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烟雾流体模拟 - 实时Canvas追踪

模拟 物理 模拟 流体 烟雾
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FPS: 60 粒子: 0
移动鼠标产生烟雾 · 点击产生浓烟
常见问题与知识
什么是Canvas实时流体模拟？
Canvas实时流体模拟是利用HTML5 Canvas API在浏览器中实时渲染流体运动效果的技术。它通过粒子系统或网格计算方法，在每帧（通常60fps）更新流体状态，模拟烟雾、火焰、水流等自然现象。本工具采用粒子叠加+运动模糊的方式，通过大量带径向渐变的粒子在Canvas上累积，形成逼真的烟雾流体效果。鼠标追踪则实时捕获用户交互，将鼠标移动转化为流体扰动力场。
烟雾模拟的核心算法原理是什么？
本工具使用粒子系统 + 帧间累积模糊的混合方法：
1. 粒子生成：鼠标移动轨迹上生成大量微小粒子，每个粒子携带位置、速度、生命值等属性。
2. 物理模拟：粒子受浮力（上升）、布朗运动（随机湍流）、鼠标涡流力场共同作用。
3. 渲染技巧：每帧用半透明深色覆盖画布（产生拖尾/扩散效果），再绘制所有粒子的径向渐变光斑，叠加后自然形成浓淡变化的烟雾形态。
4. 涡流效果：鼠标快速移动时，周围粒子受到切向力，产生旋转涡流，增强流体真实感。
粒子数量对性能有何影响？如何优化？
粒子数量是影响Canvas渲染性能的关键因素。每个粒子需要计算物理更新和绘制径向渐变，在60fps下：
• 桌面端：可流畅处理500-800个粒子
• 移动端：建议控制在200-300个粒子以内
优化策略包括：限制最大粒子数、使用对象池避免频繁GC、移动端自动降低生成率、使用requestAnimationFrame同步刷新率。本工具实时显示FPS和粒子计数，方便用户根据设备调整参数。若FPS低于30，建议降低"生成率"或"持久度"。
Canvas如何实现高DPI（Retina）屏幕的清晰渲染？
高DPI屏幕（如Retina显示屏）的设备像素比(devicePixelRatio)通常为2或3。若直接使用CSS像素设置Canvas尺寸，图像会被放大导致模糊。正确做法是：
• Canvas的width/height属性设置为 CSS尺寸 × devicePixelRatio
• Canvas的CSS样式尺寸保持不变
• 使用ctx.scale(dpr, dpr)缩放绘图上下文
这样所有绘制操作使用逻辑像素坐标，但实际渲染到更高分辨率的像素缓冲区，确保清晰度。本工具已内置此处理。
烟雾模拟有哪些实际应用场景？
烟雾流体模拟技术广泛应用于：
• 游戏开发：爆炸、魔法特效、环境雾气
• 影视特效：预可视化烟雾、火焰模拟
• 数据可视化：气流、污染物扩散模拟
• UI交互：鼠标拖尾特效、页面过渡动画
• 艺术创作：生成艺术、交互装置
• 教育培训：流体力学可视化教学工具。本工具可作为这些领域的原型参考或创意工具使用。
如何保存烟雾效果为图片？
点击"截图保存"按钮即可将当前Canvas画面导出为PNG图片。技术原理是调用canvas.toDataURL('image/png')方法将像素数据编码为Base64数据URL，然后创建隐藏的下载链接自动触发浏览器下载。导出的图片分辨率为Canvas的实际像素尺寸（已适配高DPI），可达到2K甚至更高清晰度。您也可以右键点击Canvas直接"另存为图片"。
移动端使用体验如何？
本工具针对移动端做了全面优化：
• 支持触摸事件，手指滑动即可产生烟雾轨迹
• Canvas高度自适应屏幕（约42vh）
• 粒子数量自动限制，确保流畅运行
• 控制面板响应式堆叠，单手可操作
• 自动烟雾源在移动端默认开启，无需持续触摸也能观赏效果
• 使用touch-action: none防止页面滚动干扰Canvas交互。在iPhone和Android主流机型上均可获得45-60fps的流畅体验。
什么是涡流（Vorticity）效果？
涡流是流体力学中的旋转运动现象。在本模拟器中，当鼠标快速移动时，会在鼠标周围产生一个切向力场，推动附近粒子围绕鼠标位置旋转。这个效果模拟了真实流体中物体快速穿过时产生的涡旋（如手指划过烟雾）。技术实现上，计算粒子到鼠标的向量，施加垂直于该向量的力，力的大小与鼠标移动速度成正比。湍流强度参数可调节此效果的强弱。
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