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Mandelbox

Une application pli-et-échelle inspirée du Mandelbox de Tom Lowe (2010) : réflexions en boîte, pliage radial et mise à l'échelle transforment une itération en pièces et en murs.

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Carte Mandelbox bidimensionnelle avec des chambres aux arêtes franches et des renfoncements imbriqués façon forteresse, dans des bleus froids
La carte inspirée du Mandelbox de FractalPark : murs droits, angles droits et renfoncements en couches comme l'intérieur d'une forteresse cristalline.

Vue d'ensemble

La plupart des formules fractales commencent par une mise au carré, comme z² + c. Le Mandelbox choisit une autre voie : un pli en boîte renvoie les coordonnées situées hors d'un cube fixe vers ses faces ; un pli radial, ou pli en boule, inverse ensuite ou met à l'échelle un point selon sa distance à l'origine ; une échelle uniforme étire ou compresse le résultat avant d'ajouter c. Répétez la séquence et ce sont les plis — pas la mise au carré — qui construisent la structure.

Les réflexions et les inversions n'exigent pas un nombre particulier de dimensions, la construction fonctionne donc dans n'importe laquelle. FractalPark dessine une variante bidimensionnelle qui conserve le même cœur pli-et-échelle dans le plan complexe.

Cette carte de paramètres ne s'adoucit pas en courbes familières de polynômes. Elle découpe des chambres aux arêtes franches, des fortifications imbriquées et des passages qui semblent tirés d'un plan d'architecte. Sa frontière sépare les orbites bornées — celles qui restent à portée — des orbites en fuite. Zoomez et le bord dentelé, auto-similaire, ramène le motif de la boîte à plus petite échelle.

Les mathématiques

Itération par pliage et mise à l’échelle

z(n+1) = scale times ballFold(boxFold(z(n))) + c

Chaque étape fait passer l’orbite par quatre opérations : pliage en boîte, pliage radial, mise à l’échelle, puis décalage de c.

Le pliage en boîte traite une coordonnée à la fois. Prenez une composante a de z. Au-dessus de 1, elle est réfléchie selon a → 2 − a ; au-dessous de −1, selon a → −2 − a. Les composantes dans [−1, 1] ne changent pas. Le plan extérieur se replie vers le carré central.

Vient ensuite le pliage en boule, qui examine le module au carré r² = |z|². Si r² < 0.25 (|z| < 0.5), multipliez le point par 4 et éloignez-le de l’origine. Si 0.25 ≤ r² < 1, inversez-le par rapport à la sphère unité : z → z/r² ; ainsi, un rayon m devient 1/m. Les points pour lesquels r² ≥ 1 ne changent pas. Les points proches sont déplacés vers l’extérieur ; la bande intermédiaire s’inverse par rapport à la sphère unité. Ces opérations créent l’interface instable derrière les couches anguleuses du Mandelbox.

Essayez z₀ = (1.5, 0) avec l’échelle s = 2. Le pliage en boîte réfléchit x = 1.5 en x = 0.5. Puisque r² = 0.25 appartient à la bande intermédiaire, le pliage en boule l’inverse : z = z/r² = (2, 0). La mise à l’échelle par 2 donne (4, 0), et l’ajout de c achève l’étape. En partant plutôt de l’origine, vous êtes dans la bande la plus interne : le pliage en boule la multiplie par 4 — elle reste l’origine —, donc le premier itéré arrive exactement sur c.

Histoire

Le Mandelbox a été présenté pour la première fois par Tom Lowe (connu en ligne sous le nom de Tglad) au début de 2010, sur la communauté FractalForums. Lowe expérimentait des opérations de pliage itératives dans trois dimensions — réflexions en boîte et inversions sphériques — afin de voir si elles pouvaient produire des structures bornées et auto-similaires analogues à l’ensemble de Mandelbrot. Les résultats ont aussitôt été reconnus comme une nouvelle classe de fractales, et le nom « Mandelbox » a été adopté à la fois en hommage à l’ensemble de Mandelbrot et en raison de la forme de boîte de l’ensemble lorsqu’il est visualisé.

La découverte a suivi de près le Mandelbulb de 2009 de Daniel White et Paul Nylander, qui avait ravivé l’intérêt des amateurs pour la recherche de fractales 3D non triviales. En quelques mois, des contributeurs de FractalForums — notamment Knighty, Jesse et d’autres — ont étendu l’idée du Mandelbox à différents plans de symétrie et à des pliages polyédriques.

Malgré sa popularité dans les logiciels d’art fractal (Mandelbulber, Mandelbulb3D, Fragmentarium, Ultra Fractal), le Mandelbox a fait l’objet de relativement peu d’analyses mathématiques formelles. L’un des rares travaux évalués par les pairs est l’article de Gregg Helt, présenté à la Bridges Conference en 2018, qui généralise l’étape d’inversion sphérique à des inversions de formes arbitraires.

Caractéristiques visuelles

Les pliages répétés produisent des chambres aux arêtes vives, des fortifications imbriquées et des corridors profonds. Le paramètre par défaut s = 2 donne à la structure des murs droits, des angles droits et des renfoncements en couches, comme l’intérieur d’une forteresse cristalline.

À des échelles plus fines, le thème de la boîte réapparaît : de petites copies de la forme d’ensemble se montrent dans les renfoncements et le long des frontières, toutes dotées de la même géométrie rectiligne. L’image canonique emploie des bleus et des cyans froids, bien accordés à la géométrie mécanique des pliages.

Paramètres

Échelle
L’échelle détermine à quel point l’orbite pliée s’étend ou s’inverse avant l’ajout de c. Une échelle de 2 (la valeur par défaut) double approximativement la valeur pliée ; les valeurs négatives inversent la direction et produisent des variations en miroir.

Remix et exemples

Pars du Document canonique

Ouvre le même état de formule approuvé utilisé par ce guide, puis modifie la vue, la colorisation, les transformations ou l'animation dans l'Explorateur interactif.

Questions fréquentes

Que sont les pliages en boîte et en boule ?

Un pliage en boîte réfléchit vers l’origine les coordonnées situées hors d’un intervalle fixe — comme si l’on repliait vers l’intérieur les bords d’une feuille. Un pliage en boule (ou en sphère) effectue une inversion conditionnelle : les points trop proches de l’origine sont repoussés vers l’extérieur, les points à une distance intermédiaire s’inversent par rapport à une sphère, et les points éloignés restent inchangés. Ensemble, ils redirigent l’orbite à chaque étape et produisent la géométrie en couches du Mandelbox.

S’agit-il du Mandelbox en trois dimensions ?

Non. FractalPark affiche une carte bidimensionnelle inspirée de la même construction par pliage et mise à l’échelle. Le Mandelbox original est le plus souvent exploré en 3D, où le pliage en boîte réfléchit par rapport aux faces d’un cube ; ici, la même logique fonctionne dans le plan complexe avec une frontière carrée.

Références

Fiche de formule

mandelbox

Cette implémentation canonique de FractalPark est publiée et exécutable.

Aperçu déterministe de mandelbox

Source canonique

Langage
frm-like/1
Bibliothèque standard
1
Mode du profil
parameter-plane
Centre du profil
-0.5, 0
Zoom du profil
0.4
Itérations du profil
96
Niveau de preuve du profil
mechanical

Paramètres

  • mandelboxScale: real

Source canonique

Cette révision canonique vérifiée est en lecture seule. Remix crée une copie modifiable distincte.

Chargement de la source canonique…

Source et implémentation

ID de formule
280cd3e2-865b-5c78-90b7-39b2a36d7be0
Nom canonique
mandelbox
Nom d'origine
mandelbox
Source historique
FractalPark
Implémentation actuelle
Propriété du projet

Il s'agit d'une implémentation propre au projet FractalPark. Le fichier lié est la Definition canonique épinglée.

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