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XFixedPoint 定点数学与物理仿真库

[TOC]

English Documentation | English Version

.NET Standard 2.1 License: MIT

项目简介

XFixedPoint 是一个基于 .NET Standard 2.1 的生产级定点数数学与物理仿真库，致力于：

  • 确定性
  • 高性能
  • 功能完备
  • 易用性

特性

  • 核心类型 XFixed：64.32 位定点表示，支持加/减/乘/除、比较、转换
  • 数学函数 XFixedMath：Newton 迭代开方、CORDIC 三角、Exp/Log、Lerp/Clamp/Min/Max
  • 向量与矩阵：FixedVector2/3/4、FixedQuaternion、FixedMatrix4x4 全面支持变换与插值
  • 物理仿真：FixedRigidbody 积分 + AABB/Sphere/OBB 碰撞（SAT）+ 弹性冲量响应
  • 网络同步：Snapshot、InputBuffer、RollbackSystem 实现确定性回滚
  • 辅助工具：定点随机数、FixedTime 管理、FixedDebugger 误差统计
  • 全面测试：xUnit 单元测试覆盖所有核心功能

项目结构

XFixedPoint/                         ← 项目根目录
│
├─ Core/                              ← 核心定点类型与算术
│   ├─ XFixedConstants.cs             ← 位宽、ONE、EPS 等常量
│   ├─ XFixed.cs                      ← `XFixed` 结构体与基本转换
│   ├─ XFixedArithmetic.cs            ← 加/减/乘/除 实现
│   ├─ XFixedComparison.cs            ← 比较运算、接口实现
│   └─ XFixedMath.cs                  ← Sqrt、Sin/Cos/CORDIC、Exp/Log、辅助函数
│
├─ Vectors/                           ← 定点向量
│   ├─ XFixedVector2.cs
│   ├─ XFixedVector3.cs
│   └─ XFixedVector4.cs
│
├─ Quaternions/                       ← 定点四元数
│   ├─ XFixedQuaternion.cs
│   └─ XFixedQuaternionOps.cs
│
├─ Matrices/                          ← 4×4 定点矩阵
│   └─ XFixedMatrix4x4.cs
│
├─ Physics/                           ← 物理仿真
│   ├─ FixedRigidbody.cs
│   ├─ FixedCollider.cs
│   ├─ Collision/
│   │   ├─ AABBCollider.cs
│   │   ├─ SphereCollider.cs
│   │   └─ OBBCollider.cs
│   └─ PhysicsSystem.cs
│
├─ Networking/                        ← 快照与回滚
│   ├─ Snapshot.cs
│   ├─ InputBuffer.cs
│   └─ RollbackSystem.cs
│
├─ Utilities/                         ← 辅助工具
│   ├─ XFixedRandom.cs
│   ├─ XFixedTime.cs
│   └─ XFixedDebugger.cs
│
└─ Tests/                             ← xUnit 单元测试
    ├─ CoreTests/
    ├─ VectorTests/
    ├─ QuaternionTests/
    ├─ MatrixTests/
    ├─ PhysicsTests/
    ├─ NetworkingTests/
    └─ UtilitiesTests/

模块概览

  • Core：64.32 位定点 XFixed，XFixedArithmetic、XFixedComparison、XFixedConstants、XFixedMath
  • Vectors：2D/3D/4D 向量运算
  • Quaternions：四元数旋转、SLERP、欧拉角互转、矩阵
  • Matrices：4×4 矩阵变换
  • Physics：刚体积分、AABB/Sphere/OBB 碰撞、冲量响应
  • Networking：Snapshot、InputBuffer、RollbackSystem
  • Utilities：LCG 随机数、定点时间、误差调试

快速开始

using XFixedPoint.Core;
using XFixedPoint.Vectors;
using XFixedPoint.Quaternions;
using XFixedPoint.Physics;

// 核心算术
var a = XFixed.FromDouble(1.25);
var b = XFixed.FromDouble(2.5);
var c = a * b;                     // 3.125
Console.WriteLine(c);              // "3.125"

// 向量旋转
var v = new XFixedVector3(a, XFixed.Zero, XFixed.One);
var axis = new XFixedVector3(XFixed.Zero, XFixed.Zero, XFixed.One);
var q = XFixedQuaternion.FromAxisAngle(axis, XFixed.FromDouble(Math.PI/2));
var rotated = q.Rotate(v);

// 物理仿真
var phys = new PhysicsSystem { Gravity = FixedVector3.FromFloat(0, -9.81f, 0) };
var body = new FixedRigidbody { Mass = XFixed.FromDouble(1.0) };
var sphere = new XFixedPoint.Physics.Collision.SphereCollider(XFixed.FromDouble(0.5));
phys.AddBody(body, sphere);
phys.Step(XFixed.FromDouble(1.0/60.0));

示例项目

请参阅 Samples/（计划中）获取 Unity 与控制台示例。

欢迎性能优化、纯定点算法、新碰撞形状、文档改进等各类贡献！