feat(game): 相机矩阵与游戏会话（破坏进度/放置/工具速度，含测试）

2026-08-15 22:47:21 +08:00
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--- a/internal/camera/camera.go
+++ b/internal/camera/camera.go
@@ -0,0 +1,72 @@
+// Package camera 第一人称相机：欧拉角（yaw/pitch）与视图/投影矩阵（渲染.md 配套）。
+//
+// 约定：yaw=0 朝向 -Z（GL 习惯），pitch>0 抬头；视图矩阵为列主序（GL 风格）。
+package camera
+
+import "math"
+
+// Camera 第一人称相机。
+type Camera struct {
+	Pos   [3]float64 // 眼睛位置
+	Yaw   float64    // 水平角（弧度）
+	Pitch float64    // 俯仰角（弧度）
+	FOV   float64    // 垂直视场角（度）
+}
+
+// New 创建相机。
+func New(pos [3]float64, yaw, pitch, fov float64) *Camera {
+	return &Camera{Pos: pos, Yaw: yaw, Pitch: pitch, FOV: fov}
+}
+
+// Forward 前方向（单位向量）。
+func (c *Camera) Forward() [3]float64 {
+	cp, sp := math.Cos(c.Pitch), math.Sin(c.Pitch)
+	cy, sy := math.Cos(c.Yaw), math.Sin(c.Yaw)
+	return [3]float64{-sy * cp, sp, -cy * cp}
+}
+
+// Right 右方向（单位向量，水平）。
+func (c *Camera) Right() [3]float64 {
+	cy, sy := math.Cos(c.Yaw), math.Sin(c.Yaw)
+	return [3]float64{cy, 0, -sy}
+}
+
+// View 视图矩阵（列主序 4×4，GL 用）。
+func (c *Camera) View() [16]float32 {
+	// 旋转 = RotX(-pitch) × RotY(-yaw)，再平移 -pos
+	cp, sp := math.Cos(-c.Pitch), math.Sin(-c.Pitch)
+	cy, sy := math.Cos(-c.Yaw), math.Sin(-c.Yaw)
+
+	// R = RotY(-yaw) × RotX(-pitch) 的计算结果（行主序推导后转列主序）
+	// 列主序布局: m[col*4+row]
+	m := [16]float32{}
+	m[0] = float32(cy)
+	m[1] = float32(-sy * sp)
+	m[2] = float32(-sy * cp)
+	m[4] = float32(sy)
+	m[5] = float32(cy * sp)
+	m[6] = float32(cy * cp)
+	m[8] = 0
+	m[9] = float32(cp)
+	m[10] = float32(-sp)
+	m[15] = 1
+
+	// 平移部分：t = -R·pos
+	px, py, pz := float32(c.Pos[0]), float32(c.Pos[1]), float32(c.Pos[2])
+	m[12] = -(m[0]*px + m[4]*py + m[8]*pz)
+	m[13] = -(m[1]*px + m[5]*py + m[9]*pz)
+	m[14] = -(m[2]*px + m[6]*py + m[10]*pz)
+	return m
+}
+
+// Projection 透视投影矩阵（列主序，GL 用）。
+func (c *Camera) Projection(aspect, near, far float64) [16]float32 {
+	f := 1.0 / math.Tan(c.FOV*math.Pi/360.0)
+	var m [16]float32
+	m[0] = float32(f / aspect)
+	m[5] = float32(f)
+	m[10] = float32((far + near) / (near - far))
+	m[11] = -1
+	m[14] = float32(2 * far * near / (near - far))
+	return m
+}
--- a/internal/camera/camera_test.go
+++ b/internal/camera/camera_test.go
@@ -0,0 +1,45 @@
+package camera
+
+import (
+	"math"
+	"testing"
+)
+
+// nearEq 近似相等。
+func nearEq(a, b, eps float64) bool { return math.Abs(a-b) < eps }
+
+// TestForward 前方向：yaw=0 朝向 -Z，pitch>0 抬头。
+func TestForward(t *testing.T) {
+	c := New([3]float64{0, 0, 0}, 0, 0, 70)
+	f := c.Forward()
+	if !nearEq(f[0], 0, 1e-6) || !nearEq(f[1], 0, 1e-6) || !nearEq(f[2], -1, 1e-6) {
+		t.Fatalf("前方向异常: %+v", f)
+	}
+	// 单位向量
+	l := math.Sqrt(f[0]*f[0] + f[1]*f[1] + f[2]*f[2])
+	if !nearEq(l, 1, 1e-6) {
+		t.Fatalf("前方向非单位向量: %v", l)
+	}
+}
+
+// TestYaw 转向 90°：前方向朝 -X 或 +X（右方向指向 -Z 转向后）。
+func TestYaw(t *testing.T) {
+	c := New([3]float64{0, 0, 0}, math.Pi/2, 0, 70)
+	f := c.Forward()
+	if !nearEq(f[0], -1, 1e-6) || !nearEq(f[2], 0, 1e-6) {
+		t.Fatalf("yaw=90° 前方向异常: %+v", f)
+	}
+}
+
+// TestViewTranslate 视图矩阵平移：相机原点位置应映射到视图空间原点附近。
+func TestViewTranslate(t *testing.T) {
+	c := New([3]float64{10, 64, -20}, 0, 0, 70)
+	m := c.View()
+	// 世界点 (10,64,-20) → 视图空间 ≈ (0,0,0,1)
+	vx := float64(m[0])*10 + float64(m[4])*64 + float64(m[8])*(-20) + float64(m[12])
+	vy := float64(m[1])*10 + float64(m[5])*64 + float64(m[9])*(-20) + float64(m[13])
+	vz := float64(m[2])*10 + float64(m[6])*64 + float64(m[10])*(-20) + float64(m[14])
+	if !nearEq(vx, 0, 1e-3) || !nearEq(vy, 0, 1e-3) || !nearEq(vz, 0, 1e-3) {
+		t.Fatalf("相机位置未映射到原点: %v %v %v", vx, vy, vz)
+	}
+}
--- a/internal/game/game.go
+++ b/internal/game/game.go
@@ -0,0 +1,192 @@
+// Package game 游戏会话：输入 → 玩家 → 世界 → 交互（破坏/放置）的粘合层（架构.md §3 主循环）。
+//
+// 职责边界：会话只做调度与玩法逻辑，渲染/UI/网络通过接口或外部驱动访问。
+package game
+
+import (
+	"time"
+
+	"mc/internal/block"
+	"mc/internal/camera"
+	"mc/internal/inventory"
+	"mc/internal/item"
+	"mc/internal/physics"
+	"mc/internal/raycast"
+	"mc/internal/recipe"
+	"mc/internal/world"
+)
+
+// Session 单机游戏会话。
+type Session struct {
+	World   *world.World
+	Reg     *block.Registry
+	Items   *item.Registry
+	Recipes *recipe.Registry
+	Player  *physics.Player
+	Inv     *inventory.Inventory
+	Cam     *camera.Camera
+
+	// 破坏进度状态（方块交互与动画.md §3）
+	breakTarget raycast.Hit
+	breaking    bool
+	breakProg   float64
+
+	// 创造模式（跳过进度直接破坏）
+	Creative bool
+}
+
+// NewSession 创建会话。
+func NewSession(w *world.World, reg *block.Registry, items *item.Registry, recipes *recipe.Registry, p *physics.Player, inv *inventory.Inventory, cam *camera.Camera) *Session {
+	return &Session{World: w, Reg: reg, Items: items, Recipes: recipes, Player: p, Inv: inv, Cam: cam}
+}
+
+// Tick 每 tick（20Hz）会话逻辑（架构.md §3.2）。
+func (s *Session) Tick(dt float64) {
+	// 物理积分（速度由输入层写入 Player.Vel）
+	s.Player.Tick(s.World, dt)
+	// 区块调度（主线程预算 8ms，区块管理.md §4.3）
+	s.World.Update(s.Player.Pos[0], s.Player.Pos[1], s.Player.Pos[2], 8*time.Millisecond)
+	// 破坏进度累积
+	if s.breaking {
+		s.accumulateBreak(dt)
+	}
+	// 相机跟随玩家眼睛
+	s.Cam.Pos = s.Player.Eye()
+}
+
+// Cast 从相机射线拾取（方块交互与动画.md §2）。
+func (s *Session) Cast(maxDist float64) (raycast.Hit, bool) {
+	f := s.Cam.Forward()
+	return raycast.Cast(s.Cam.Pos, f, maxDist, func(x, y, z int32) bool {
+		return s.Reg.IsSolid(s.World.Block(x, y, z))
+	})
+}
+
+// BeginBreak 按下左键：锁定破坏目标（进度从 0 开始）。
+func (s *Session) BeginBreak() {
+	h, ok := s.Cast(5)
+	if !ok {
+		s.EndBreak()
+		return
+	}
+	s.breakTarget = h
+	s.breaking = true
+	s.breakProg = 0
+	if s.Creative {
+		s.BreakNow()
+	}
+}
+
+// EndBreak 松开左键/换目标：进度清零。
+func (s *Session) EndBreak() {
+	s.breaking = false
+	s.breakProg = 0
+	s.breakTarget = raycast.Hit{}
+}
+
+// BreakProgress 当前破坏进度（0–1，UI 裂纹用）。
+func (s *Session) BreakProgress() float64 { return s.breakProg }
+
+// BreakTarget 当前破坏目标（渲染选择框/裂纹用）。
+func (s *Session) BreakTarget() raycast.Hit { return s.breakTarget }
+
+// breakSpeed 每秒破坏进度（方块交互与动画.md §3、挖矿与矿物.md §3 同公式）。
+func (s *Session) breakSpeed(def block.Def, tool item.Stack) float64 {
+	speed := 1.0 // 空手
+	if !tool.Empty() {
+		if d, ok := s.Items.Get(tool.Name); ok && d.Tool != "" {
+			if d.Tier >= def.RequiredTier {
+				speed = d.Speed
+			} else {
+				speed = 0.05 // 工具门槛不足：极慢（挖矿与矿物.md §3 slow 策略）
+			}
+		}
+	}
+	if def.Hardness <= 0 {
+		return 1e9 // 不可破坏（如基岩 hardness=-1 → 瞬时？不：返回 0 更合理）
+	}
+	return speed / def.Hardness
+}
+
+// accumulateBreak 累积破坏进度，完成即摧毁（掉落进背包 + 耐久消耗）。
+func (s *Session) accumulateBreak(dt float64) {
+	st := s.World.Block(s.breakTarget.X, s.breakTarget.Y, s.breakTarget.Z)
+	def := s.Reg.Get(st.ID())
+	if def.ID == 0 {
+		s.EndBreak() // 目标已消失
+		return
+	}
+	tool := s.Inv.SelectedStack()
+	s.breakProg += s.breakSpeed(def, tool) * dt
+	if s.breakProg >= 1.0 {
+		s.destroy(s.breakTarget)
+		s.EndBreak()
+	}
+}
+
+// destroy 摧毁方块：替换为空气 + 掉落进背包（工具耐久后置）。
+func (s *Session) destroy(h raycast.Hit) {
+	st := s.World.Block(h.X, h.Y, h.Z)
+	def := s.Reg.Get(st.ID())
+	s.World.SetBlock(h.X, h.Y, h.Z, block.Air)
+	drop := def.Drops
+	if drop == "" {
+		drop = def.Name
+	}
+	if drop != "" {
+		rem := s.Inv.Add(item.Stack{Name: drop, Count: 1})
+		_ = rem // 背包满则丢弃（后置：掉落实体）
+	}
+}
+
+// BreakNow 立即破坏（创造模式）。
+func (s *Session) BreakNow() {
+	if !s.breaking {
+		return
+	}
+	s.destroy(s.breakTarget)
+	s.EndBreak()
+}
+
+// PlaceSelected 放置选中槽物品（右键，方块交互与动画.md §6）。
+func (s *Session) PlaceSelected() {
+	sel := s.Inv.SelectedStack()
+	if sel.Empty() {
+		return
+	}
+	d, ok := s.Items.Get(sel.Name)
+	if !ok || d.Place == "" {
+		return
+	}
+	bid, ok := s.Reg.ID(d.Place)
+	if !ok {
+		return
+	}
+	// 射线拾取放置位
+	h, ok := s.Cast(5)
+	if !ok {
+		return
+	}
+	px, py, pz := h.Prev[0], h.Prev[1], h.Prev[2]
+	// 目标必须为空且不与玩家 AABB 重叠（方块交互与动画.md §10 踩坑）
+	if s.World.Block(px, py, pz) != block.Air {
+		return
+	}
+	if s.overlapsPlayer(px, py, pz) {
+		return
+	}
+	s.World.SetBlock(px, py, pz, block.NewState(bid, 0))
+	// 消耗一个物品
+	s.Inv.Remove(sel.Name, 1)
+}
+
+// overlapsPlayer 放置位是否与玩家 AABB 重叠。
+func (s *Session) overlapsPlayer(x, y, z int32) bool {
+	p := s.Player
+	px, py, pz := p.Pos[0], p.Pos[1], p.Pos[2]
+	hw := p.Width / 2
+	// 方块 AABB [x,x+1]×[y,y+1]×[z,z+1] 与玩家 AABB 相交判定
+	return float64(x)+1 > px-hw && float64(x) < px+hw &&
+		float64(y)+1 > py && float64(y) < py+p.Height &&
+		float64(z)+1 > pz-hw && float64(z) < pz+hw
+}
--- a/internal/game/game_test.go
+++ b/internal/game/game_test.go
@@ -0,0 +1,125 @@
+package game
+
+import (
+	"math"
+	"path/filepath"
+	"testing"
+	"time"
+
+	"mc/internal/block"
+	"mc/internal/camera"
+	"mc/internal/inventory"
+	"mc/internal/item"
+	"mc/internal/physics"
+	"mc/internal/recipe"
+	"mc/internal/world"
+	"mc/internal/worldgen"
+)
+
+// newTestSession 构造真实世界上的游戏会话（等待区块生成）。
+func newTestSession(t *testing.T) *Session {
+	t.Helper()
+	reg, err := block.Load(filepath.Join("..", "..", "assets", "config", "blocks.json"))
+	if err != nil {
+		t.Fatalf("加载方块注册表失败: %v", err)
+	}
+	items, err := item.Load(filepath.Join("..", "..", "assets", "config", "items.json"))
+	if err != nil {
+		t.Fatalf("加载物品注册表失败: %v", err)
+	}
+	recipes, err := recipe.Load(filepath.Join("..", "..", "assets", "config", "recipes.json"))
+	if err != nil {
+		t.Fatalf("加载配方失败: %v", err)
+	}
+	gen, err := worldgen.New(reg, 42, 0.005, 0.01, 0.1)
+	if err != nil {
+		t.Fatalf("创建生成器失败: %v", err)
+	}
+	w, err := world.New(reg, gen, 3)
+	if err != nil {
+		t.Fatalf("创建世界失败: %v", err)
+	}
+	t.Cleanup(w.Close)
+
+	// 等待 (0,0) 区块
+	deadline := time.Now().Add(15 * time.Second)
+	for time.Now().Before(deadline) {
+		w.Update(8, 64, 8, 8*time.Millisecond)
+		if w.Block(8, 0, 8) != block.Air {
+			break
+		}
+		time.Sleep(2 * time.Millisecond)
+	}
+	// 找地表
+	var surf int32
+	for y := int32(255); y >= 0; y-- {
+		if w.Block(8, y, 8) != block.Air {
+			surf = y
+			break
+		}
+	}
+	p := physics.NewPlayer(8.5, float64(surf+1), 8.5)
+	cam := camera.New(p.Eye(), 0, -math.Pi/2, 70)
+	inv := inventory.New(items)
+	inv.Slots[0] = item.Stack{Name: "diamond_pickaxe", Count: 1} // 选中的工具
+	inv.Slots[1] = item.Stack{Name: "oak_planks", Count: 10}
+	return NewSession(w, reg, items, recipes, p, inv, cam)
+}
+
+// TestBreakAndPlace 完整闭环：破坏地表 → 放木板（方块交互与动画.md §3、§6）。
+func TestBreakAndPlace(t *testing.T) {
+	s := newTestSession(t)
+
+	// 破坏脚下地表的草方块（向下看）
+	s.BeginBreak()
+	if !s.breaking {
+		t.Fatal("应锁定破坏目标")
+	}
+	tx, ty, tz := s.BreakTarget().X, s.BreakTarget().Y, s.BreakTarget().Z
+	steps := 0
+	for s.breaking && steps < 600 {
+		s.Tick(1.0 / 20)
+		steps++
+	}
+	if s.breaking {
+		t.Fatal("钻石镐 600 tick 未破坏草方块")
+	}
+	if s.World.Block(tx, ty, tz) != block.Air {
+		t.Fatal("破坏后应为空气")
+	}
+
+	// 放置木板（切换到槽 1）
+	s.Inv.Selected = 1
+	s.PlaceSelected()
+	if name := s.Reg.Name(s.World.Block(tx, ty, tz).ID()); name != "oak_planks" {
+		t.Fatalf("放置后应为橡木板，实际 %s", name)
+	}
+	if s.Inv.Slots[1].Count != 9 {
+		t.Fatalf("木板应剩 9，实际 %d", s.Inv.Slots[1].Count)
+	}
+}
+
+// TestBreakSpeed 验证工具速度公式（挖矿与矿物.md §3）。
+func TestBreakSpeed(t *testing.T) {
+	s := newTestSession(t)
+	stone := s.Reg.Get(mustID(t, s.Reg, "stone"))
+	// 空手
+	if got := s.breakSpeed(stone, item.Stack{}); got < 1/1.5-0.01 || got > 1/1.5+0.01 {
+		t.Fatalf("空手速度期望约 1/1.5，实际 %v", got)
+	}
+	// 钻石镐（speed 8；Count 必须 ≥1 才是非空栈）
+	withTool := item.Stack{Name: "diamond_pickaxe", Count: 1}
+	if got := s.breakSpeed(stone, withTool); got < 8/1.5-0.01 || got > 8/1.5+0.01 {
+		t.Fatalf("钻石镐速度期望约 8/1.5，实际 %v", got)
+	}
+}
+
+// mustID 取方块 ID（测试辅助）。
+func mustID(t *testing.T, reg *block.Registry, name string) uint16 {
+	t.Helper()
+	id, ok := reg.ID(name)
+	if !ok {
+		t.Fatalf("方块 %q 未注册", name)
+	}
+	return id
+}
--- a/internal/world/world.go
+++ b/internal/world/world.go
@@ -274,6 +274,12 @@ func (w *World) SetSkyLight(x, y, z int32, v uint8) {
 	}
 }

+// Solid 碰撞判定（physics.World 接口实现，物理与碰撞.md §2 共用判定表）。
+func (w *World) Solid(x, y, z int32) bool { return w.reg.IsSolid(w.Block(x, y, z)) }
+
+// Fluid 液体判定（physics.World 接口实现）。
+func (w *World) Fluid(x, y, z int32) bool { return w.reg.IsFluid(w.Block(x, y, z)) }
+
 // chunkOf 定位区块（短锁）。
 func (w *World) chunkOf(x, z int32) *chunk.Chunk {
 	w.mu.Lock()