组件：变换

坐标系

在 Arche 项目中，统一使用右手坐标系，且为了与着色器中使用的矩阵保持统一，矩阵和向量均采用列主元。 除此之外，为了在数学概念上对一些运算做更加细致的区分，因此区分了向量 Vector 和点 Point 这两个概念。 这两个类型非常相似，例如可以计算向量的长度，也可以计算点到原点的长度，Point 可以加上一段 Vector 表示的位移得到一个新的 Point， 而两个 Point 相加只能得到表示位移的 Vector。 因此，在具体使用时需要注意区分这两个概念。

tip

所有数学类型都使用了 C++ 模板，对于渲染来说，一般使用 float， 而对于模拟项目来说 double 是一个常见的选择。使用模板类型，可以让程序按需选择精度，并且每一类型都提供了 castTo 成员函数，方便相互转换。由此，模拟的程序很容易结合渲染组件进行可视化，而无需额外引入另外一套数学类。

caution

在 Arche.js 中并未做 Point 和 Vector 的区分，主要是因为 JavaScript 不存在运算符重载，使得定义过多的数学概念很容易在使用时产生混淆，因此采用了更加精简的设计。

变换组件

变换组件可以说是最为基础的组件，其在Point, Vector, Quaternion 和 Matrix4x4的基础上将这些概念打包成对于 Entity 的描述，并且通过Entity 中保存的子父实体的指针，得到世界空间中的坐标和变换矩阵。

class Transform : public Component {
public:
    Transform(Entity *entity);
    
    /**
     * Local position.
     * @remarks Need to re-assign after modification to ensure that the modification takes effect.
     */
    Point3F position();
    
    void setPosition(const Point3F &value);
    
    /**
     * World position.
     * @remarks Need to re-assign after modification to ensure that the modification takes effect.
     */
    Point3F worldPosition();
    
    void setWorldPosition(const Point3F &value);
    
    ...
};

脏标记

在具体实现中，由于每次需要更新的信息较多，包括位置，缩放，旋转等等，因此引入了脏标记：

/**
 * Dirty flag of transform.
 */
enum TransformFlag {
    LocalEuler = 0x1,
    LocalQuat = 0x2,
    WorldPosition = 0x4,
    WorldEuler = 0x8,
    WorldQuat = 0x10,
    WorldScale = 0x20,
    LocalMatrix = 0x40,
    WorldMatrix = 0x80,
    
    /** WorldMatrix | WorldPosition */
    WmWp = 0x84,
    /** WorldMatrix | WorldEuler | WorldQuat */
    WmWeWq = 0x98,
    /** WorldMatrix | WorldPosition | WorldEuler | WorldQuat */
    WmWpWeWq = 0x9c,
    /** WorldMatrix | WorldScale */
    WmWs = 0xa0,
    /** WorldMatrix | WorldPosition | WorldScale */
    WmWpWs = 0xa4,
    /** WorldMatrix | WorldPosition | WorldEuler | WorldQuat | WorldScale */
    WmWpWeWqWs = 0xbc
};

当修改了某一变量时，不仅会修改当前 Transform 的值，而且会将脏标记记录到所有子实体对应的 Transform 组件上：

void Transform::setPosition(const Point3F &value) {
    _position = value;
    _setDirtyFlagTrue(TransformFlag::LocalMatrix);
    _updateWorldPositionFlag();
}

void Transform::_updateWorldPositionFlag() {
    if (!_isContainDirtyFlags(TransformFlag::WmWp)) {
        _worldAssociatedChange(TransformFlag::WmWp);
        const auto &nodeChildren = _entity->_children;
        for (size_t i = 0, n = nodeChildren.size(); i < n; i++) {
            nodeChildren[i]->transform->_updateWorldPositionFlag();
        }
    }
}

这样一来，当获取子实体对应的 Transform 组件的姿态信息时，由于被标记了脏标记，就会触发 _getParentTransform 成员函数，从父实体中更新数据：

Point3F Transform::worldPosition() {
    if (_isContainDirtyFlag(TransformFlag::WorldPosition)) {
        if (_getParentTransform()) {
            _worldPosition = getTranslation(worldMatrix());
        } else {
            _worldPosition = _position;
        }
        _setDirtyFlagFalse(TransformFlag::WorldPosition);
    }
    return _worldPosition;
}

Transform *Transform::_getParentTransform() {
    if (!_isParentDirty) {
        return _parentTransformCache;
    }
    Transform *parentCache = nullptr;
    auto parent = _entity->parent();
    while (parent) {
        const auto &transform = parent->transform;
        if (transform) {
            parentCache = transform;
            break;
        } else {
            parent = parent->parent();
        }
    }
    _parentTransformCache = parentCache;
    _isParentDirty = false;
    return parentCache;
}

更新通知

除了在关联的 Transform 中标记，使得更新一个组件，相关组件也可以同步更新外，还存在一种观察者模式来获得数据更新的通知。这种机制是通过 UpdateFlagManager 来实现的。 对于需要观察的其他对象，都可以调用：

std::unique_ptr<UpdateFlag> Transform::registerWorldChangeFlag() {
    return _updateFlagManager.registration();
}

当 Transform 发生改变时，_worldAssociatedChange 会被触发，这使得通过 UpdateFlagManager 注册的所有 UpdateFlag 都会被标记：

void Transform::_worldAssociatedChange(int type) {
    _dirtyFlag |= type;
    _updateFlagManager.distribute();
}

void UpdateFlagManager::distribute() {
    for (size_t i = 0; i < _updateFlags.size(); i++) {
        _updateFlags[i]->flag = true;
    }
}

因此，只需要观察 UpdateFlag 的状态，就能够知道是否需要更新对应的状态。例如，在物理组件当中，Collider 就是通过这一方式，同步 Entity 和 PxRigidActor 的姿态：

void Collider::_onUpdate() {
    if (_updateFlag->flag) {
        const auto &transform = entity()->transform;
        const auto &p = transform->worldPosition();
        auto q = transform->worldRotationQuaternion();
        q.normalize();
        _nativeActor->setGlobalPose(PxTransform(PxVec3(p.x, p.y, p.z), PxQuat(q.x, q.y, q.z, q.w)));
        _updateFlag->flag = false;
        
        const auto worldScale = transform->lossyWorldScale();
        for (auto &_shape: _shapes) {
            _shape->setWorldScale(worldScale);
        }
    }
}