ChladniCraft Pro 克拉尼图案与驻波共振实验室

ChladniCraft Pro · 二维驻波共振与克拉尼图案物理实验室

项目简介

ChladniCraft Pro 是一款基于纯前端技术栈（HTML5 Canvas 2D + Web Audio API + 二维驻波物理动力学引擎）构建的高保真声学与振动几何艺术工作台。

通过模拟金属平板在特定声波频率激励下的共振模态，计算驻波方程 $w(x, y) = a \sin(n \pi x / L) \sin(m \pi y / L) + b \sin(m \pi x / L) \sin(n \pi y / L) = 0$ 的空间分布。数千颗微粒在平板表面受振动加速度驱使，自发逃离振幅极大的波腹区域，汇聚到振动位移为零的节线（Nodal Lines）上，呈现出令人惊叹的克拉尼对称几何图形。

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核心功能亮点

1. 高精度二维声学驻波求解与微粒物理引擎

• 支持正方形平板与圆形平板的振动模态计算。

• 包含微粒动力学模拟：负梯度力驱散粒子远离波腹、随机布朗振动扰动与板边界弹性阻尼碰撞。

2. 多维可视化与 3D 拓扑网格

• 2D 粒子汇聚视图：支持 2000~12000 粒子的实时渲染与多种荧光配色（黄金砂、赛博青、极光紫、红宝石）。

• 3D 振幅拓扑网格：实时渲染平板三维位移场曲面，直观展示波峰、波谷与节线空间形态。

• 剖面驻波波形图：动态提取平板中心截面的位移波动曲线。

3. 经典克拉尼谐振模态库

• 经典双十字 $(1, 3)$

• 曼陀罗花纹 $(3, 5)$

• 同心棋盘 $(2, 4)$

• 六芒晶格 $(4, 6)$

• 迷宫编织 $(5, 7)$

• 高阶泛音 $(6, 8)$

• 自动扫频演化模式 (Auto Sweep)

4. Web Audio 过程式声学共鸣合成

• 基于模态公式 $f \sim c \sqrt{m^2 + n^2}$ 实时合成板载共鸣基频与泛音，实现真实的物理声学交互体验。

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系统架构

• 驻波场与模态计算：正方形与圆形平板的二维驻波波动方程解析求解。

• 微粒物理动力学：数千沙粒微粒在梯度力与随机扰动下的自组织演化。

• 3D 拓扑与断面剖析：三维等距网格曲面与驻波剖面波形同步渲染。

• Web Audio 声学共鸣：模态基频计算、双振荡器泛音合成与频域能量监控。

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开源仓库与使用说明

• 代码仓库：https://gitcode.com/wdxb/chladnicraft-pro.git

• 使用方法：双击直接在浏览器中打开 index.html 即可开始物理实验！