物理学中的数据类型

Question

我目前正在设计一个涉及一些物理学的程序（没有太高深的内容，只是几个球互相碰撞）

在C#中，我可以使用哪种最精确的数据类型来表示位置（不会有离散跳跃的感觉）？

此外，我可以在t和t + 1之间获得多少最小时间？一个tick吗？

编辑：澄清一下：C#中最小的时间单位是什么？[TimeSpan].Tick？

- Juan Manuel

Answer 1

在.Net中，decimal将是您在位置方面可以使用的最精确的数据类型。我会为位置编写一个类：

public class Position
{
    decimal x;
    decimal y;
    decimal z;
}

关于时间，您的处理器无法提供比一个时钟周期更小的时间单位。

听起来像是一个有趣的项目！祝你好运！

- Tyler

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-1：在任何3D游戏计算中，小数很少使用，因为它们太慢了。使用由3个浮点数构建的向量类，您就可以轻松完成所有操作。 - Jon Tackabury

+1：对于实数类型，十进制是最精确的，这也是所要求的。 - Rusty

Answer 2

根据您的需求，精确但不一定是最佳选择的数据类型是十进制数据类型。通常，Direct3D和GPU使用32位浮点数以及3个向量（总计96位）来表示x，y，z位置。

这通常会提供足够的精度，除非您需要在同一个“世界”中混合大规模（行星）和微观水平（篮球）。

不使用十进制的原因可能是大小（4倍），速度（数量级更慢）以及没有三角函数可用（据我所知）。

在Windows上，QueryPerformanceCounter API函数将为您提供最高分辨率时钟，QueryPerformanceFrequency则提供计数器的频率。我相信在其他评论中描述的Stopwatch将此包装在.net类中。

- mashi

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+1：在D3D中，使用三个浮点数构建向量是非常标准的。除非需要更高的精度，否则不建议使用小数，但如果只是一个游戏，就不必担心这个问题。 - Jon Tackabury

Answer 3

除非你在做火箭科学，否则十进制数是完全不必要的。虽然它可能会给你更精确的位置，但它并不一定会给你更精确的速度，因为它是一个固定点数据类型，因此其范围比浮点数或双精度浮点数小得多。

使用浮点数，但保持开放态度，以便在精度成为问题时转向双精度浮点数。

- Mike F

Answer 4

我会使用矢量数据类型。就像在物理学中，当您想要模拟对象的移动时，您使用向量。使用Vector2或XNA框架中的Vector3类，或者自己编写Vector3结构体来表示位置。Vector2用于2D，而Vector3用于3D。 TimeSpan结构体或Stopwatch类是计算时间变化的最佳选择。如果我必须推荐，我会使用Stopwatch。

- Dale Ragan

Answer 5

嘿，Juan，我建议你像其他人建议的那样使用Vector3类，因为它易于使用，并且最重要的是 - 支持你需要的所有操作（如加法，乘法，矩阵乘法等...）而无需自己实现。 如果你对如何进行有任何疑问 - 继承它，稍后你总是可以更改内部实现，或者与vector3断开连接。

此外，不要使用比float更不准确的东西 - 所有处理器现在运行得足够快，以至于比整数更准确（除非它是为移动设备设计的，但即使在那里...） 使用小于float的值会很快失去精度，并且最终会出现跳跃的旋转和平移，特别是如果您计划使用多个矩阵/四元数乘法。

- Adi

Answer 6

我不确定我理解你上一个问题的意思，能否请你澄清一下？

编辑：

我可能还是不太明白，但是你可以使用任何类型（例如double）来表示时间（如果你实际想要表示物理问题中时间的离散化，那么tick就无关紧要了）。对于大多数物理问题，double应该足够了。

tick是使用计算机测量时间时可以达到的最佳精度。

- OysterD

Answer 7

我认为你应该可以毫无问题地使用十进制数据类型。它具有最高的精度。然而，双精度数据类型也应该可以胜任。

是的，据我所知，滴答是最小的时间单位（使用System.Diagnostics.Stopwatch类）。

- JAtkinson

Answer 8

对于模拟，最好使用十进制/双精度（与位置相同的类型）来表示无量纲时间，并在输入/输出时将其转换为/自有意义。否则，当你移动东西时，你会执行大量的强制转换操作。这种方式还可以获得任意精度，因为你可以选择所需的时间尺度大小。

- dmo