Reação-difusão superficial reimplementável

Parte 7A do ODD. Esta especificação é autossuficiente para o transporte superficial; não descreve o solver de odor no grafo subterrâneo. Não usa RNG, DOM, Three.js ou informação dos agentes durante o transporte.

Domínio, estado e entradas

Grade retangular W×H, W/H inteiros positivos; h finito positivo é espaçamento. H representa linhas Z, não altura Y. Campo C contém W×H números finitos não negativos, em ordem i=z×W+x. Use Float64 e valores que não causem overflow.

Entradas: D≥0, lambda≥0, duração T≥0, vx/vz finitos, velocidades ausentes=0. D tem unidades h²/tick, v tem h/tick e lambda tem 1/tick do modelo. C é química abstrata; células iguais permitem conferir massa por soma(C), proporcional à massa física apenas se uma escala/unidade for definida externamente.

O campo começa zerado no mundo novo. Seu transporte corresponde, no interior, a difusão mais advecção e decaimento:

∂C/∂t = D ∇²C − ∇·(v C) − lambda C

Todas as faces externas têm fluxo total zero: não há vizinho fora da grade, perda por vento, wrap-around ou célula fantasma atmosférica. Com vento, isto é uma fronteira impermeável idealizada, não uma fronteira aberta de ar real.

Subpassos e discretização

Calcule exatamente o número inteiro de subpassos:

R = 4 D / h² + (abs(vx) + abs(vz)) / h
N = max(1, ceil(R T / 0.85))
delta = T / N
a = D delta / h²
bx = vx delta / h
bz = vz delta / h
f = exp(−lambda delta)

Cada subpasso lê apenas C antigo e começa um buffer B=C. Visite z de 0 a H−1 e x de 0 a W−1. Para cada célula i, processe apenas a face direita e a face Z+, quando os vizinhos existirem. Para j=i+1:

J = a (C[i] − C[j]) + bx * (C[i] se bx >= 0, senão C[j])
B[i] = B[i] − J
B[j] = B[j] + J

Para j=i+W, use a mesma expressão com bz. Não atualizar C enquanto se percorrem as faces: todos os fluxos usam o estado antigo. Depois de todas as faces:

C[i] = max(0, B[i] * f)  para todo i

Repita N vezes. Não aplicar evaporação antes de calcular os fluxos, não usar valores já escritos no buffer como doadores e não limitar C a 5 no transporte. O max protege arredondamentos; no domínio positivo estável não deve criar massa. R delta≤0,85 é um limite conservador que preserva positividade por doadora. A discretização não é solução analítica exata nem implicitamente independente do tamanho do passo: duas chamadas T=1 podem diferir de uma chamada T=2.

Formulação equivalente por célula

Para reimplementar sem repetir o laço de faces, cada vizinho cardinal j de i recebe uma taxa de saída. Se a direção i→j é (dx,dz), com componente±1:

r(i→j) = D/h² + max(vx*dx + vz*dz, 0)/h
novo[i] = max(0, (C[i]*(1−delta*sum_j r(i→j))
                  + delta*sum_j C[j]*r(j→i)) * f)

Somar só vizinhos internos. Esta forma lê todo o vetor antigo e produz outro vetor, podendo ter arredondamento ligeiramente diferente. A referência baixável usa esta formulação, sem importar o solver principal.

Acoplamento exato no Viveiro

No ambiente: W=40, H=26, h=0,5, T=1. Defina u=humidity/100:

D = 0.008 + 0.008 u
lambda = 0.012 + 0.012 (1−u)
vx = params.windX ou 0
vz = params.windZ ou 0

O transporte ocorre no início do tick, antes das operárias. Ao concluir movimento superficial carregando alimento, uma operária deposita na célula final. Indexação da posição mundial usa piso e clamp aos limites 0–39/0–25:

xCell = clamp(floor((xWorld+10)/20*40), 0, 39)
zCell = clamp(floor((zWorld+6.5)/13*26), 0, 25)
i = zCell*40+xCell
adicionado = max(0, min(0.25, 5−C[i]))
C[i] = C[i] + adicionado

A capacidade 5 limita apenas nova deposição; se C[i] já vale 6, adicionado=0 e C[i] continua 6. Esse depósito será transportado no próximo tick. Não existe fonte contínua de comida diretamente adicionando química nesta função.

Checagem e precisão

Sem depósito, a soma final deve ser somaInicial×exp(−lambda T), dentro do erro Float64. Sem evaporação, conserva soma. Campo zero continua zero. O campo de produção é atualizado in-place; a referência devolve cópia e preserva a entrada. O domínio descrito pressupõe entradas válidas; não promete validação exaustiva de todos os objetos JavaScript malformados na rotina de produção.

Vetores e derivação fixa casos pequenos e tolerância absoluta 1e-12. Correspondência numérica não mede composição química, vento físico ou calibração de D/lambda para uma espécie.