反応拡散シミュレーター(チューリングパターン)
Gray-Scottモデルの反応拡散をブラウザのGPUで計算し、斑点・縞・迷路などのチューリングパターンが育つ様子を観察できます。F–k地図をクリックして条件を変え、ブラシで描き、PNGで保存できます。
F–k地図:クリックかドラッグで設定
- 記事の実験で模様が出た条件(42中17)
- 全面が一様に埋まった条件(16)
- vが消えた条件(9)
- 破線より左:vの多い一様な状態が安定
- 実線より右:一様な定常状態はu = 1, v = 0だけ
- このページのプリセット
開始からのステップ数0
v > 0.25の面積—
塊の数—
主波長(格子)—
記事の3分類(9,000ステップ時点で判定)—
計算方式—
模様の上をドラッグするとvを置けます(Shiftを押しながら、または右ボタンでドラッグすると消せます)。地図をクリックするとやり直さずにFとkだけが変わり、今ある模様が新しい条件の模様へ変わっていきます。最初から始めるには「やり直す」を押してください。格子の上下左右はつながっているので、保存したPNGは継ぎ目なく並べられます。
このブラウザでは浮動小数点の描画先を持つWebGL2が使えないため、CPUで解像度を下げて計算しています。式は同じです。
設定の意味
Fはuの供給率、kはvの除去率です。DuとDvはuとvが広がる速さで、初期値は記事と同じ0.16と0.08(比は2)です。地図の点は記事で試した42条件の結果で、橙色が模様あり、灰色が全面が一様に埋まった条件、白抜きがvが消えた条件です。
まず試してみること
まず「迷路(縞)」「斑点」「分裂する斑点」などのプリセットを押して、模様が育つ様子を見てください。次に「拡散を等しく(Du = Dv)」を押すと、F・kは記事の迷路と同じなのに、中央の塊が広がらずに消えていきます。地図の上をドラッグすると、今ある模様が別の模様へ変わっていきます。
結果の見方
面積はv > 0.25のセルの割合です。記事と同じ基準で、90%を超えれば「一様に埋まった」、2%未満なら「ほぼ空」(記事の「消滅」)、その間を「模様」と分類します。記事は9,000ステップの時点で判定しています。主波長は空間フーリエ変換で測った模様の間隔(格子数)で、32格子までの範囲で探します。結果は初期状態・格子の大きさ・ステップ数で変わるため、記事の数値と完全には一致しません。