3MB 的 C# 程序，装下一整个宇宙：N·Body 2.0 发布

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：

csharp 复制代码

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：

项目	数值
模型调用	239 次
输入 token	约 6924 万
输出 token	约 35.3 万（其中推理 11.2 万）
工具调用	302 次（PowerShell 121、编辑 61、看文件 54、新建文件 47）
单次最大上下文	约 48.8 万 token
纯模型耗时	约 69 分钟

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：

按键	功能
左键拖动 / 右键拖动 / 滚轮	旋转 / 平移 / 缩放
`←` `→`	上一个 / 下一个场景
`↑` `↓`	加速 / 减速
`G`	场景画廊
`I`	切换积分器
`Shift` + 拖动	在沙盒里发射天体
`Tab`	隐藏界面
`L`	中文 / English
`H`	完整帮助

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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