ReactionDiffusion Pro 图灵斑图实验室

ReactionDiffusion Pro · 图灵斑图反应扩散动力学实验室

项目简介

ReactionDiffusion Pro 是一款基于纯原生 HTML5、Canvas 2D 与 Web Audio API 构建的零依赖高保真非线性反应扩散动力学仿真系统。系统基于经典的 Gray-Scott 偏微分方程组（PDE）与 9 点离散加权拉普拉斯卷积算子，完整复现阿兰·图灵（Alan Turing）在形态发生学（Morphogenesis）中提出的自组织斑图生成机制，支持珊瑚迷宫、细胞分裂、生物豹纹、螺旋激发波、孤子脉冲与混沌湍流等多态自组织演化。

---

核心功能亮点

1. Gray-Scott 非线性反应扩散偏微分方程求解

• 反应扩散动力学微分方程组：

$$\frac{\partial u}{\partial t} = D_u \nabla^2 u - u v^2 + F(1 - u)$$

$$\frac{\partial v}{\partial t} = D_v \nabla^2 v + u v^2 - (F + k)v$$

• 9 点离散拉普拉斯卷积算子：采用相邻权重 0.2 与对角权重 0.05 的高精度各向同性离散模板，结合周期性环面拓扑边界条件。

• 多子步长加速迭代：每帧支持 2~24 步高频数值微步迭代，实现丝滑流畅的斑图自组织演化。

2. Pearson F-k 形态相空间导航与预设库

• 参数空间相图：实时映射供给速率 $F$ 与消耗速率 $k$ 在 Pearson 经典相图中的坐标位置。

• 丰富稳态预设：内置珊瑚迷宫（Coral Maze）、细胞分裂（Mitosis）、生物豹纹（Leopard Spots）、螺旋波（Spiral Waves）、孤子晶格（Solitons）与混沌湍流（Chaos）。

3. 3D 浓度拓扑高度场与多光谱色彩映射

• 3D 轴测高度场透视：将化学反应物 $V$ 的空间浓度场转化为三维立体网格拓扑。

• 6 大科学伪彩映射：支持荧光极光（Neon）、Turbo 光谱、深海生物发光（Bioluminescence）、热力火焰（Thermal）、电离祖母绿（Emerald）与 X-Ray 辐射色谱。

4. 实时香农斑图熵分析与 Web Audio 生化声景

• 信息熵与反应通量度量：实时统计 32-Bin 浓度直方图与香农信息熵 $H(V) = -\sum pi \log2 p_i$。

• 过程式声学听觉化：基于双振荡器锯齿波与低通共振滤波，将宏观反应通量与形态熵实时映射为生化环境声景。

---

系统架构

• 偏微分方程求解器 (PDE Core)：Gray-Scott 方程积分、9 点拉普拉斯卷积与 40,000 网格节点并行更新。

• 斑图色彩与交互渲染 (Visual Engine)：6 套伪彩色谱、ImageData 位图直绘与鼠标交互式反应物微区注射。

• 3D 拓扑与相空间 (Topological Navigation)：轴测高度场投影、Pearson F-k 相图导航与动力学工作点光标。

• 统计度量与生化声景 (Analytics & Web Audio)：香农斑图熵、浓度直方图时序与双振荡器生化环境声景。

---

开源仓库与使用说明

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

• 使用方法：直接在浏览器中双击打开 index.html 即可开始探索！