反应扩散 · 原理与代码

Gray-Scott 反应扩散模型。

运行逻辑

访问 `/canvas/reactdiff` 时，DemoHost 按 registry 的 `mod: 'kit-canvas'` 懒加载 `demos/kits/kit-canvas.js`，调用 `mount(host, { variant: 'reactdiff' })`。 mount 把 variant 解析为家族 `reactdiff`，`withControls` 生成控件面板（6 个预设 + 参数滑块）。 `createCanvasStage` 创建 `<canvas>`（HiDPI 上限 2×、ResizeObserver 自适应）和右侧信息面板。家族的 `build(S)` 初始化本 demo 的状态并返回每帧回调。每个 `requestAnimationFrame`：读取控件值，按速度缩放模拟时钟（dt 上限 50 ms），执行帧回调绘制；返回的读数写入信息面板。改变参数：颜色/速度/大小等即时生效，需要重建的参数触发重新挂载；离开页面时取消 rAF、移除监听并释放资源。

运行环境

Canvas 2D: 2D 画布绘图; requestAnimationFrame: 与屏幕刷新同步的动画循环; ResizeObserver: 画布随容器尺寸自适应; Pointer Events: 鼠标/触摸/触控笔统一事件; devicePixelRatio: HiDPI 清晰渲染（上限 2×） · react 18.3.1, react-router-dom 6.30.6, vite 5.4.21

引入的组件与依赖

react 18.3.1

引入的组件函数

withControls — 把演示包进统一控制面板（预设按钮、参数滑块、重置），参数变化时热更新或重挂载; paramsFromSpec — 把 spec（颜色/速度/大小/数量/额外参数）转换成控制面板参数定义; createCanvasStage — 共享 Canvas 2D 舞台：画布 + 信息面板、HiDPI、单一 rAF 循环、指针状态、自动演示指针; makeLayer — 离屏图层（拖尾/像素场）; rng — 可复现的伪随机数生成器（同一种子结果相同）; hexRgb — 颜色字符串 → [r, g, b]; clamp — 把数值限制在区间内; TAU — 常量 2π; fmt — 数字格式化（固定小数位）; F — 公式块 HTML; S.get — 读取当前控件参数; S.onFrame — 注册每帧回调，返回值进入信息面板读数; ctx.drawImage() — 把图像/离屏画布绘制到画布上; ctx.beginPath() — 开始一条新路径; ctx.arc() — 画圆弧/圆（圆心、半径、起止角）; ctx.stroke() — 描边当前路径

本 demo 代码

frontend/src/demos/kits/kit-canvas.js: FAM.reactdiff (L1141-L1189)

代码解释

L1143-1143: 控件定义（颜色/速度/大小/数量/额外参数）：图案颜色、笔刷半径、补给率 F、消耗率 k。 L1144-1144: 预设按钮：名称 → 参数覆盖值（6 个：珊瑚、条纹、斑点、迷宫、混沌、慢演化）。 L1145-1153: 信息面板内容：实时读数行 rows(v)、公式、说明、参数、步骤。 L1154-1188: 初始化函数：建立状态并返回每帧回调：用 Canvas 2D 的 `drawImage`, `beginPath`, `arc`, `stroke` 绘制；数学计算用到 `Math.min`, `Math.max`, `Math.round`, `Math.floor`, `Math.ceil`；返回读数 `cols`, `rows`, `F`, `k`, `steps`, `vm`, `vp` 给信息面板。

原理

∂U/∂t = D_U∇²U − UV² + F(1 − U) ∂V/∂t = D_V∇²V + UV² − (F + k)V D_U = 1，D_V = 0.5，∇² 用 3×3 卷积核想象两种化学物质：U 是“食物”，V 是“吃食物的生物”。V 碰到 U 就把它变成更多 V（UV² 项），同时 V 会以速率 k 死亡，U 以速率 F 被补充。两者都在扩散，但 U 扩散得比 V 快一倍。这种“快抑制、慢激活”的竞争会自发形成图灵斑图：斑马条纹、豹纹斑点、珊瑚、迷宫…… 改变 F 和 k 就能切换图案类型。指针会在经过处投放 V。

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