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机械三维仿真Skill machine

将一句机器名称转化为照片级、基于物理的交互式 3D 机械仿真：生成单文件 HTML 页面和 20–30 秒发布短片，包含真实尺寸与比例、PBR 金属/涂装/聚合物/玻璃材质、工作室灯光与软阴影、由求解器驱动的运动部件和真实数值（推力、扭矩、转速、流量、压力、效率），并支持爆炸、剖切、X 光、慢放、标注和故障破坏模式。

场景建模 0 次安装 2 次浏览 更新于 10/28/2026
名称 machine
描述 将一句话（“涡扇喷气发动机”“机械手表”“LVAD 心室辅助血泵”）转化为照片级、基于物理的交互式 3D 机械仿真，输出为单个 HTML 文件，并生成 20 到 30 秒的短片用于发布。真实比例以米为单位，真实材质（PBR 金属、涂料、聚合物、玻璃），带软阴影的工作室灯光，由小型求解器驱动的运动部件并计算真实数值（推力、扭矩、转速、流量、压力、效率），以及爆炸、干净截面封盖的剖切、X 光、慢放、标注和破坏等模式。只要有人要求构建、模拟、可视化、解释或“展示 X 如何工作”，对象是任何机器、发动机、机构、设备、仪器或硬件，或想要交互式 3D 模型或剖视图，或想要用于发布的机器视频，即使他们从未说出“仿真”或“three.js”，都应使用此技能。

机械技能

你构建机器的方式，就像产品摄影工作室拍摄机器、工程师讲解机器一样：真实物体、真实尺寸、真实材质、干净的摄影棚布景，并运行真实方程。一句话输入，输出一个 HTML 文件，一条命令生成短片。

输出始终为：

  1. <name>.html：一个自包含页面（来自 jsDelivr 的 three.js 0.170，工具包已内联）。它可以从磁盘、任意静态托管或 iframe 中打开。
  2. 一段短片：node scripts/record.mjs <name>.html out/<name>.mp4 --music freepd:<Category>/<Name>。

先打开 examples/。每个示例都由其页面顶部的一句话生成。examples/turbofan.html 是参考：在写任何内容之前，从头到尾阅读它。

标准

开始之前，想象观众在三秒后看到的画面。它必须已经看起来像真实机器的摄影棚产品照：正确的轮廓和比例，金属看起来像金属，纸面地板上投下柔和阴影，没有悬浮物，没有穿模，没有占位符。然后它动起来，屏幕上的每个数字都是计算出来的。

只要以下任一情况为真，结果就不算完成：

  • 机械师会预期的零件缺失（燃烧室里没有燃油喷嘴，手表里没有擒纵机构，发动机里没有气门）
  • 有东西悬浮、相交，或在连接处有明显的接缝或间隙
  • 材质本应是金属却看起来像塑料，或者所有东西都是同一种灰色
  • 屏幕上的数字是手打的，而不是由求解器计算出来的
  • 剖切显示的是空心壳体，而不是实心截面
  • 短片的第一帧不漂亮

工作流程

1. 研究真实机器（5 分钟，不写代码）

在机器脚本顶部的注释块中写下（根据你的知识，如果有网络也可查网）：

  • 真实尺寸，以米为单位，列出定义轮廓的 5 到 10 个零件（涡扇：风扇直径 2.85 m，长度 4.9 m，短舱最大直径 3.44 m）。
  • 零件清单，按装配顺序排列，每个零件带材质。目标为 15 到 40 个命名零件；重复零件（叶片、齿、螺栓、线圈）逐个计数。
  • 使它工作的物理原理，写成 3 到 6 个你实际会计算的方程，带真实常数和工作点（涡扇：布雷顿循环，起飞时 N1 100%，OPR 42，T4 1,750 K，约 330 kN）。
  • 观众最关心的一个数字：主角数值（推力、扭矩、每小时节拍、流量、功率）。它配有一个巨大的衬线读数和一个细条。
  • 观众想驱动的输入：一个滑块（油门、风速、转速、泵速、研磨粒度）。
  • 破坏：工程师担心的失效，以及求解器说会发生什么（风扇叶片飞脱与不平衡载荷，超过红线后的气门浮起，泵失速，超压）。这必须是计算出的后果，而不是动画。

2. 从模板构建页面

将 kit/template.html 复制为 <name>.html。它包含 import map（固定 three@0.170.0）、字体、一个用于放置工具包的标记块，以及你要填写的四个部分：

const { THREE, Lab, MAT, GEO, heatGlow, clamp, lerp, approach, fmt } = window.LabKit
const lab = new Lab({ prompt, no, title, sub, size, view, cut })   // 1. 实验室
// 2. 零件      lab.mesh(GEO..., MAT..., { name, pos, explode, xray, count })
// 3. 求解器     lab.hero(...); lab.slider(...); lab.onTick((dt, lab) => { ... lab.setHero(...) })
// 4. 破坏、解释、短片      lab.breakIt(...); lab.how(...); lab.autoFilm(...); lab.start()

复制后立即运行 node <skill dir>/scripts/inline.mjs <name>.html：它会把工具包粘贴到标记块中，使页面无论位于何处都是单个自包含文件（模板中的 src="../kit/lab-kit.js" 只在此仓库内可解析）。然后在第二个 script 块中编写你的机器。

3. 几何：真实尺寸的真实实体

在机器自身坐标系中以米为单位工作，Y 向上，除非设置 ground，否则地板位于 y = 0。将 size 设为最长真实尺寸；工具包会缩放显示，使每台机器在布景上占据相同大小，比例尺显示真实尺寸。

  • 圆形零件（轴、盘、壳体、喷嘴、锥体、整流锥、活塞、表圈）：使用 CLOSED 轮廓的 GEO.lathe([[r, y], ...])。壁：GEO.shell(profile, thickness)，管：GEO.tube(rOut, rIn, h)，倒角盘：GEO.disc(r, h)。棱角保持锐利，曲线自动平滑着色。
  • 叶片和导叶：GEO.rotor({ count, axis, r0, r1, chord, thick, camber, twist, pitch, sweep }) 构建真实的带弯度、扭转的翼型（NACA 厚度）作为闭合实体，并环绕排列。弦长、厚度和弯度可使用 [root, tip] 数组。
  • 齿轮：GEO.gear({ teeth, module, width, bore, helix, spokes, rim })。两个齿轮按中心距 (z1 + z2) * module / 2 啮合，并以齿数反比转动，错开半个齿。
  • 管道、软管、线缆：GEO.pipe(points, r)（闭合、带端盖）。沿结构从端口到端口布置，绝不能穿过零件。
  • 紧固件：每个法兰上使用 GEO.bolts(n, R, size, h)。弹簧：GEO.spring(R, wire, turns, len)。盒子：GEO.rbox(w, h, d, r)（始终圆角，绝不尖锐）。带孔板：GEO.extrude(shape, depth)。
  • 质量和惯量来自几何：GEO.volume(geo) 给出体积和质心，乘以真实密度。

保持干净的规则：

  • 每个零件都是闭合实体（lathe 轮廓闭合，壳体有厚度，管道带端盖）。这正是剖切能绘制实心截面的原因。开放表面在剖切时会显示为空心。
  • 没有明显相交，没有悬浮。 每个零件都与其支撑物接触（法兰坐在面上，轴在轴承中运行，支柱到达地板）。在特写中检查连接处。
  • 把细节放在视线所及处：法兰上的螺栓圈、倒角、唇边、铭牌、燃油管、线束。大平面要有接缝、分模线或纹理饰面。
  • 给机器一个底座：支架、托架、基座、工作台或安装座，脚落在地板上。机器在现实中很少悬浮。
  • 预算：最多约 70 万三角形和 200 个网格。用 GEO.merge / GEO.ring 合并重复的静态零件；保持运动组分离。

4. 材质：绝不用单一灰色

使用 MAT.* 预设；它们带有实测反射率，使钢、钛、铝、黄铜和铜并排看起来不同。每个预设都接受覆盖项（color、roughness、clearcoat、任意 MeshPhysicalMaterial 字段）和 finish（微粗糙度纹理：车削零件的 turned 环纹、brushed 拉丝、cast 铸造斑驳、smudge 污迹、knurl 滚花）。

用途 预设
轴、盘、机加工零件 MAT.steel、MAT.stainless、MAT.chrome
壳体、铸件 MAT.aluminium、MAT.castIron、MAT.steelDark
叶片、航空航天 MAT.titanium、MAT.inconel（+ heatGlow）
接头、布线 MAT.brass、MAT.copper、MAT.gold
喷漆机身 MAT.paint({ color })、MAT.satin、MAT.anodised({ color })
聚合物 MAT.plastic、MAT.rubber、MAT.carbon
窗户、晶体 MAT.glass、MAT.sapphire、MAT.ruby、MAT.enamel
光、火焰、热气体 MAT.glow、heatGlow(material, kelvin)

像工业设计师一样选择调色板：以金属为主，加一两种涂料颜色，最多一个强调色。热零件根据求解器温度发光（material.userData.heat.value = T）。

5. 求解器：要么真实数字，要么没有

写一个小型纯函数，从输入和状态计算你显示的每个数字，使用真实单位和真实常数。用 approach（一阶滞后：加速、热质量）或 rk4（弹簧、擒纵、摆）积分动力学。然后由它驱动运动：求解器给出的 rpm 转动轴，流量移动粒子，温度加热金属。

  • 一个主角：lab.hero({ label, unit, max })，然后每 tick 调用 lab.setHero(value, { state, sub, bad })。state 是两到三个词（加速中、起飞、阻塞流）。sub 是一行，包含另外 2 或 3 个数字。
  • 一个滑块：lab.slider({ id, label, min, max, value, unit, ends })。只有在机器确实需要时才用第二个。
  • 标签挂在静态零件上，位于剖切平面上的点：lab.label(obj, 'HP turbine', { at: [x, y, z], value: () => '12,979 rpm' })。
  • lab.how(words, equations) 填充“如何计算”：用平实语言描述模型，以及代码中写出的方程。说明哪些是简化的。
  • 如果运动太快看不清（2,700 rpm 的风扇），显示慢放并在 how 中说明（“旋转以 1:60 显示”）。绝不放慢数字。
  • 用第 1 步写下的公开数据对工作点做合理性检查。如果偏差超过约 20%，修正模型，而不是修正数字。

6. 流动、热与效果

  • lab.flow({ paths, count, length, color, parent })：沿你根据真实流道构建的路径移动的流线（空气穿过管道、血液穿过泵、水穿过磨盘）。用求解器设置 .speed，用 lab.state.cut 设置 .opacity，使它们能在剖切中显示。按计算量（温度、压力）着色。
  • lab.plume({ radius, length, dir, color: 'rocket' | 'jet', shocks })：带马赫环的尾焰；用求解器设置 .power。
  • lab.sparks.emit(worldPos, n, speed) 和 lab.shed(mesh, v, w) 用于破坏：火花在重力下下落并反弹；飞脱零件成为刚体并落到地板上。

7. 模式（工具包负责，你做设置）

  • 爆炸：每个 lab.add/lab.mesh 接受父级坐标系中的 explode: [dx, dy, dz]（米）。让零件沿其装配轴移动，外壳最远，核心保持不动。任何东西在移出过程中都不应相互穿插。
  • 剖切：在 Lab 上设置 cut: { a, b, center, reach }。a 和 b 是被移除区域的方向：a = [0,0,1], b = [0,1,0] 移除朝向观察者和上方的四分之一（最适合有轴线的物体）；b = a 移除一半。每个闭合实体都会自动绘制截面面，并带淡色剖面线。
  • X 光：外壳上的 xray: 'shell' 会将其变为带细边缘的玻璃，使核心在运行时可见。
  • 慢动作、标签、暂停免费提供（按键 S、L、Space）。交互部分包括鼠标环绕、滑块和按钮。
  • 破坏它：lab.breakIt({ label, run(lab), reset(lab) })。run 改变求解器状态（叶片释放、气门卡住、密封爆裂），求解器计算后果。在主角数值中显示（bad: true），并用火花、碎片或震动表现。

8. 像评论家一样观察它（必需）

渲染并阅读你制作的每一张图像。使用脚本：

node scripts/shot.mjs <name>.html out/review.png                               # 第一眼
node scripts/shot.mjs <name>.html out/cut.png --js "lab.toggle('cut', true); lab.toggle('labels', true)"
node scripts/shot.mjs <name>.html out/near.png --js "lab.setView({ az: 70, el: 8, dist: 0.8, target: [x, y, z] })"
node scripts/shot.mjs <name>.html out/film --film 1,4,8,12,17,22,26                 # 短片静帧

至少进行四轮审查。每轮中：整体视图、带标签的剖切、爆炸视图、两个连接处特写，以及短片静帧。与你记忆中该机器的真实产品摄影比较：比例、零件数量、材质、光线如何落在其上。列出问题，修正，再次渲染。只有当列表为空时才停止。shot 脚本会打印 fps、零件数和三角形数；保持交互帧率高于 30。

9. 短片

lab.autoFilm({ runBeat, runSub, breakBeat, breakSub, sliderTo }) 根据你的机器编写标准的 28 秒故事，以编号节拍和编辑字幕呈现：

  1. 一句话就是整个简报（提示条自行输入）。
  2. Claude 构建机器（零件按装配顺序飞入，计数器攀升：“84 / 3,597 个零件”）。
  3. 它运行（光标拖动滑块；主角数字由求解器攀升）。
  4. 剖开它（截面封盖、带实时数值的标签）。
  5. 拆开它（爆炸）。
  6. 破坏它（光标点击破坏按钮；求解器决定什么失效）。

它会循环：最后一个相机关键帧返回第一个。对于自定义短片，使用 lab.film('name', { len, assemble, shots, events })：shots 是相机关键帧 { t, az, el, dist, target, fov }，events 是 { t, beat: ['07', 'Bold sentence.', 'Grey sentence.'], set: { cut: 1 }, slider: { id, to, dur }, cursor: { to: 'slider:id:0.8' | 'button:break' | [x, y], click: true }, do(lab) {} }。

录制（需要 Node 18+、带 Chromium 的 Playwright、ffmpeg）：

node scripts/record.mjs <name>.html out/<name>.mp4 --music freepd:Classical/Easy_Lemon
node scripts/record.mjs <name>.html out/<name>-portrait.mp4 --w 1080 --h 1350

页面在短片模式下运行（?film=1）：其时钟只在录制器步进时移动，因此每一帧都完整，且每次拍摄的短片完全相同。录制器会防范无头 GPU 卡住时可能返回的洋红色帧，并扫描完成的短片；如果有任何粉色帧，它会以非零状态退出。FreePD 的音乐是 CC0；仍请注明曲目。

屏幕上的文字

页面是编辑式的，不是仪表盘：一个提示条，一个带斜体副标题的衬线标题，一个配斜体单位的巨大数字和一条细条，一行辅助数字，一个滑块。像好的图注一样写作：简短、具体、不夸张，使用真实单位并带空格（338 kN、1,750 K、4.2 L/min），千位分隔。

节拍字幕是一句粗体句子和一句灰色句子。

交付时说什么

给出 HTML 文件的路径、短片命令、求解器达到的工作点与公开数据的对比，以及你简化了什么。提供下一台机器。