在2D物理模拟（Java）中重叠的实体

Question

我用Java编写了一个程序，各个圈子可以相互跳动并相互吸引。

在大多数情况下（屏幕上没有几个圆圈），没有明显的错误。 当屏幕上有大量圆圈时，该问题开始发生。 有时，如果过于拥挤，圆圈会重叠。 好像所有其他圆的重量都将圆压在一起，导致它们重叠。 当然，该程序对圆的重量一无所知，因此它并不是真正的粉碎。 最有可能的是，解决冲突的逻辑无法处理拥挤的情况。

圆存储在数组中，每个圆都使用for循环遍历数组，并将其与其他圆进行比较。 如果此圆的中心与另一个圆的中心之间的距离小于其半径之和，则这些圆会发生碰撞。 两个圆的速度使用碰撞方程进行更新。

我认为出现问题是因为如果一个圆被包围，它可能会在其后的圆中接收到更新的速度，而其后的圆也可能会在前一个圆中接收到更新的速度。 换句话说，即使两个圆圈已经接触，它们也会被告知彼此相向移动。 一旦它们以这种方式重叠，我不知道为什么他们不撤消它们的重叠。

我尝试通过找到重叠的距离，然后将它们彼此分开，来恢复它们是否重叠的感人场景。 每个都移动一半的重叠距离。 这不会改变圆的速度，只会改变其位置。

这仍然不能解决问题。 如果圆被包围，并且与相邻的一个圆重叠，则其位置将更改为不重叠，但是此新位置可能导致其与另一个圆重叠。 同样的问题。

如果没有重力将这些圆推到一起，它们最终将散开并解决其重叠的问题，但是重力阻止了这种情况的发生。

更多信息：

计算碰撞后的新速度时，不会考虑重力。

Answer 1

在这两种情况下，听起来您对导致问题的原因的预感都是正确的。

不幸的是，没有简单的方法可以解决此问题-这在很大程度上意味着从头开始重写整个碰撞检测和解决方案代码。 您必须计算出第一次碰撞的确切时间，仅更新到目前为止的所有内容，解决碰撞（进行速度更新），然后计算出下一次碰撞的确切时间，然后重复...

写一个好的物理引擎很困难，这有充分的理由说明市场上有很多关于这个主题的教科书！

解决您问题的廉价“解决方案”是缩短更新时间间隔-例如，不要以33ms的步长（〜30fps）更新物理，而是尝试以16ms的步长（〜60fps）更新物理。 这不会阻止该问题，但是会减少发生的可能性。 将时间减半可以使处理器花费在物理更新上的时间加倍！

如果使用廉价修复程序，则最适合您的时间步长将由发生冲突的频率决定-冲突次数越多，时间步长就越小。 发生碰撞的频率基本上取决于圆圈趋向于移动的速度及其人口密度（给定区域的多少由圆圈填充）。

更新：有关“正确”方法的更多信息。

更新将如下所示：

1. 开始更新框架。 假设我们要更新到时间tF 。
2. 对于每对圆，请确定何时会发生碰撞（忽略所有其他圆）。 这次称为tC 。
3. 找出tC的最小值。 假设这是针对圆A和圆B之间的碰撞，我们将其称为碰撞cAB 。
4. 如果tC <= tF ，则更新所有圆圈直到时间tC 。 否则，请转到步骤6。
5. 解决碰撞cAB 。 返回步骤2！
6. 将所有圆圈更新为时间tF 。

如您所料，这可能变得非常复杂。 对于非圆形物体（尤其是一旦包含角动量等的物体时），第2步可能非常棘手（而且成本很高），尽管您可以在此处进行很多操作以加快速度。 基本上也不知道您将在步骤2和5之间循环多少次。

就像我说的那样，很难进行良好的物理模拟。 实时进行操作更加困难！