在现代游戏开发中，物理模拟是提高游戏真实感和互动性的关键因素之一。游戏引擎中的物理引擎负责处理物体运动、碰撞反应、刚体动力学等复杂物理现象，为玩家带来更加沉浸式的游戏体验。本文将聚焦于实时物理模拟的几个核心算法，详细介绍其原理及在游戏引擎中的应用。
刚体动力学是研究刚体在力和力矩作用下的运动规律的学科。在游戏引擎中，刚体通常用于模拟汽车、角色骨骼等不发生变形的物体。
刚体动力学主要包括线性运动和旋转运动两部分。线性运动通过牛顿第二定律（F=ma）计算加速度和速度，而旋转运动则通过角动量守恒定律来处理。为了实现实时模拟，游戏引擎通常会采用数值积分方法，如欧拉积分、龙格-库塔法等，来迭代更新刚体的状态。
// 示例代码：欧拉积分更新刚体位置
position += velocity * deltaTime;
velocity += acceleration * deltaTime;
质点-弹簧系统是一种简单而有效的模拟软体物理现象的方法，如布料、头发等。在该系统中，物体被表示为一系列通过弹簧相连的质点。
弹簧的伸缩和弯曲会产生内部力，这些力通过胡克定律计算得出，并作用于质点上。质点-弹簧系统的动态行为通过求解质点受力的微分方程来实现，通常使用迭代方法如位置基动力学（Position-Based Dynamics, PBD）来近似求解。
// 示例代码：质点-弹簧系统更新质点位置
for (int i = 0; i < numParticles; i++) {
Vector3 force = calculateSpringForce(particles[i]);
particles[i].position += force * deltaTime;
}
碰撞检测是游戏物理引擎中的另一个重要方面。它负责确定两个或多个物体是否发生接触，并计算碰撞后的反应。
常见的碰撞检测方法包括边界盒（Axis-Aligned Bounding Box, AABB）、包围球（Bounding Sphere）和层次细节包围体（Bounding Volume Hierarchies, BVH）。为了处理复杂的形状，游戏引擎还会使用多边形网格进行精确碰撞检测。碰撞反应则通过动量守恒定律来计算，确保碰撞后的物体运动符合物理规律。
// 示例代码：AABB碰撞检测
if (aabb1.intersects(aabb2)) {
handleCollision(aabb1, aabb2);
}
实时物理模拟是游戏引擎中的一项复杂而重要的技术。通过刚体动力学、质点-弹簧系统和碰撞检测等核心算法，游戏引擎能够模拟出逼真的物理现象，为玩家带来更加丰富和真实的游戏体验。随着计算机硬件和软件技术的不断进步，实时物理模拟的性能和精度将持续提升，为游戏开发带来无限可能。