pascal-Tiny.Sim：用Pascal构建的轻量级仿真框架

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摘要： Tiny.Sim：用Pascal构建的轻量级仿真框架项目概述 Tiny.Sim是一个用Object Pascal语言开发的轻量级仿真框架，由开发者sysrpl创建并维护。该项目旨...

Tiny.Sim：用Pascal构建的轻量级仿真框架

项目概述

Tiny.Sim是一个用Object Pascal语言开发的轻量级仿真框架，由开发者sysrpl创建并维护。该项目旨在为Pascal开发者提供一个简单、高效的工具来创建各种类型的仿真应用，从物理模拟到游戏原型开发。

核心特性

1. 轻量级设计

Tiny.Sim遵循”小而美”的设计哲学，代码库简洁，依赖项少，易于集成到现有Pascal项目中。

2. 跨平台支持

基于Free Pascal/Lazarus生态系统，Tiny.Sim可以在Windows、Linux和macOS等多个平台上运行。

3. 模块化架构

项目采用模块化设计，各个组件可以独立使用或组合，提供了高度的灵活性。

4. 物理仿真引擎

内置基本的物理仿真功能，包括碰撞检测、刚体动力学和简单的粒子系统。

技术架构

核心组件

text

// 基本实体定义示例
type
  TEntity = class
  private
    FPosition: TVector2;
    FVelocity: TVector2;
    FMass: Single;
  public
    procedure Update(DeltaTime: Single);
    procedure ApplyForce(Force: TVector2);
    property Position: TVector2 read FPosition write FPosition;
    property Velocity: TVector2 read FVelocity write FVelocity;
  end;

仿真循环

text

// 主仿真循环结构
procedure TSimulation.Run;
var
  CurrentTime, DeltaTime: Double;
begin
  while not Terminated do
  begin
    CurrentTime := GetTime;
    DeltaTime := CurrentTime - FLastTime;
    
    if DeltaTime >= FFrameTime then
    begin
      Update(DeltaTime);
      Render;
      FLastTime := CurrentTime;
    end;
    
    Sleep(1); // 防止CPU过度使用
  end;
end;

实际应用示例

示例1：创建简单的粒子系统

text

program ParticleDemo;

uses
  Tiny.Sim.Core, Tiny.Sim.Graphics;

type
  TParticle = class(TEntity)
  private
    FLifeTime: Single;
    FColor: TColor;
  public
    constructor Create(Pos, Vel: TVector2; Color: TColor);
    procedure Update(DeltaTime: Single); override;
    procedure Render(Canvas: TCanvas); override;
  end;

constructor TParticle.Create(Pos, Vel: TVector2; Color: TColor);
begin
  inherited Create;
  FPosition := Pos;
  FVelocity := Vel;
  FColor := Color;
  FLifeTime := 1.0 + Random * 2.0; // 1-3秒生命周期
end;

procedure TParticle.Update(DeltaTime: Single);
begin
  inherited;
  // 应用重力
  ApplyForce(TVector2.Create(0, 9.8 * FMass));
  
  // 更新位置
  FPosition := FPosition + FVelocity * DeltaTime;
  
  // 减少生命周期
  FLifeTime := FLifeTime - DeltaTime;
  if FLifeTime <= 0 then
    MarkForDeletion;
end;

procedure TParticle.Render(Canvas: TCanvas);
var
  Alpha: Byte;
begin
  Alpha := Round(255 * (FLifeTime / 3.0));
  Canvas.FillColor := SetAlpha(FColor, Alpha);
  Canvas.FillCircle(FPosition.X, FPosition.Y, 5);
end;

示例2：碰撞检测系统

text

program CollisionDemo;

uses
  Tiny.Sim.Core, Tiny.Sim.Physics;

type
  TBall = class(TCircleCollider)
  public
    procedure OnCollision(Other: TCollider); override;
  end;

procedure TBall.OnCollision(Other: TCollider);
var
  Normal: TVector2;
  RelativeVelocity: TVector2;
  VelocityAlongNormal: Single;
  Impulse: TVector2;
begin
  if Other is TBall then
  begin
    // 计算碰撞法线
    Normal := (FPosition - Other.Position).Normalize;
    
    // 计算相对速度
    RelativeVelocity := FVelocity - (Other as TBall).Velocity;
    
    // 计算法线方向的速度
    VelocityAlongNormal := RelativeVelocity.Dot(Normal);
    
    // 如果物体正在分离，不处理碰撞
    if VelocityAlongNormal > 0 then
      Exit;
      
    // 计算冲量
    Impulse := Normal * (-(1 + FRestitution) * VelocityAlongNormal);
    Impulse := Impulus / (1 / FMass + 1 / Other.Mass);
    
    // 应用冲量
    FVelocity := FVelocity + Impulse * (1 / FMass);
    (Other as TBall).Velocity := (Other as TBall).Velocity - Impulse * (1 / Other.Mass);
  end;
end;

示例3：集成图形界面

text

program SimulationGUI;

uses
  Forms, Graphics, Tiny.Sim.Core, Tiny.Sim.Visualizer;

type
  TSimulationForm = class(TForm)
  private
    FSimulation: TSimulation;
    FVisualizer: TSimulationVisualizer;
    procedure FormCreate(Sender: TObject);
    procedure FormPaint(Sender: TObject);
    procedure FormDestroy(Sender: TObject);
  public
    procedure UpdateSimulation;
  end;

procedure TSimulationForm.FormCreate(Sender: TObject);
begin
  FSimulation := TSimulation.Create;
  FVisualizer := TSimulationVisualizer.Create(FSimulation);
  
  // 添加一些测试实体
  FSimulation.AddEntity(TBall.Create(TVector2.Create(100, 100), 20));
  FSimulation.AddEntity(TBall.Create(TVector2.Create(200, 150), 25));
  
  // 设置定时器更新仿真
  Timer1.Interval := 16; // 约60FPS
  Timer1.OnTimer := @UpdateSimulation;
  Timer1.Enabled := True;
end;

procedure TSimulationForm.UpdateSimulation;
begin
  FSimulation.Update(0.016); // 16ms时间步长
  Invalidate; // 触发重绘
end;

procedure TSimulationForm.FormPaint(Sender: TObject);
begin
  FVisualizer.Render(Canvas);
end;