Stem Illustration

stem-illustration

面向 STEM（科学、技术、工程、数学）领域的 AI 图像生成 Skill，专注生成科研示意图、教学插图、技术架构图等概念性图像，覆盖生物医学、化学、物理、工程、数学 6 大学科。

何时使用

• 用户要生成科研示意图、机制图、流程图、流程海报、教学插图、学术图、技术架构图
• 用户提供主题/论文/概念/数据，期望出一张图（不限于"科研"，包括科普、教学、产品技术图）
• 学科关键词触发：信号通路、pathway、mechanism、细胞结构、anatomy、实验流程、workflow、质粒、plasmid、机器学习、neural network、力学、电路、化学结构、数学概念、信息图、海报、截面、爆炸图

不适用

• 真实实验数据图（散点/柱状/线图，学术诚信）→ 拒绝并提示使用 GraphPad/Origin/Python matplotlib
• 照片级写实（人像/风景/产品摄影）→ 用通用生图 skill
• 创意插画/卡通角色 → 用通用生图 skill

生图配置

复用 scripts/generate_image.py，自动兼容 OpenAI 同步 API 和 apimart.ai 异步 API。

.env 字段：

模板：.env.example（含 STEM 推荐参数说明）。

推荐尺寸

核心流程（Brief / Prompt 模式，10 步）

1. 收集最小输入：学科、图表类型、目标受众、关键术语清单、尺寸/比例、语言
2. 匹配场景模板（24 个，见 references/templates/）
3. 选择变体：academic / textbook / infographic / 3d-render
4. 套用学科提示（模板的 category_tips）
5. 应用 STEM Prompt 铁律（见下）
6. 组装 9 段 Prompt（见下）
7. 应用 Campaign Style Lock（多图任务）
8. 自检（见 QA 清单）
9. 输出视觉简报（中文，含 Prompt + 调用方式）
10. 若用户明确要求生图 → 调用 scripts/generate_image.py

最小输入

至少包含：

• 学科：生命科学/医学/化学/物理/工程/数学
• 图表类型：模板 ID（如 signaling-pathway、experimental-workflow）
• 目标受众：K-12 / 高中 / 大学 / 研究生 / 同行研究者 / 公众科普
• 关键术语清单：蛋白质名、化合物、公式等需准确呈现的术语
• 尺寸/比例：见上表
• 语言：中文 / 英文 / 双语

通用 Prompt 结构（9 段）

1. Type：图表类型（scientific mechanism diagram / data infographic / system architecture / ...）
2. Subject：主题（具体内容）
3. Layout：布局（top-to-bottom / left-to-right / 2x2 grid / radial / ...）
4. Style：风格（flat vector / textbook illustration / 3D render / infographic / ...）
5. Color scheme：用 hex 码（#2563eb、#10b981 等）
6. Labels：字体（中文 SimHei/Microsoft YaHei；英文 Arial/Helvetica；蛋白质名用标准基因符号；解剖术语拉丁名斜体）
7. Quality：4K / publication-ready / journal style
8. Constraints：禁止虚构、禁止错误方向、必须包含的关键元素
9. Background：white / dark / gradient / transparent

STEM Prompt 铁律（10 条，强制）

1. 颜色用 hex 码：#10b981 激活、#ef4444 抑制、#3b82f6 膜蛋白、#2563eb 数据主色
2. 方向显式声明：top-to-bottom vertical cascade、left-to-right horizontal flow、clockwise / counter-clockwise
3. 字体明确指定：中文 SimHei/Microsoft YaHei 粗体；英文 Arial/Helvetica
4. 术语标准化：用 MAPK/ERK 不用"细胞信号"；用 B-form DNA 不用"DNA"；解剖术语拉丁名斜体括注
5. 分辨率和比例：期刊图 4K，PPT 2K；单栏 4:3，双栏 16:9，垂直机制图 3:4
6. 否定清单：禁止虚构数据/认证/相互作用/通路分支；禁止箭头方向错误
7. 标注规范：激活实线、抑制虚线（T 型）；磷酸化用红圈 P；显著性 */**/*** 对应 p<0.05/0.01/0.001
8. 中英混排：线粒体 (Mitochondria)，中文为主时英文括注；中英字号协调
9. 多子图编号：A/B/C/D 加粗置于子图左上角
10. 期刊合规：禁止用 AI 生成真实实验数据图（scatter/bar/line），仅限概念示意图

两阶段工作流（复杂任务）

Architect 阶段（LLM 分析）

输出 [VISUAL SCHEMA]：

Copy code
LAYOUT: 2x2 grid of 4 panels
PANEL A: [Top-left] Experimental workflow (5 steps)
PANEL B: [Top-right] Representative Western blot image
PANEL C: [Bottom-left] Quantification bar chart
PANEL D: [Bottom-right] Mechanism diagram
COLOR: Blue #2563eb primary, gray #6b7280 secondary
PANEL LABELS: A/B/C/D bold top-left
SHARED: Scale bar, statistical markers */**

Renderer 阶段（LLM 转 Prompt）

将 Schema 翻译为 9 段 Prompt，套用铁律，生成最终生图 Prompt。

⚠️ 能力边界（重要：何时不要用本 Skill）

AI 生图模型（gpt-image-2、DALL-E、Midjourney、Stable Diffusion 等）是模式匹配器，不是几何引擎。它们能渲染"看起来对"的图，但无法保证：

• 平行线真正平行、直角真正是 90°
• 三角形真正全等（边长精确相等）
• 几何关系与公式严格对应
• 公式/文字无拼写错误

✅ AI 生图适合（推荐用本 Skill）

• 概念示意图、流程图、信息图
• 信号通路、细胞结构（标注准确即可，几何不必精确）
• 机械结构剖视图（视觉清晰即可）
• 海报、封面、教学插图
• 风格化、装饰性、教学性图表

❌ AI 生图不适合（必须用代码生成或人工绘制）

• 数学严格证明图（如勾股定理、欧几里得几何证明、向量/矩阵图）
• 坐标图、函数图像（坐标系、抛物线、正弦曲线等）
• 精确构造图（如圆的内接多边形、角平分线、相似三角形证明）
• 电路图、化学结构式（精确键长/角度）——除非是教学示意图
• 数据图（柱状图/折线图/热图）——必须用 matplotlib/plotly 等代码工具

🛠️ 严格几何/数学图的正确做法

使用 scripts/generate_geometry.py（基于 matplotlib），或：

• matplotlib + matplotlib.patches：精确绘制多边形、角度标记、面积填充
• TikZ / pgfplots（LaTeX）：学术论文级数学图
• GeoGebra：交互式几何
• Asymptote：精确几何编程
• desmos.com / Wolfram Alpha：函数图像

判断原则：如果图需要"几何正确性"才能传达信息（数学证明、精确数据图、坐标变换）→ 必须用代码生成。如果图只需要"视觉传达"概念（流程、机制、结构）→ 可以用 AI 生图。

场景模板系统

24 个模板位于 references/templates/，按场景编号：

每模板字段：id / name / keywords / trigger_phrases / prompt_template / defaults / variants / category_tips / examples / accuracy_tips / supports_image_reference。

学科适配

Campaign Style Lock（多图任务，强制）

整套论文 Figure、系列教学卡、教材插图集必须锁定：

• 固定色板：2-3 主色 + 1 强调色，全部 hex
• 统一字体：中文一种 + 英文一种
• 统一箭头/线条：线宽、颜色、端点一致
• 统一背景：纯白 #FFFFFF 或浅灰 #F8FAFC
• 统一标注框：圆角矩形、半透明白底
• 禁止漂移：不因新图而改变主色、字体、线宽

多子图组合规则

• 标签 A/B/C/D 加粗置于子图左上角
• 子图间风格统一（字体/线宽/配色）
• 共享坐标轴和比例尺
• 统计标记一致（*/**/***对应 p<0.05/0.01/0.001）
• 化合物编号、分子量标记跨子图一致

期刊合规与学术诚信（强制）

允许（概念示意图）

• 信号通路、机制图、流程图、架构图
• 细胞/解剖/化学结构示意
• 教学插图、概念信息图、海报
• 理论模型示意、工作原理图

禁止（学术不端）

• 用 AI 生成真实实验数据的统计图：散点图、柱状图、线图、箱线图
• 虚构蛋白质相互作用、通路分支
• 虚构 Western blot 条带、PCR 凝胶图、显微镜图像（应提供真实图像）
• 虚构认证、评分、销量、评价（电商同理）
• 虚构化学反应机理、电子转移方向

→ 如用户要求，拒绝并提示使用 GraphPad/Origin/Python matplotlib/seaborn。

直接生图规则

用户明确要求"生图/出图/render/生成"时：

1. 用 scripts/generate_image.py 调用 API
2. 命令示例：

   bashCopy code
   # 从 Prompt 文件生图
   python scripts/generate_image.py --prompt-file ./prompt.txt --size 3:4 --resolution 2k
   
   # 从 stdin/字符串生图
   python scripts/generate_image.py --prompt "..." --size 16:9 --resolution 2k
   
   # 参考图生图（图生图）
   python scripts/generate_image.py --prompt "..." --image ./reference.png --size 1:1
   

3. 生图前向用户确认：学科、模板 ID、变体、尺寸、风格

QA 自检清单（强制）

• 术语准确性（对照 KEGG/UniProt/IUPAC/ISO 等权威标准）
• 方向/箭头正确（激活实线、抑制虚线 T 型、磷酸化红圈 P）
• 比例和层级正确（细胞器大小、树的层级）
• 颜色符合色盲友好标准（避免纯红绿对比）
• 中文字笔画准确（放大 200% 核对）
• 未虚构实验数据/认证/相互作用
• 多子图编号一致（A/B/C/D）
• 已应用 STEM Prompt 铁律 10 条
• 已匹配正确场景模板
• 多图任务已应用 Campaign Style Lock
• 已选择合适尺寸和分辨率
• 已套用学科 category_tips

常见翻车点与防护

输出格式（中文）

向用户输出时使用以下结构：

Copy code
**【视觉简报】**

**学科**：生命科学（细胞信号通路）
**模板**：signaling-pathway
**变体**：academic（Nature 期刊风格）
**尺寸/分辨率**：3:4 / 2K
**目标受众**：研究生

**核心元素**：
- 脂双层 + RTK 受体（跨膜）
- RAS-RAF-MEK-ERK 级联
- 核内转录因子激活
- 磷酸化用红圈 P 标记

**配色**：
- 激活 #10b981
- 抑制 #ef4444
- 膜蛋白 #3b82f6

**Prompt**（英文，可直接用于生图）：
[Scientific signaling pathway diagram, ... 完整 Prompt]

**调用方式**（如需生图）：
python scripts/generate_image.py --prompt-file ./prompt.txt --size 3:4 --resolution 2k

与 ecom-details-image 的关系

本 Skill 复用了 ecom-details-image 的生图脚本（统一 OpenAI/apimart 接口），在电商图场景之外扩展了 24 个 STEM 场景模板，并强制了学术诚信和科学准确性的更高要求。