unity3d - 为什么计算机/游戏物理引擎通常是不确定的？

Question

多年来使用各种游戏物理引擎进行开发，我注意到在同一台机器上，我观察到两次运行之间物理模拟的结果大不相同。最近，团结引擎会这样做，即使物理是在设定的时间间隔 ( FixedUpdate ) 计算的——据我所知，它应该完全独立于帧速率。

我之前在游戏论坛上问过这个问题，被告知这是由于混沌运动造成的:参见双摆。但是，如果精确控制启动条件，即使双摆也是确定性的，对吗？在同一台机器上，浮点数学不应该以相同的方式运行吗？

我知道浮点数学准确性存在问题，但我理解这些问题(如 here 所述)在同一硬件上不是问题——浮点不准确性是否仍然是确定性的？我错过了什么？

tl;博士 :如果在同一台机器上运行模拟，使用相同的浮点数学(？)，模拟不应该是确定性的吗？

非常感谢您的宝贵时间。

Answer 1

是的，你是对的。在同一台机器上执行的程序每次都会给出相同的结果(至少在理想情况下——可能有 cosmic rays 或其他影响内存的外部事物，但我会说这些不是我们关心的)。计算机上的所有计算都是确定性的，因此计算机的所有算法都必然是确定性的(这就是 it's so hard to make random number generators 的原因)!

您看到的随机性很可能是在带有一些随机数生成器的程序中实现的，并且随机数的种子因运行而异。如果您使用相同的种子开始模拟，您将看到相同的结果。

编辑:我对 Unity 不熟悉，但做更多的研究似乎表明 FixedUpdate例程可能是问题所在。

Except for the audio thread, everything in unity is done in the main thread if you don't explicitly start a thread of your own. FixedUpdate runs on the very same thread, at the same interval as Update, except it makes up for lost time and simulates a fixed time step.

source

如果是这种情况，函数本身看起来有点像:

void physicsUpdate(double currentTime, double lastTime)
{
    double deltaT = currentTime - lastTime;
    // do physics using `deltaT`
}

这里我们自然会因为deltaT得到不同的行为两个不同的运行不一样。这是由后台运行的其他进程决定的，因为它们可能会延迟主线程。这个函数会被不规则地调用，你会从运行中观察到不同的结果。请注意，这些违规行为大多会不是 是由于浮点不精确，而是由于进行积分时的不准确。 (例如，速度通常由 v = a*deltaT 计算，它假设自上次更新以来的加速度恒定。这通常不是真的)。

但是，如果函数如下所示:

void physicsUpdate(double deltaT)
{
    // do physics using `deltaT`
}

每次使用它进行模拟时，您将始终获得完全相同的结果。