mutex>
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#include <unordered_map>
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#include <unordered_set>
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#include <vector>
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namespace Engine {
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namespace ECS { class Scene; struct RigidBodyComponent; struct TransformComponent; }
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namespace Assets { class AssetManager; }
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class PhysicsWorld {
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public:
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// assets：Mesh 碰撞体解析 modelRef（MeshShape/ConvexHull 数据源）
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explicit PhysicsWorld(ECS::Scene& scene, Assets::AssetManager* assets);
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~PhysicsWorld();
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PhysicsWorld(const PhysicsWorld&) = delete;
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PhysicsWorld& operator=(const PhysicsWorld&) = delete;
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// 帧循环调用（OnUpdate 之前，Unity FixedUpdate→Update 语义）
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void Step(f32 dt);
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void SetEnabled(bool enabled) { m_Enabled = enabled; }
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bool IsEnabled() const { return m_Enabled; }
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// ---- 物理调试可视化（ImGui 开关；位掩码见 PhysicsDebugBits）----
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// Step 尾部按位收集图元（渲染帧率），Renderer 每帧上传绘制
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void SetDebugDrawBits(u32 bits) { m_DebugBits = bits; }
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u32 GetDebugDrawBits() const { return m_DebugBits; }
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PhysicsDebugFrame& GetDebugFrame() { return m_DebugDraw->Frame(); }
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// ---- 碰撞事件（语义 = 最近一次步进；Step 开头清空）----
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// 主线程在 Step 之外读取，与多线程回调互不重叠，无需加锁
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const std::vector<CollisionEvent>& GetEvents() const {
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return m_PendingEvents;
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}
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// ---- 射线查询（游戏查询/编辑器拾取；主线程调用，暂停时也可用）----
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// dir 会被内部归一化；maxDist 限制射程。命中返回 true 并填 outHit
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bool RayCast(const glm::vec3& origin, const glm::vec3& dir,
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f32 maxDist, RayHit& outHit) const;
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// ---- 刚体驱动（游戏逻辑/编辑器调试；按实体位模式寻址）----
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// Jolt 力在每步模拟后清零：游戏逻辑每帧持续施加 = 正确用法；
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// 冲量一次性改变动量（自动唤醒休眠体）；速度直写会打断自然
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// 模拟（Unity 同语义）。body 不存在或类型不符时静默忽略：
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// 力/扭矩/冲量仅动态体，速度直写动态+运动学体
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void AddForce(u32 entityBits, const glm::vec3& force);
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void AddImpulse(u32 entityBits, const glm::vec3& impulse);
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void AddTorque(u32 entityBits, const glm::vec3& torque);
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void SetLinearVelocity(u32 entityBits, const glm::vec3& velocity);
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void SetAngularVelocity(u32 entityBits, const glm::vec3& angularVelocity);
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// 无 body / 静态体返回零向量
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glm::vec3 GetLinearVelocity(u32 entityBits) const;
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// ---- 角色控制器（游戏逻辑门面；实体无 CharacterControllerComponent
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// 或未就绪时静默忽略）----
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// 速度直写喂意图（水平移动）；垂直分量由 Update 自动积分重力
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void SetCharacterVelocity(u32 entityBits, const glm::vec3& velocity);
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void Jump(u32 entityBits, f32 speed); // 垂直速度置 speed
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bool IsCharacterGrounded(u32 entityBits) const;
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glm::vec3 GetCharacterVelocity(u32 entityBits) const;
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// 角色脚底位置（物理权威世界坐标）：调试图元/特效锚点用它，
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// 而不是 Transform().GetPosition()——后者在有父级时是本地坐标
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glm::vec3 GetCharacterPosition(u32 entityBits) const;
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private:
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// 创建时缓存的参数（变更检测 → 重建 body）
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struct BodyRecord {
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JPH::BodyID id{};
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u8 type = 0; // RigidBodyComponent::BodyType
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u8 collider = 0; // RigidBodyComponent::ColliderType
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glm::vec3 colliderSize{0.0f}; // 碰撞体尺寸缓存（box 半尺寸）
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f32 radius = 0.0f; // 球/Capsule/Cylinder 半径（collider 决定语义）
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f32 halfHeight = 0.0f; // Capsule/Cylinder 圆柱段半高
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std::vector<ECS::RigidBodyComponent::CompoundChild> compound; // 子形状快照
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f32 mass = 0.0f;
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bool isTrigger = false; // 触发器标记（变更 → 重建 body）
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glm::vec3 lastPos{0.0f}; // 静态/运动体编辑器拖动检测
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glm::quat lastRot{1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f}; // 同上（quat 直比，无欧拉往返）
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// 加速度箭头用：上一步速度（定步长差分）与平滑后的加速度
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glm::vec3 prevVel{0.0f};
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glm::vec3 lastAccel{0.0f};
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};
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void SyncScene(); // 对账：孤儿清理 / 创建 / 参数同步
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void Writeback(); // 动态体 → TransformComponent（标脏）+ lastPos/lastRot 对账基线
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void UpdateAccels(f32 dt); // 速度差分 → BodyRecord.lastAccel（step 率）
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void CollectDebugData(); // 按 m_DebugBits 收集调试图元（渲染帧率）
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void CreateBody(u32 entityBits, ECS::RigidBodyComponent& rb,
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ECS::TransformComponent& tr);
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// 约束对账：owner 孤儿清理 / body 重建传染失效 / 建缺失与变更重建
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// invalidated = 本帧 SyncScene 中被销毁或重建 body 的实体位模式
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void SyncConstraints(const std::unordered_set<u32>& invalidated);
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void CreateConstraint(u32 ownerBits, u32 targetBits,
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const ECS::JointComponent& jc);
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void RemoveConstraint(u32 ownerBits);
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// 角色对账：孤儿清理 / 参数变更重建 / 编辑器拖动传送。
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// 角色非刚体（不进 PhysicsSystem），无 body 清理负担
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void SyncCharacters();
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// 每物理步（PhysicsSystem::Update 之后，Jolt 官方建议序）：
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// 重力积分 + 扫掠 → 写回 TransformComponent（标脏）
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void UpdateCharacters(f32 dt);
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// Mesh 碰撞体：实体视觉网格 → Jolt 形状（Static=MeshShape /
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// Dynamic=ConvexHull）。无 MeshRenderer 或构建失败返回 null（回退 Box）
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JPH::RefConst<JPH::Shape> BuildMeshShape(u32 entityBits,
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ECS::RigidBodyComponent& rb,
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ECS::TransformComponent& tr);
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// Compound 碰撞体：子形状列表 → Jolt StaticCompoundShape。
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// 空 children 或构建失败返回 null（回退 Box）
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JPH::RefConst<JPH::Shape> BuildCompoundShape(ECS::RigidBodyComponent& rb,
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ECS::TransformComponent& tr);
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void RemoveBody(u32 entityBits);
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const BodyRecord* FindRecord(u32 entityBits) const; // 刚体驱动寻址
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CharacterController* FindCharacter(u32 entityBits); // 角色门面寻址
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void QueueEvent(CollisionEvent&& ev); // 回调线程 append（多线程并发，加锁）
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bool TryBitsByBodyId(const JPH::BodyID& id, u32& outBits) const;
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// ---- 约束（JointComponent → Jolt TwoBodyConstraint；owner 实体寻址）----
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// target 惰性解析 UUID；body 重建/销毁 → 引用它的约束失效重建
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struct ConstraintRecord {
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JPH::Ref<JPH::Constraint> constraint;
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ECS::JointComponent snapshot; // 变更检测 → 移除重建
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u32 targetBits = 0;
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};
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std::unordered_map<u32, ConstraintRecord> m_Constraints;
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// ---- 角色（entityBits → CharacterVirtual 封装）----
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struct CharacterEntry {
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std::unique_ptr<CharacterController> cc;
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glm::vec3 lastPos{0.0f}; // 编辑器拖动检测
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};
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std::unordered_map<u32, CharacterEntry> m_Characters;
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ECS::Scene& m_Scene;
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Assets::AssetManager* m_Assets = nullptr; // Mesh 碰撞体解析 modelRef
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bool m_Enabled = true;
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f32 m_Accumulator = 0.0f;
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// 层配置实现类在 cpp；接口必须比 PhysicsSystem 活得久
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Scope<JPH::BroadPhaseLayerInterface> m_BPLayerInterface;
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Scope<JPH::ObjectVsBroadPhaseLayerFilter> m_ObjectVsBPLayerFilter;
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Scope<JPH::ObjectLayerPairFilter> m_ObjectVsObjectLayerFilter;
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Scope<JPH::TempAllocator> m_TempAllocator;
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Scope<JPH::JobSystem> m_JobSystem;
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Scope<JPH::PhysicsSystem> m_System;
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std::unordered_map<u32, BodyRecord> m_Bodies; // entity 位模式 → body
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// BodyID 序号 → entity 位模式（O(1) 反查；ContactListener 回调用）
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// 与 m_Bodies 同生共死：CreateBody 同插，RemoveBody/孤儿清理同 erase。
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// 主线程在 SyncScene 写、Step 内 Update 阶段不写 → 回调线程只读，无需加锁
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std::unordered_map<u32, u32> m_BodyToEntity;
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// ---- 碰撞事件收集（多线程回调入队，主线程消费）----
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class ContactListenerImpl; // cpp 定义（JPH::ContactListener 派生）
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Scope<ContactListenerImpl> m_ContactListener;
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std::mutex m_EventMutex; // 保护 m_PendingEvents（回调并发）
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std::vector<CollisionEvent> m_PendingEvents; // 最近一次步进的事件
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// ---- 物理调试可视化 ----
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// 堆上延迟构造：DebugRendererSimple 构造即预烘焙通用几何（走 JPH
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// 分配器），必须等 ctor 内 call_once 注册完分配器，见 PhysicsWorld.cpp
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Scope<PhysicsDebugDraw> m_DebugDraw; // Jolt 全局调试渲染后端（收集器）
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u32 m_DebugBits = 0; // PhysicsDebugBits（默认关，StatsPanel 开关）
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};
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} // namespace Engine
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#endif //HELLOVULKAN_PHYSICSWORLD_H
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