參數式畫出的旋輪圖(萬花尺)(AI 生成)

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2026.09.01

小時候玩的萬花尺(Spirograph):一個小齒輪在大齒輪裡面滾,某個齒孔插著筆,滾完一圈,紙上就留下漂亮的曲線。這是一條叫「內旋輪線(hypotrochoid)」的曲線,其實就是兩個函數:

R 是大齒輪半徑,r 是小齒輪半徑,d 是筆尖離小齒輪中心的距離。當 Rr 都是整數時,曲線會在剛好轉了某個圈數之後閉合;用最大公因數 gcd(r, R−r) 就能算出要轉幾圈,以及會畫出幾片花瓣。

畫完一朵就淡出,換一組新的 R:r:d 再畫,所以每一朵都不一樣。後來越玩越把它改成一組組「星群」:一次可能同時有兩三組齒輪各自滾動、交織出更複雜的花樣;有時小齒輪跑到大齒輪外側(外滾式的玫瑰線)、有時曲線左右鏡射變成對稱的萬花筒,調色也輪流換冰藍、焰火、極光、霓虹。筆尖像彗星一樣拖著一條漸淡的尾跡、沿切線噴出亮塵,畫完那一瞬間還會迸一圈光環當作「花開」。

全螢幕版(點一下換花、拖曳移動整幅花;iPhone 也支援)

仿作自 Rainbow Spirograph (p5.ai)Simulate Spirograph (p5.js examples),數學可以看 Hypotrochoid – Wikipedia