意図的な不正確さでレトロ/ NESスタイルの物理を再現

バックグラウンド：

私のレトロなプラットフォーマーのリメイクプロジェクトのジャンプ曲線を正しく取得するのに問題があります。元のゲームはNES用であり、プレイヤーのベロシティは2つの別々の部分に保存されます。1バイトが整数で、もう1バイトが小数部分です。

重力はプレーヤーのY速度に0.25 /フレームの割合で追加されます。

プレイヤーがジャンプすると、彼のY速度は-4.64453125に設定されます。ジャンプ曲線の残りの部分は重力に任されています。

プレーヤーが上昇すると、垂直速度は0.25 /フレームの割合で0に収束します。ただし、プレーヤーの速度がゼロ未満の値に達すると、速度は異なるパターンに従って変化します。フレームごとに0.25ずつ着実に減少するのではなく、次のパターンに従います。

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

整数オーバーフローと関係があるようです。

データ：

元のデータのダンプを次に示します。速度の表です。

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

問題：

私のゲームでは、この効果を達成できませんでした。速度がゼロ未満の場合、上記のパターンではなく、0.25ずつ定期的に減少し続けます。全体と小数部分を別々に保存するのではなく、単一のフロートに一緒に保存します。

この効果はどのように達成できますか？

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

基本的には、64を減算する必要があります low 8ビットの値が256個の値を持つことができるので、0.25を減算するために、256×0.25 = 64でアンダーフローがあるので、lowまたから1を引くがhigh。

免責事項：このコードは、負の数になると意図的に間違っており、質問で説明されている数値の異常をモデル化することになっています。比較の理由から、固定小数点クラスを処理する適切な負数の実装は、この回答の最後にあります。

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();
}

編集：私はまた、フロートへの変換を追加し、フロートと出力から

生成される出力は、表と同じです。

 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

対照的に、この固定小数点クラスは負の数を適切に処理します。

#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;
    }
};