N·Body 2.0 发布：3MB 的 C# 程序模拟星系碰撞与三体轨道

上面是 65,536 颗恒星的星系碰撞，GPU 逐对计算引力，2.25 倍速。它来自我刚发布的 N·Body 2.0：从物理引擎到渲染、界面、音乐，全部用 C# 写成，最后打包成一个 3MB 的 exe。

一年前立的 flag

2025 年 8 月，我写过一篇《当物理定律与高精度计算相遇：我的新开源项目 N-Body》。那篇文章立了不少 flag：要用 ODE45、Cash-Karp 这些数值方法把误差压下去，要接入我自己的高精度库 Sdcb.Arithmetic，要做性能基准，要跟 double 比精度……

当时的项目长这样：

一个 2D 窗口，几个小球拖着尾巴转圈。整个仓库 25 个文件、1562 行代码。立完 flag 之后，最后一次提交是 2025 年 8 月 10 日，改了 8 行，提交信息叫 flys 208。

然后就没有然后了。

Sdcb.Arithmetic 呢？翻遍 csproj，一个引用都没有。

站在 2026 年全面进入 AI 时代的今天回头看，这玩意儿就是人类 Slop。

交给 AI

10 月 19 日晚上 8 点多，我在 VS Code 里打开 GitHub Copilot，模型选 Claude Opus 5.5，大意就一句话：这个项目太原始了，给它来个脱胎换骨的重构，场景多加点，要一打开就让人"哇塞"。

它先把代码读了一遍，然后问了我两轮问题：渲染用 Direct3D 11 计算着色器，还是继续 Direct2D，还是干脆改成网页；2D 还是 3D；界面用 ImGui 还是自己画一套毛玻璃 HUD；要哪些场景；要不要音乐、要不要 Native AOT……顺便它还注意到我的显卡是 RTX 3080 Ti。

我基本都选了最难的那个：D3D11、全 3D、自绘 HUD、全部场景、程序化音乐、AOT、CI。

然后它就开干了。物理核心交给一个并行的子代理去重写，它自己同时写渲染器。

一打开就是"哇塞"

先看结果。35 个场景里随便挑 8 个，每个 2 秒：

依次是：十二星冠、飞蛾 I、Hénon 42、环双星行星（就是塔图因）、原行星盘、冷坍缩、旋涡星系、银河系与仙女座。

双击 exe 直接全屏，进入"自动巡游"：镜头自己慢慢转，场景自己轮播，不碰键盘也能看半天。按 G 打开场景画廊，点一下就切过去：

星系碰撞

就是文章开头那张。两个盘状星系一共 65,536 颗恒星，每一步都在 GPU 上两两计算引力，一步就是 40 多亿对相互作用（65536² ≈ 4.3×10⁹）。没有用树算法，也没有近似，就是暴力 O(N²)，一个分块的 HLSL 计算着色器搞定。在我的 3080 Ti 上能跑满 60 帧。

为了让两个星系真的能合并，而不是互相穿过去，它还加了暗物质晕和动力学摩擦。这一点我一开始都没想到。

三体周期解

三体问题一般没有解析解，但在一些特殊的初始条件下，三颗星会沿着固定的图案周而复始地运动。2013 年，两位塞尔维亚物理学家 Šuvakov 和 Dmitrašinović 一口气找到了 13 族新解，起名叫蝴蝶、飞蛾、蜻蜓、阴阳、大黄蜂……2.0 把这些都放了进来。这是"蝴蝶 I"：

蝴蝶效应

这是我最喜欢的场景。屏幕上同时跑两份毕达哥拉斯三体系统，初始位置只差十亿分之一（10⁻⁹）。一开始两份完全重合，看起来只有一组白色的星；跑一阵子之后它们分道扬镳，一份变橙，一份变蓝，各走各的路：

右上角"相空间分离"那一行，就是两份系统之间的差距，从 10⁻⁹ 一路往上涨。

真实太阳系

八大行星的位置、质量、倾角，全部来自 JPL 的 J2000 轨道根数。单位是天文单位和年，画面上 1 秒约等于 4 年：

引力沙盒

按住 Shift 拖动鼠标，就能往恒星系里扔新天体，拖得越长，初速度越快；撞到一起的天体会合并：

不只是好看

当年那些 flag 里，我最在意的是精度。

2.0 的物理核心里有四种积分器：Leapfrog、Yoshida 4、RK4，以及自适应步长的 Dormand–Prince 5(4)，也就是 MATLAB 里的 ODE45。按 I 可以现场切换。

右上角实时显示能量误差，下面还有一条能量漂移曲线。拿 8 字形轨道来说，默认的 Dormand–Prince 能量误差在 10⁻¹⁴ 量级；切到 RK4 跑一会儿，曲线往上跳了一截，误差变成 10⁻⁶ 量级：

另外还配了 xUnit 测试，检查能量、动量、角动量守恒，以及周期轨道转一圈之后能不能回到原点。

至于 Sdcb.Arithmetic 高精度……2.0 里依然一行都没用上。flag 屹立不倒。

一个纯 C# 的 3MB 宇宙

整个项目基于 .NET 10，C# 代码约 5000 行，HLSL 着色器不到 600 行，除此之外没有一行 C++。

物理核心：Sdcb.NBody 是一个 net10.0 的普通类库，标记了 IsAotCompatible，不依赖任何图形 API，拿到 Linux 上也能跑。天体数据按 SoA（结构数组）存成几个 double[]，算引力时用 Vector<double> 做 SIMD，天体多了再套一层 Parallel.For。核心循环大概长这样：

ReadOnlySpan<Vector<double>> PX = MemoryMarshal.Cast<double, Vector<double>>(px.AsSpan(0, n));
// ……PY、PZ、M 同理
for (int k = 0; k < PX.Length; ++k)
{
    Vector<double> dx = PX[k] - vxi, dy = PY[k] - vyi, dz = PZ[k] - vzi;
    Vector<double> r2 = dx * dx + dy * dy + dz * dz + veps;
    Vector<double> inv = one / Vector.SquareRoot(r2);
    Vector<double> s = M[k] * inv * inv * inv;
    sx += dx * s; sy += dy * s; sz += dz * s;
}

一个 MemoryMarshal.Cast 就把 double[] 当成向量数组来用，没有 unsafe，也不用手写 AVX 指令。三体、太阳系这类小场景走这条 CPU 路线，全程双精度；星系那种几万颗星的场景才交给 GPU。

渲染与界面：通过 Vortice 直接调 Direct3D 11，HLSL 着色器作为嵌入资源打进 exe，运行时编译；HUD 用 Direct2D 画毛玻璃；窗口是原生 Win32，没有 WinForms 也没有 WPF。

音乐：用 XAudio2 实时合成，仓库里一个音频文件都没有。

发布：Native AOT 单文件。Release 里的 NBody-win-x64.exe 只有 3.3MB，不用装 .NET 运行时，双击就能跑。另外还有中英文界面切换、F12 截图、按显卡自动选择画质档位。

谁说 C# 只能写 CRUD？

那一晚

从晚上 8 点多开始，到 11 点半多提交，前后大约三个半小时。

这期间我基本就是个"甲方"：偶尔运行一下，告诉它哪里报错了、启动时闪屏了、界面有点重叠，剩下的全是它自己搞定。中间它还给程序加了个截图参数，自己跑、自己截图、自己看图找问题，后来就不怎么需要我了。

最后的成果：77 个文件，新增 6396 行，删掉 1528 行。

账单

会话记录里，每一次模型调用的 token 数都有。我统计了一下：

输入差不多是输出的 200 倍。这是 Agent 干活的典型特征：每一轮都要把整个上下文重新喂一遍，真正写出来的代码反而没多少。

好在每一轮的上下文前缀几乎都和上一轮一样，绝大部分都能命中提示缓存。按 Anthropic 官方 API 价格折算，这一晚大约 25 美元。

我是用 GitHub Copilot 跑的，上面只是折算成 API 价格，给大家一个量级参考。25 美元、一个晚上，把一个烂尾了一年多的项目做成这样。

线上版：浏览器里也能玩

2.0 只能在 Windows 上跑。为了让手边没有 Windows 的朋友也能看看，第二天下午我又让它在我的网站上做了一个网页版：

👉 https://sdcb.ai/n-body

网页版是用 TypeScript 和 WebGPU 写的（不支持 WebGPU 的浏览器会退回 WebGL2），35 个场景、HUD、音乐都有。它相当于照着 C# 版重写了一遍，代码没有开源，这里就不展开了。推荐用新版的 Chrome 或 Edge 打开。

下载

• 源码：https://github.com/sdcb/n-body（MIT）
• 下载：Release v2.0.0 里的 NBody-win-x64.exe，双击即可运行
• 要求：Windows 10 及以上 x64，显卡支持 Direct3D 11

默认全屏启动，Esc 退出；想在窗口里跑，加上 --windowed 参数。常用按键：

最后

一年前，我在那篇文章里把"AI 辅助开发"列为三块拼图之一。现在看来，当时的我还是太保守了。而 C# 和 .NET 这块拼图，从一开始就是够用的：SIMD、并行、直接调 Direct3D、AOT 出一个 3MB 的 exe，这些它早就都能做，只是以前没人愿意花这么多时间去写。

交流

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