游戏中的数学:从坐标到可同步运动
第一卷以统一的数值、坐标与时间合同为基础,依次建立向量、变换、旋转、插值、曲线、运动、碰撞、相机与大世界快照;每章复用前章接口,最终得到可量化、可碰撞、可投影、可同步的移动体。
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游戏中的数学 01:坐标约定、单位制与数值误差
定义右手坐标系、米、秒、弧度和缩放误差合同,使后续向量、变换与同步共享同一套数值语义。
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游戏中的数学 02:位置、位移与向量语义
用三段可运行位移区分位置、位移、路程与方向,并把零向量归一化变成显式失败分支。
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游戏中的数学 03:点积、叉积与向量投影
用 360 个固定方向验证视野、左右侧和向量分解,把朝向判断收敛成可复算的点积与叉积合同。
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游戏中的数学 04:齐次变换与坐标系映射
用固定 TRS 矩阵和一万个种子点验证局部到世界再返回的残差,并锁定组合顺序与可逆条件。
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游戏中的数学 05:逆变换与层级重挂
以三层层级的重挂实验验证世界变换守恒,并使奇异缩放和病态逆矩阵在边界处显式失败。
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游戏中的数学 06:四元数旋转与单位模约束
用单位四元数的模长不变量约束旋转组合,并用一万次小旋转实测归一化前后的累计漂移。
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游戏中的数学 07:插值参数与旋转插值
把插值拆成参数、位置和值域合同,并用 101 个姿态样本对比 Nlerp 与 Slerp 的角步长方差。
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游戏中的数学 08:曲线参数化与弧长重参数化
用三次 Bezier 和弧长反查表证明等参数采样并非等距离运动,并以 100 段数据量化速度波动。
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游戏中的数学 09:位置函数的数值微分
从连续位置函数推导速度与加速度,用六档步长实测前向差分和中心差分的收敛误差。
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游戏中的数学 10:固定时间步与数值积分
用抛体和弹簧对比固定步长与欧拉积分器,量化 30/60/120Hz 位置误差和一万 Tick 能量漂移。
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游戏中的数学 11:最近点与有符号距离
从线段投影与有符号距离出发,用退化断言和 4941 个固定网格样本建立可复算的碰撞几何底座。
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游戏中的数学 12:射线求交与首个有效命中
用统一 Hit、球面回代、平面平行分支与 AABB slab,把拾取和前探测收敛为可验证的第一个正向命中。
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游戏中的数学 13:连续碰撞与首次接触时间
把圆半径并入墙体边界并求首次接触时间,用 400 组速度与墙厚样本量化离散检测的穿墙区间。
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游戏中的数学 14:透视投影与反投影
用透视投影与反投影射线做 10000 点回代,以亚像素残差和相机后方拒绝分支约束显示与拾取边界。
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游戏中的数学 15:大世界坐标与网络快照
以 Cell 加局部坐标、16 位量化和固定网络扰动收束全卷,给出大世界重构与快照插值的可复算误差预算。