Воссоздание физики в стиле ретро / РЭШ с преднамеренной неточностью

Фон:

У меня проблема с получением правильной кривой скачка для моего проекта римейка ретро-платформера. Оригинальная игра для NES, а скорость игрока хранится в двух отдельных частях: один байт для целого числа и другой для дробной части.

Гравитация добавляется к скорости игрока Y со скоростью 0,25 за кадр.

Когда игрок прыгает, его скорость Y устанавливается на -4.64453125. Остальная часть кривой скачка оставлена ​​гравитации.

Когда игрок поднимается, его вертикальная скорость приближается к 0 со скоростью 0,25 за кадр. Однако, когда скорость игрока достигает значения меньше нуля, скорость изменяется по другому шаблону. Вместо того, чтобы постепенно уменьшаться на 0,25 каждый кадр, он следует этой схеме:

[1.75, -0.25, -0.25, -0.25, 1.75, -0.25, -0.25, -0.25, 1.75, ...]

Похоже, что-то связано с целочисленным переполнением.

Данные:

Вот дамп данных из оригинала. Это таблица скорости.

Jump Curve

Y-Hi Y-Lo    Decimal        Change/Frame
4    165     4.64453125     ?
4    101     4.39453125     -0.25
4    37      4.14453125     -0.25
3    229     3.89453125     -0.25
3    165     3.64453125     -0.25
3    101     3.39453125     -0.25
3    37      3.14453125     -0.25
2    229     2.89453125     -0.25
2    165     2.64453125     -0.25
2    101     2.39453125     -0.25
2    37      2.14453125     -0.25
1    229     1.89453125     -0.25
1    165     1.64453125     -0.25
1    101     1.39453125     -0.25
1    37      1.14453125     -0.25
0    229     0.89453125     -0.25
0    165     0.64453125     -0.25
0    101     0.39453125     -0.25
0    37      0.14453125     -0.25
-1   229     -1.89453125    1.75
-1   165     -1.64453125    -0.25
-1   101     -1.39453125    -0.25
-1   37      -1.14453125    -0.25
-2   229     -2.89453125    1.75
-2   165     -2.64453125    -0.25
-2   101     -2.39453125    -0.25
-2   37      -2.14453125    -0.25
-3   229     -3.89453125    1.75
-3   165     -3.64453125    -0.25
-3   101     -3.39453125    -0.25
-3   37      -3.14453125    -0.25
-4   229     -4.89453125    1.75
-4   165     -4.64453125    -0.25
-4   101     -4.39453125    -0.25
-4   37      -4.14453125    -0.25
-5   229     -5.89453125    1.75
-5   165     -5.64453125    -0.25
-5   101     -5.39453125    -0.25
-5   37      -5.14453125    -0.25
-6   229     -6.89453125    1.75

Проблема:

В моей игре я не смог добиться этого эффекта. Когда скорость меньше нуля, она продолжает регулярно уменьшаться на 0,25, а не по схеме, описанной выше. Вместо того, чтобы хранить целые и дробные части отдельно, я храню их вместе в одной поплавке.

Как достичь этого эффекта?

one byte for the whole number and another for the fractional part

По сути, вам просто нужно вычесть 64 из low, чтобы вычесть 0,25, потому что 8-битное значение может иметь 256 значений, поэтому 256 * 0,25 = 64 При наличии недостаточного значения lowтакже вычитайте 1 из high.

Отказ от ответственности: этот код намеренно неверен, когда речь идет о отрицательных числах, предполагается, что он моделирует числовые аномалии, описанные в вопросе. Для сравнения в нижней части этого ответа можно найти реализацию правильной обработки отрицательных чисел класса с фиксированной точкой.

struct velocity
{
    char high;
    unsigned char low;

    // fall -0.25
    void fall()
    {
        if(low < 64) --high;
        low -= 64;;
    }

    // convert to a float
    float toFloat() const
    {
        float ret = high;
        float frac = (float)low / 256.0f;
        if(high >= 0) ret += frac;
        else ret -= frac;
        return ret;
    }

    // convert from float
    void fromFloat(float f)
    {
        high = (char)f;
        float frac = f - high;
        low = (unsigned char)(frac * 256.0f);
    }
};

velocity v;
v.high = 4;
v.low = 165;    
for(int i = 0; i < 30; ++i)
{
    printf("%2d     %3d   %f\n", v.high, v.low, v.toFloat());
    v.fall();
}

РЕДАКТИРОВАТЬ : я также добавил преобразование в float и из float и вывод

Сгенерированный вывод такой же, как в вашей таблице:

 4     165   4.644531
 4     101   4.394531
 4      37   4.144531
 3     229   3.894531
 3     165   3.644531
 3     101   3.394531
 3      37   3.144531
 2     229   2.894531
 2     165   2.644531
 2     101   2.394531
 2      37   2.144531
 1     229   1.894531
 1     165   1.644531
 1     101   1.394531
 1      37   1.144531
 0     229   0.894531
 0     165   0.644531
 0     101   0.394531
 0      37   0.144531
-1     229   -1.894531
-1     165   -1.644531
-1     101   -1.394531
-1      37   -1.144531
-2     229   -2.894531
-2     165   -2.644531
-2     101   -2.394531
-2      37   -2.144531
-3     229   -3.894531
-3     165   -3.644531
-3     101   -3.394531
-3      37   -3.144531
-4     229   -4.894531
-4     165   -4.644531
-4     101   -4.394531
-4      37   -4.144531
-5     229   -5.894531
-5     165   -5.644531
-5     101   -5.394531
-5      37   -5.144531
-6     229   -6.894531

В отличие от этого, класс с фиксированной точкой правильно обрабатывает отрицательные числа:

#include <iomanip>
#include <iostream>

struct fixed_point
{
    union
    {
        struct
        {
            unsigned char low;
            signed char high;
        };
        short s;
    };

    float toFloat() const
    {
        fixed_point tmp;
        if(high < 0) tmp.s = ~s;
        else tmp.s = s;

        float ret = tmp.high;
        float frac = (float)tmp.low / 256.0f;
        ret += frac;
        if(high < 0) ret = 0 - ret;
        return ret;
    }

    void fromFloat(float f)
    {
        float tmp;
        if(f < 0.0f) tmp = -f;
        else tmp = f;

        high = (char)tmp;
        float frac = tmp - high;
        low = (unsigned char)(frac * 256.0f);

        if(f < 0.0f) s = ~s;
    }

    fixed_point operator+(const fixed_point &fp) const
    {
        fixed_point ret;
        ret.s = s + fp.s;
        return ret;
    }

    fixed_point operator-(const fixed_point &fp) const
    {
        fixed_point ret;
        ret.s = s - fp.s;
        return ret;
    }

    void print(const char *msg) const
    {
        std::cout << msg << ":" << std::endl;
        std::cout << std::hex << std::uppercase;
        // cout'ing the hex value for a char is kind of a pain ..
        unsigned int _high = 0;
        memcpy(&_high, &high, 1);
        std::cout << "  high : 0x" << std::setfill('0') << std::setw(2) << _high << std::endl;
        unsigned int _low = 0;
        memcpy(&_low, &low, 1);
        std::cout << "  low  : 0x" << std::setfill('0') << std::setw(2) << _low << std::endl;
        std::cout << "  all  : 0x" << std::setfill('0') << std::setw(4) << s << std::endl;
        std::cout << "  float: " << toFloat() << std::endl;
        std::cout << std::endl;
    }
};