立项原因: 传统生物教学中,自然选择与基因进化等抽象机制缺乏直观、可交互的演示工具。学生只能通过静态图示理解进化原理,难以观察多代演化中基因漂变、环境适应、种间竞争等动态过程。
行业场景: 面向高校生物学通识课或科普教育场景,提供一款桌面端微生物进化模拟器。用户可实时调控培养皿温度、pH、养分等环境参数,观察微生物种群在数百代演化中的适应、突变与自然选择,将”看不见的基因进化”变成看得见的视觉反馈。
业务背景: 本项目为大学程序设计实践课程结业作品,同时具备向教育仿真产品转化的潜力。核心用户包括课程学生、生物教师及科普爱好者,核心价值主张是”可操作的进化论”——通过动手实验而非被动阅读来理解自然选择机制。
仿真引擎: 支持 1200 个微生物个体并发运行,每帧独立计算能量代谢、环境适应度、运动与碰撞。包含中性、捕食者、猎物、共生体 4 种生态类型,各自具备独立的追逐/吞噬/集群逃逸/能环增益行为,形成捕食者-猎物动态平衡。
进化体系: 7 阶段形态跃迁(孢子→多细胞→鞭毛→装甲→捕食者→极限→飞升),每种形态有独立视觉渲染。4 类基因觉醒各分 0-3 级,解锁对应细胞器(热休克蛋白/质子泵/纤毛/伪足)。定向进化聚焦系统允许玩家指定培育方向,进化脉冲提供临时增益。
环境与事件: 5 种生物群系各有独特温/pH/养分配置;11 种随机事件(含陨石撞击、冰期、火山喷发、离子风暴 4 种极端事件),极端事件触发全屏震动、色彩滤镜、粒子风暴。
内容体系: 7 章主线任务(完成解锁新群系与升级),3 项每日任务 + 3 项挑战任务,7 项成就,10 条目图鉴,4 条进化路径,9 项可升级能力。
UI 与交互: 9 标签页面板(总览/任务/主线/成就/图鉴/进化/升级/事件/存档),深色科幻主题,粒子特效与动画过渡。双渲染方案:EasyX GDI 原生面板与 WebView2 HTML/CSS/JS 面板可切换。
系统功能: 3 槽位 + 快速存档(文本格式序列化),BGM 循环 + 13 种事件驱动音效,谱系树实时可视化(最多 1500 节点,支持悬停查看代际细节)。
职责: 独立完成全部架构设计、编码与调试——仿真引擎、UI 框架、音频系统、WebView2 COM 集成、存档系统、进化逻辑及项目文档。
技术栈: C++17(MinGW g++ / VS2022 双编译器兼容),EasyX GDI,miniaudio 音频引擎,WebView2 COM,纯手写序列化,零第三方依赖。
架构: GameState 运行时状态容器(约 80 字段)与渲染状态完全解耦,支持完整存档序列化。UIButton action 分发——可点击 UI 通过 vector 每帧重建,按 ID 路由事件,无需硬编码坐标判定。静态背景预渲染至 IMAGE 缓存,GDI 调用从每帧约 800 次降至约 10 次,彻底消除闪烁。
核心亮点:
千级个体 30FPS 实时模拟:单线程无锁遍历 + 能量势差方向算法 + 空间碰撞剔除
MinGW 下手动 WebView2 COM 集成:手动构建 4 个接口虚函数表,#pragma pack 确保 x64 调用约定,firedFlag 堆标记解决同步回调竞态,--disable-gpu 规避 Runtime QI 崩溃
自定义消息泵:PM_NOREMOVE 预检 + 窗口句柄判定 + PM_REMOVE 分发,实现 GDI 事件与 COM 事件协同
COM 线程模型统一:miniaudio 编译期 MA_COINIT_VALUE=0x2 统一为 STA,避免 RPC_E_CHANGED_MODE
零外部运行时依赖,跨编译器兼容
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