FractalPark
КлассическиеСредне

Mandelbox

Отображение «складывание и масштабирование», вдохновлённое Mandelbox Тома Лоу 2010 года: отражения от куба, радиальное складывание и масштабирование превращают итерацию в комнаты и стены.

Открыть в Обзоре
Двумерная карта Mandelbox с камерами с резкими гранями и вложенными крепостными углублениями в холодных синих тонах
Карта FractalPark, вдохновлённая Mandelbox: прямые стены, прямые углы и слоистые углубления, словно интерьер кристаллической крепости.

Обзор

Большинство фрактальных формул начинаются с возведения в квадрат, как в z² + c. Mandelbox выбирает другой путь: складывание куба возвращает координаты за пределами фиксированного куба к его граням; радиальное складывание (складывание шара) затем инвертирует или масштабирует точку в зависимости от её расстояния до начала координат; равномерное масштабирование растягивает или сжимает результат, прежде чем будет прибавлено c. Повторяйте последовательность — и структуру строят складывания, а не возведение в квадрат.

Отражения и инверсии не требуют конкретного числа измерений, поэтому конструкцию можно построить в любом из них. FractalPark отображает двумерный вариант, сохраняющий то же ядро «складывание и масштабирование» на комплексной плоскости.

Эта карта параметра не смягчается до привычных кривых многочленов. Она высекает камеры с резкими гранями, вложенные укрепления и проходы, будто взятые с чертежа. Её граница разделяет ограниченные орбиты — те, что остаются в пределах досягаемости, — и уходящие. Приблизьтесь — и зазубренный самоподобный край воспроизводит мотив куба в меньшем масштабе.

Математика

Итерация со складыванием и масштабированием

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

Каждый шаг проводит орбиту через четыре действия: складывание по кубу, радиальное складывание, масштабирование, затем сдвиг на c.

Складывание по кубу применяется к каждой координате по отдельности. Возьмём компоненту a числа z. При a > 1 она отражается по правилу a → 2 − a; при a < −1 — по правилу a → −2 − a. Компоненты из [−1, 1] остаются без изменения. Внешняя плоскость складывается обратно к центральному квадрату.

Далее следует складывание по шару: проверяется квадрат модуля r² = |z|². Если r² < 0.25 (|z| < 0.5), точка масштабируется в 4 раза и отодвигается от начала координат. Если 0.25 ≤ r² < 1, она инвертируется относительно единичной сферы: z → z/r², так что радиус m становится равен 1/m. Точки с r² ≥ 1 остаются без изменения. Ближние точки перемещаются наружу; средняя полоса переворачивается относительно единичной сферы. Эти преобразования создают неустойчивую границу за угловатыми слоями Mandelbox.

Возьмём z₀ = (1.5, 0) при масштабе s = 2. Складывание по кубу отражает x = 1.5 в x = 0.5. Поскольку r² = 0.25 попадает в среднюю полосу, складывание по шару инвертирует точку: z = z/r² = (2, 0). Масштабирование на 2 даёт (4, 0), а добавление c завершает шаг. Если же начать в начале координат, точка находится в самой внутренней полосе: складывание по шару умножает её на 4 — она всё равно остаётся началом координат, — поэтому первая итерация попадает точно в c.

История

Mandelbox впервые представил Том Лоу (известный в сети как Tglad) в начале 2010 года в сообществе FractalForums. Лоу экспериментировал с итеративными операциями складывания в трёх измерениях — отражениями от куба и сферическими инверсиями, — чтобы выяснить, могут ли они создавать ограниченные самоподобные структуры, подобные множеству Мандельброта. Результаты сразу признали новым классом фракталов, а название «Mandelbox» было принято и как дань множеству Мандельброта, и из-за коробчатой формы множества при визуализации.

Открытие последовало вскоре после Mandelbulb 2009 года Дэниела Уайта и Пола Найландера, который возродил интерес любителей к поиску нетривиальных трёхмерных фракталов. В течение нескольких месяцев участники FractalForums, включая Knighty, Jesse и других, распространили идею Mandelbox на разные плоскости симметрии и многогранные складывания.

Несмотря на популярность в программах для фрактального искусства (Mandelbulber, Mandelbulb3D, Fragmentarium, Ultra Fractal), Mandelbox получила сравнительно мало формального математического анализа. Одна из немногих рецензируемых работ — статья Грегга Хелта для конференции Bridges 2018 года, обобщающая шаг сферической инверсии на инверсии относительно произвольных форм.

Визуальные особенности

Повторяющиеся складывания создают камеры с жёсткими гранями, вложенные укрепления и глубокие коридоры. Параметр по умолчанию s = 2 придаёт структуре прямые стены, прямоугольные углы и слоистые углубления, напоминающие внутренность кристаллической крепости.

На более мелком масштабе возвращается мотив куба: в углублениях и вдоль границ появляются маленькие копии общей формы — все с той же прямолинейной геометрией. В каноническом изображении используются холодные синие и голубые тона, подходящие механической геометрии складываний.

Параметры

Масштаб
Масштаб задаёт, насколько сильно сложенная орбита расширяется или меняет направление перед добавлением c. Масштаб 2 (значение по умолчанию) примерно удваивает сложенное значение; отрицательные значения меняют направление и создают зеркальные варианты.

Ремиксы и примеры

Начните с канонического документа

Откройте то же утверждённое состояние формулы, которое используется в этом руководстве, а затем измените вид, раскраску, трансформации или анимацию в интерактивном Обзоре.

Часто задаваемые вопросы

Что такое складывания по кубу и по шару?

Складывание по кубу отражает координаты за пределами фиксированного интервала в сторону начала координат — подобно тому, как края листа загибают внутрь. Складывание по шару выполняет условную инверсию: точки слишком близко к началу координат отталкиваются наружу, точки на промежуточном расстоянии инвертируются относительно сферы, а далёкие точки остаются неизменными. Вместе они на каждом шаге перенаправляют орбиту и создают слоистую геометрию Mandelbox.

Это трёхмерная Mandelbox?

Нет. FractalPark отображает двумерную карту, вдохновлённую той же конструкцией со складыванием и масштабированием. Исходную Mandelbox чаще всего исследуют в 3D, где складывание по кубу отражает относительно граней куба; здесь та же логика работает в комплексной плоскости с квадратной границей.

Ссылки

Карточка формулы

mandelbox

Эта каноническая реализация FractalPark опубликована и готова к запуску.

Детерминированный предпросмотр mandelbox

Канонический исходный код

Язык
frm-like/1
Стандартная библиотека
1
Режим профиля
parameter-plane
Центр профиля
-0.5, 0
Масштаб профиля
0.4
Итерации профиля
96
Основание профиля
mechanical

Параметры

  • mandelboxScale: real

Канонический исходный код

Эта проверенная каноническая ревизия доступна только для чтения. Remix создаёт отдельную редактируемую копию.

Загрузка канонического кода…

Источник и текущая реализация

ID формулы
280cd3e2-865b-5c78-90b7-39b2a36d7be0
Каноническое имя
mandelbox
Исходное имя
mandelbox
Исторический источник
FractalPark
Текущая реализация
Собственность проекта

Это собственная реализация проекта FractalPark. Ссылка ведёт на зафиксированный канонический файл Definition.

Есть вопрос о правах или атрибуции?

Отправьте ID формулы и подтверждающие материалы. На время проверки сопровождающий может приостановить или отозвать реализацию. contact@fractalpark.com