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Mandelbox

Um mapa de dobra e escala inspirado no Mandelbox de 2010 de Tom Lowe: reflexões de caixa, dobra radial e escala fazem a órbita formar câmaras e paredes.

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Mapa Mandelbox bidimensional com câmaras de bordas duras e recuos aninhados semelhantes a fortalezas, em azuis frios
O mapa inspirado no Mandelbox do FractalPark: paredes retas, cantos em ângulo reto e recuos em camadas como o interior de uma fortaleza cristalina.

Visão geral

A maioria das fórmulas fractais começa elevando ao quadrado, como em z² + c. O Mandelbox escolhe outro caminho: uma dobra de caixa envia as coordenadas fora de um cubo fixo de volta em direção às suas faces; uma dobra radial, ou esférica, então inverte ou escala um ponto conforme sua distância da origem; uma escala uniforme estica ou comprime o resultado antes de somar c. Repita a sequência, e são as dobras — não a quadratura — que constroem a estrutura.

Reflexões e inversões não exigem um número específico de dimensões, então a construção pode ser feita em qualquer uma delas. O FractalPark desenha uma variante bidimensional que mantém o mesmo núcleo de dobra e escala no plano complexo.

Este mapa de parâmetros não se suaviza nas curvas familiares dos polinômios. Ele recorta câmaras de bordas duras, fortificações aninhadas e passagens que parecem saídas de uma planta. Sua borda divide as órbitas limitadas — as que permanecem ao alcance — das que escapam. Aproxime-se e a borda irregular e autossimilar traz de volta o motivo da caixa em escala menor.

A Matemática

Iteração de dobrar e escalar

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

Cada rodada leva a órbita por quatro movimentos: dobra de caixa, dobra radial, escala e depois um deslocamento por c.

A dobra de caixa trata uma coordenada por vez. Tome uma componente a de z. Acima de 1, ela se reflete como a → 2 − a; abaixo de −1, como a → −2 − a. Componentes em [−1, 1] não mudam. O plano exterior é dobrado de volta para o quadrado central.

Em seguida vem a dobra de esfera, que verifica o módulo ao quadrado r² = |z|². Se r² < 0.25 (|z| < 0.5), multiplique o ponto por 4 e afaste-o da origem. Se 0.25 ≤ r² < 1, inverta-o pela esfera unitária: z → z/r²; assim, um raio m se torna 1/m. Pontos com r² ≥ 1 não mudam. Os pontos próximos vão para fora; a faixa intermediária se vira através da esfera unitária. Esses movimentos criam a interface agitada por trás das camadas quadradas do Mandelbox.

Experimente z₀ = (1.5, 0) com escala s = 2. A dobra de caixa reflete x = 1.5 em x = 0.5. Como r² = 0.25 está na faixa intermediária, a dobra de esfera o inverte: z = z/r² = (2, 0). Multiplicar por 2 dá (4, 0), e somar c completa o passo. Comece na origem e estará na faixa mais interna: a dobra de esfera multiplica por 4 — ainda a origem —, então o primeiro iterado cai exatamente em c.

História

O Mandelbox foi apresentado pela primeira vez por Tom Lowe (conhecido on-line como Tglad) no início de 2010, na comunidade FractalForums. Lowe experimentava operações iterativas de dobra em três dimensões — reflexões de caixa e inversões esféricas — para ver se poderiam produzir estruturas limitadas e auto-semelhantes análogas ao conjunto de Mandelbrot. Os resultados foram logo reconhecidos como uma nova classe de fractal, e o nome “Mandelbox” foi adotado tanto em homenagem ao conjunto de Mandelbrot quanto pela forma de caixa do conjunto quando visualizado.

A descoberta veio pouco depois do Mandelbulb de 2009, de Daniel White e Paul Nylander, que renovara o interesse de amadores em encontrar fractais 3D não triviais. Em poucos meses, colaboradores do FractalForums — incluindo Knighty, Jesse e outros — estenderam a ideia do Mandelbox a diferentes planos de simetria e dobras poliédricas.

Apesar da popularidade em programas de arte fractal (Mandelbulber, Mandelbulb3D, Fragmentarium, Ultra Fractal), o Mandelbox recebeu relativamente pouca análise matemática formal. Um dos poucos estudos revisados por pares é o artigo de Gregg Helt para a Bridges Conference de 2018, que generaliza a etapa de inversão esférica para inversões de formas arbitrárias.

Características Visuais

Dobras repetidas produzem câmaras de arestas duras, fortificações aninhadas e corredores profundos. O parâmetro padrão s = 2 dá à estrutura paredes retas, cantos retos e reentrâncias em camadas, como o interior de uma fortaleza cristalina.

Em escalas menores, o tema da caixa retorna: cópias pequenas da forma geral aparecem nas reentrâncias e nas bordas, todas com a mesma geometria retilínea. A imagem canônica usa azuis frios e cianos, adequados à geometria mecânica das dobras.

Parâmetros

Escala
A escala define com que força a órbita dobrada se expande ou se inverte antes de c ser somado. Uma escala de 2 (o padrão) aproximadamente dobra o valor dobrado; valores negativos invertem a direção e produzem variações espelhadas.

Remix e Exemplos

Comece pelo Documento canônico

Abra o mesmo estado de fórmula aprovado usado por este guia e depois altere a visualização, a coloração, as transformações ou a animação no Explorar interativo.

Perguntas Frequentes

O que são dobras de caixa e de esfera?

Uma dobra de caixa reflete coordenadas fora de um intervalo fixo em direção à origem — como dobrar as bordas de uma folha para dentro. Uma dobra de esfera (ou dobra esférica) faz uma inversão condicional: pontos próximos demais da origem são empurrados para fora, pontos a uma distância intermediária são invertidos através de uma esfera e pontos distantes permanecem inalterados. Juntas, elas redirecionam a órbita em cada passo e formam a geometria em camadas do Mandelbox.

Este é o Mandelbox tridimensional?

Não. FractalPark renderiza um mapa bidimensional inspirado na mesma construção de dobrar e escalar. O Mandelbox original é explorado sobretudo em 3D, onde a dobra de caixa reflete nas faces de um cubo; aqui a mesma lógica funciona no plano complexo, com um limite quadrado.

Referências

Registro da fórmula

mandelbox

Esta implementação canônica do FractalPark está publicada e pode ser executada.

Prévia determinística de mandelbox

Código-fonte canônico

Linguagem
frm-like/1
Biblioteca padrão
1
Modo do perfil
parameter-plane
Centro do perfil
-0.5, 0
Zoom do perfil
0.4
Iterações do perfil
96
Evidência do perfil
mechanical

Parâmetros

  • mandelboxScale: real

Código-fonte canônico

Esta revisão canônica verificada é somente leitura. Remix cria uma bifurcação editável separada.

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Fonte e implementação

ID da fórmula
280cd3e2-865b-5c78-90b7-39b2a36d7be0
Nome canônico
mandelbox
Nome original
mandelbox
Fonte histórica
FractalPark
Implementação atual
Propriedade do projeto

Esta é uma implementação própria do projeto FractalPark. O arquivo vinculado é a Definition canônica fixada.

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