分形数学与艺术结合的明珠.doc

分形 数学与艺术结合的明珠大家注意到最近 google 图标变成这个样子很多人不明白，这是什么意思，其实这是为了纪念法国数学家Gston Julia是，他发现了在数论中有名的julia序列，就是在这个google LOGO上面看到的数学公式。通过这个数学公式可以在解析几何上实现很多不规则边的图形。学名，也叫做分形。我们在网上搜索了一些资料，为大家做一下分形这个图形学上的概念普及。认识分形作为一门新兴学科，分形不但受到了科研人员的青睐，而且因为其广泛的应用价值，正受到各行各业人士的关注。那么，在我们开始学习分形之前，首先应该明白的一件事情是：什么是分形？严格地而且正式地去定义分形是一件非常复杂而且困难的事情。但是，有一些不太正规的定义却可以帮助我们理解分形的含义。在这些定义中，最为流行的一个定义是：分形是一种具有自相似特性的现象、图象或者物理过程。也就是说，在分形中，每一组成部分都在特征上和整体相似，只仅仅是变小了一些而已。让我们来看下面的一个例子。下图是一棵厥类植物，仔细观察，你会发现，它的每个枝杈都在外形上和整体相同，仅仅在尺寸上小了一些。而枝杈的枝杈也和整体相同，只是变得更加小了。那么，枝杈的枝杈的枝杈呢？自不必赘言。如果你是个有心人，你一定会发现在自然界中，有许多景物和都在某种程度上存在这种自相似特性，即它们中的一个部分和它的整体或者其它部分都十分形似。其实，远远不止这些。从心脏的跳动、变幻莫测的天气到股票的起落等许多现象都具有分形特性。这正是研究分形的意义所在。例如，在道琼斯指数中，某一个阶段的曲线图总和另外一个更长的阶段的曲线图极为相似。上图中的风景图片又是说明分形的另一很好的例子。这张美丽的图片是利用分形技术生成的。在生成自然真实的景物中，分形具有独特的优势，因为分形可以很好地构建自然景物的模型。除了自相似性以外，分行具有的另一个普遍特征是具有无限的细致性。上面的动画所演示的是对Mandelbrot集的放大，只要选对位置进行放大，就会发现：无论放大多少倍，图象的复杂性依然丝毫不会减少。但是，注意观察上图，我们会发现：每次放大的图形却并不和原来的图形完全相似。这告诉我们：其实，分形并不要求具有完全的自相似特性。不管你信不信，上面的这张月球表面的照片也是用分形技术生成的。如果你把图片放大观看，也可以看到更加细致的东西。因为，分形能够保持自然物体无限细致的特性，所以，无论你怎么放大，最终，还是可以看见清晰的细节。Kohn雪花和Sierpinski三角形也是比较典型的分形图形，它们都具有严格的自相似特性（仔细看看，是不是这样？）。但是在前面说述的Mandelbrot集合却并不严格自相似。所以，用“具有自相似”特性来定义分形已经有许多局限了。分形实用经常有朋友问我“分形有何用？”。是的，分形作为一个新兴的基础理论有待于开发它的实用价值，而且分形的实用是分形理论得以普及的重要一步。 著名的鲁卡斯电影公司，在利用分形方法创造出与众不同的景观方面已做了一些开拓性的工作。这体现在影片杰蒂的轮回的剧情中，以及星际旅程：可汗的愤怒中的许多分形风景画上，其中最著名的是行星起源的演变序列图。而由理查德沃斯在计算机上制作的分形山已被IBM公司广泛地应用于宣传广告中。不仅如此，在美国分形明信片和分形广告在市场上也于1986年底首次推出，随后又推出了分形年历和分形贺年卡，甚至在青年人穿的恤衫、街道上的招贴画上也都印上了分形。在学术界，许多世界性刊物如美国科学家、科学、自然、今日物理、研究与发展、科学美国人以及非线性等等杂志的封面上或一些著作的封面上都出现过分形图案。在国内，我曾在公共汽车上看到过印有分形图案的棉衣和连衣裙，现在又出现了分形IC卡和分形扑克，至于分形用在书面设计上也已屡见不鲜。分形图形的错综、美丽和富于表现，不仅唤起一科学世界的想象力，同时也使人感受到它们与真实世界之间深奥的关系。苑玉峰老师认为分形图像有如下用途：1、制作成各种尺寸的装饰画（用卡纸装裱，可获得很好的装饰画效果）。2、用作包装材料图案，效果新颖。3、可以制作成各种尺寸的分形挂历、台历、贺卡等。4、应用于印染行业。5、装点科技馆、少年宫、旅游景点等。刘华杰博士认为:1、将高精度分形图形具体应用在建筑设计中，可以考虑将整面墙壁用一幅分形图装饰。2、研究分形建筑陶瓷纹样、分形纺织纹样设计及其印染工艺。3、设计分形时装。4、将分形图形用于信息加密防伪。5、印制分形贺卡、明信片和小台历。分形软件分形设计师 是用于IBMPC及其兼容机的交互式分形图象设计系统。使用者不必具有分形几何学的艰深知识，便可轻松绘制出精美的分形图象来。主要特点：界面友好，使用方便。软件所有编辑功能都以按扭的方式设置在界面上。功能强大，绘图丰富。软件内设150个分形生成器，以及放大参数调色变色闪烁色粗化二值图等编辑功能，几乎可生成无数幅分形图象。兼容性强，所生成的图象可被常用图像软件读取。本系统所生成的图案可用存盘功能存贮，其文件格式