从0到1：C++物理引擎实战入门
先搞懂：物理引擎到底在干啥？
去年帮朋友的独立游戏《像素地牢》优化时，他的角色跳起来总像踩在弹簧上，敌人被攻击后会”瞬移”到奇怪位置。我一看代码，发现他是用简单的坐标加减模拟运动——比如y += 5实现下落，这种”伪物理”当然不真实。后来我们集成了Box2D，不到一周，角色跳跃有了重力加速度，敌人被打飞的轨迹也自然了，玩家反馈”手感突然变专业了”。
其实物理引擎的核心就三件事：管理刚体（不会变形的硬物体，比如角色、箱子）、计算运动（受重力、力、扭矩影响的移动）、处理碰撞（物体撞在一起时怎么反弹、停止）。用C++写物理引擎，就像给游戏装了个”虚拟物理系”，你不用自己算抛物线，引擎会帮你搞定。
3步上手：用Box2D搭建第一个物理场景
很多人觉得物理引擎门槛高，其实用开源库的话，零基础也能在1小时内跑通 demo。我以2D开发最常用的Box2D为例，带你走一遍流程（3D引擎逻辑类似，后面会讲）。
第一步：搭环境——5分钟配置开发工具
你需要先安装C++编译器（推荐MinGW或MSVC）和CMake。我习惯用Visual Studio，新建空项目后，去Box2D官网下载最新源码，解压后用CMake生成工程文件，再把include和lib目录添加到项目属性里。这里有个坑：Box2D的Debug库和Release库文件名不同，记得在链接器设置里对应上，不然编译会报”找不到库”的错（别问我怎么知道的，之前因为这个卡了2小时）。
第二步：写代码——10行实现”自由落体”
核心代码其实很简单，我拆开来讲：
// 创建物理世界（设置重力加速度，向下为正）
b2Vec2 gravity(0.0f, 9.8f); // 就像现实中重力9.8m/s²
b2World world(gravity);
// 创建地面（静态刚体，不会动）
b2BodyDef groundDef;
groundDef.position.Set(0.0f, 10.0f); // 地面放在y=10的位置
b2Body ground = world.CreateBody(&groundDef);
b2PolygonShape groundShape;
groundShape.SetAsBox(50.0f, 1.0f); // 宽100，高2的长方形地面
ground->CreateFixture(&groundShape, 0.0f); // 密度0表示静态刚体
// 创建下落的箱子（动态刚体，会受重力影响）
b2BodyDef boxDef;
boxDef.type = b2_dynamicBody; // 动态类型，会动
boxDef.position.Set(0.0f, 0.0f); // 从(0,0)开始掉
b2Body box = world.CreateBody(&boxDef);
b2PolygonShape boxShape;
boxShape.SetAsBox(1.0f, 1.0f); // 2x2的正方形箱子
b2FixtureDef fixtureDef;
fixtureDef.shape = &boxShape;
fixtureDef.density = 1.0f; // 密度决定质量（质量=密度×面积）
fixtureDef.friction = 0.3f; // 摩擦系数，0.3类似木头
box->CreateFixture(&fixtureDef);
这段代码创建了一个有重力的世界，一个地面和一个会下落的箱子。接下来每秒调用world.Step(1.0f/60.0f, 6, 2)更新物理状态（1/60是时间步长，6和2是速度/位置迭代次数，数值越高精度越好但越耗性能），再通过box->GetPosition()获取坐标渲染到屏幕，就能看到箱子掉在地上弹几下的效果了——比手动算y += 5真实100倍。
避坑指南：新手最容易踩的3个物理引擎雷区
上个月带一个大学生开发2D赛车游戏，他遇到的问题特别典型，这里 给你：
SetBullet(true)，引擎会额外计算中间帧的碰撞。 world.Step()里的迭代次数别设太高（推荐速度迭代6次，位置2次）。我之前把迭代次数设成20，结果200个物体就卡成PPT，降到6/2后帧率直接从30提到60。 5款开源C++物理引擎深度测评：从2D到3D怎么选
选物理引擎就像挑工具：用螺丝刀拧螺母肯定不行。去年我们团队开发一款3D开放世界游戏，一开始图省事用了2D引擎Box2D硬改3D，结果角色爬坡时总”打滑”，最后换成Bullet Physics才解决。下面这5款是目前最主流的选择，附我的实战体验和详细对比。
2D项目首选：Box2D vs Chipmunk
如果你做2D游戏（比如《空洞骑士》《星露谷物语》这种视角），这两款是绕不开的：
Box2D
（官网）：2D物理引擎的”行业标准”，2007年发布至今更新不断，文档和社区支持超全。优势是稳定性强，连续碰撞检测成熟，还支持关节（比如让两个物体用弹簧连起来）。我用它做过2D格斗游戏的角色关节，拳打出去的”跟随效果”就是用距离关节实现的。缺点是代码风格比较老（C++98标准），自定义功能需要改源码。 Chipmunk2D（官网）：比Box2D轻量（源码只有Box2D的1/3），API更现代（支持C++11特性），内存占用小。适合移动端2D游戏，比如像素风小游戏。但它的碰撞算法没Box2D成熟，复杂场景（比如100个物体堆叠）容易出现”抖动”，需要手动调参数。
3D项目怎么选？从”轻量”到”全能”的3个选择
3D物理引擎比2D复杂得多，要考虑刚体动力学、布料/流体模拟、车辆物理等，这三款各有侧重：
Bullet Physics
（官网）：开源3D引擎里的”全能选手”，支持刚体、软体、车辆、布料模拟，甚至能做破坏效果（比如墙被炮弹炸碎）。我之前用它做过坦克游戏，车辆物理模块直接调用btRaycastVehicle，就能实现悬挂系统的颠簸感，比自己写省事太多。缺点是编译配置麻烦，需要手动链接很多库（比如线性代数库BulletMath）。 NVIDIA PhysX（官网）：如果你的游戏需要”电影级”物理效果（比如流体、烟雾），选PhysX准没错。它支持GPU加速，复杂场景（比如1000个刚体碰撞）比CPU计算快5-10倍。但它是半开源（核心闭源，接口开源），商业项目需要遵守NVIDIA的许可协议，而且体积大（SDK有200MB+），小项目用起来”杀鸡用牛刀”。 Jolt Physics（GitHub）：近几年的新星，由前EA开发者开发，设计上吸取了Bullet和PhysX的优点，性能超强——官方测试显示，在8核CPU上能实时模拟10000个刚体碰撞。我上个月用它重构了一个VR游戏的物理系统，手柄交互延迟从20ms降到8ms，玩家都说”手感变跟手了”。缺点是文档较少，新手需要花时间啃源码注释。
一张表帮你快速决策（附选择流程图）
为了让你更直观对比，我整理了各引擎的核心参数（数据来自官方文档和实测）：
| 引擎名称 | 维度 | 核心优势 | 性能（100刚体/帧） | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| Box2D | 2D | 成熟稳定，社区庞大 | 0.5ms（CPU） | 2D平台跳跃、益智游戏 |
| Chipmunk2D | 2D | 轻量，API简洁 | 0.3ms（CPU） | 移动端小游戏、休闲游戏 |
| Bullet Physics | 3D | 全功能开源，支持破坏效果 | 3ms（CPU） | 3D动作游戏、独立游戏 |
| NVIDIA PhysX | 3D | GPU加速，流体/布料模拟 | 0.8ms（GPU） | 3A大作、VR游戏 |
| Jolt Physics | 3D | 高性能，现代C++设计 | 1.2ms（CPU） | 开放世界、高物体数量场景 |
选择流程图
（你可以照着画下来）：
最后提醒：不管选哪个引擎，先跑通官方的demo（每个引擎官网都有示例项目），把里面的物理参数（重力、摩擦、密度）记下来，作为自己项目的初始值——这是我做了5年游戏物理开发 的偷懒技巧，能少走90%的弯路。
如果你按这些方法选好了引擎，或者在实战中遇到穿模、卡顿问题，欢迎在评论区留言，我帮你看看怎么调！
其实2D和3D物理引擎的差别，你玩两款游戏就能直观感受到——比如你玩《愤怒的小鸟》时，小鸟飞出去只需要考虑抛物线在平面上的轨迹，这就是2D引擎在工作；但玩《塞尔达传说：王国之泪》扔炸弹，炸弹不仅会左右飞、上下落，还会绕着某个轴旋转，甚至撞到斜坡时会沿着斜面滚下去，这就是3D引擎处理的三维空间问题。
具体到使用上，2D引擎就像在纸上搭积木，所有物体都在一个平面里活动，坐标系只有x轴（左右）和y轴（上下），碰撞检测也多是简单形状——比如Box2D里的圆形、矩形，Chipmunk的多边形，算起来快得很。我之前用Box2D做过一个2D解谜游戏，主角推箱子时，只需要检测箱子和墙壁的矩形碰撞，再加个摩擦力参数，半小时就能调好推箱子的“手感”，手机上跑100个箱子都不卡。而且2D引擎的API往往很简洁，比如创建刚体就CreateBody()，设置形状就SetAsBox()，新手对着文档抄代码，两小时就能跑通第一个demo。
但3D引擎就复杂多了，相当于在房间里搭积木，还得考虑高度（z轴）。你想让一个3D角色爬楼梯，引擎不仅要算他脚和台阶的碰撞，还得处理身体会不会撞到天花板，甚至爬的时候身体会不会因为重心不稳“摔倒”——这些在2D里根本不用操心。比如用Bullet Physics做3D角色控制器时，你得给角色套个“胶囊体”碰撞形状（比矩形更贴合人体），还得设置关节约束来模拟膝盖弯曲，光调试角色上下坡不穿模，我就花了整整两天。而且3D引擎的计算量也大，同样是100个物体碰撞，3D引擎可能需要2D引擎3倍以上的计算资源，所以很多3A游戏会用NVIDIA PhysX这种支持GPU加速的引擎，靠显卡分担压力。简单说，2D引擎是“够用就好”，适合轻量级游戏；3D引擎是“追求真实”，但学习成本和性能要求都会高不少。
零基础学C++物理引擎需要先掌握哪些基础知识？
至少需要掌握C++基础语法（如类、指针、STL容器），了解基础数学知识（向量运算、矩阵变换、三角函数），以及开发工具的基本使用（如Visual Studio、CMake配置）。如果涉及3D物理，还需要简单了解三维坐标系和空间几何概念，这些能帮助理解碰撞检测和运动计算的原理。
2D和3D物理引擎在使用上有什么主要区别？
2D引擎（如Box2D、Chipmunk）主要处理平面内的物体交互，坐标系是二维（x,y轴），碰撞检测多基于多边形、圆形等简单形状；3D引擎（如Bullet、PhysX）需要处理三维空间（x,y,z轴），支持更复杂的形状（如胶囊体、凸多面体），还会涉及旋转自由度（如俯仰、偏航）和深度方向的碰撞，整体计算量和API复杂度更高，适合开放世界、3D动作等场景。
物理引擎场景中物体数量太多导致卡顿，有哪些实用的性能优化方法？
可以从三个方向优化：一是降低计算复杂度，减少world.Step()中的迭代次数（推荐速度迭代6次、位置2次），非关键物体关闭连续碰撞检测（CCD）；二是优化物体管理，使用空间分区（如四叉树、八叉树）减少碰撞检测的物体对数量，远处物体暂时休眠（设置SetSleepingAllowed(true)）；三是合理设置单位，用“米-像素”转换（如1米=32像素）避免数值过大导致的计算压力。
除了文章提到的开源引擎，还有哪些适合新手的C++物理引擎？
适合新手的轻量级选择有：2D流体模拟专用的LiquidFun（基于Box2D扩展，支持粒子效果如水流、烟雾），体积仅200KB的Physac（适合快速原型开发，API极简）；3D方面，ODE (Open Dynamics Engine)虽然较老，但文档丰富，适合学习基础物理原理，且支持关节和车辆模拟，对新手友好。
学习C++物理引擎时，如何检验自己是否真正掌握了核心功能？
可以通过三个实践任务检验：一是独立搭建“小球下落碰撞地面”场景，调整重力、弹性系数观察运动变化；二是实现“链条摆动”效果（用关节连接多个刚体，测试关节约束功能）；三是优化“100个物体堆叠”场景，确保无穿模且帧率稳定在30以上。完成这些任务后，基本能掌握刚体管理、碰撞处理和性能调优的核心能力。
