FractalPark
凤凰进阶

多重凤凰

一种带记忆的二次递推:复系数把上一个轨道值带进下一步,画出羽毛状和火焰状结构。

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多重凤凰分形:羽毛状辐条与余烬般的丝线簇(「Ember Compass」)
FractalPark 渲染的多重凤凰分形(「Ember Compass」):罗盘状辐条穿过发光的丝线簇。

概览

多重凤凰记得上一步。这是二阶递推:新值同时取决于当前 z 和紧邻的前一个轨道值,后者由复记忆系数 p 加权。这点“记忆”会改变特征的走向,也会改变它延续多久。

标准 Julia 的 z → z² + c 没有记忆;Phoenix 把更早的 z 以 p·zₙ₋₁ 带回来。改变 p,就是调整过去在下一步中的分量;p 是复数,所以这个值既能旋转也能缩放。羽毛辐条、火焰扇面、罗盘花饰和余烬簇,便从这里长出来。

丝线像神话鸟的翅膀和尾羽,“凤凰”因而得名。京都大学的 Shigehiro Ushiki 发现了这一分形,并于 1988 年发表。

数学原理

凤凰递推

z(n+1) = z(n)^2 + c + p times z(n-1)

先取标准二次步 zₙ² + c,再加上两步之前的轨道值乘以 p。二阶递推在开场需要两个初值:起始 z₀ 和“前一步”值(通常设为 0)。FractalPark 把 p 作为可调的复参数。

试试经典 Phoenix 参数对 c = 0.5667、p = −0.5。从 z₀ = 0 和 z₋₁ = 0 起步,前几次迭代保持有界,画出角向的翼状弧线。把 p 改成幅度相近的正值,记忆项不再抵消而是顺着原方向推,羽毛状结构便会破碎或旋转。

历史

凤凰分形由京都大学人类·环境学研究科的数学家 Shigehiro Ushiki 发现。1988 年,他在 IEEE Transactions on Circuits and Systems 上发表 Phoenix 迭代,将其描述为从复化 Hénon 映射导出的类 Julia 集的复一维截面。论文标题即为 "Phoenix"。经典参数对(c = 0.5667, p = −0.5)产生了后来在分形渲染社区中广为人知的凤凰曲线。

Ushiki 的研究涵盖复动力系统、多面体对称 Julia 集、高维复 Hénon 映射及曲面向自同构的动力学。他的京都大学主页列出从 1980 年代至今的论文。

凤凰族后来出现在 Ultra Fractal 等分形软件中,兼具 Julia 模式和 Mandelbrot 模式变体。FractalPark 的多重凤凰沿用相同的核心递推,并增加了多预览参数界面。

视觉特征

这一步记忆在画面上留下痕迹:从中心射出的羽毛辐条、沿丝线卷起的火焰扇面、像指针一样的罗盘结构。它们来自 p·zₙ₋₁ 带来的方向延续——标准 Julia 集没有这个机制,因此长不出同样的形状。

参数一换,同一条规则可以收成紧密的余烬簇,展开成辐射风车,也能碎成尘埃区。FractalPark 的标准渲染图“Ember Compass”突出罗盘状辐条和温暖发亮的丝线簇。

参数

记忆系数
复记忆系数 p 决定前一轨道值对下一步的影响强度和旋转方向。

再创作与示例

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常见问题

为什么公式需要前一个值?

这是二阶递推:下一状态同时依赖当前值和紧邻的前一值。它是延迟微分方程的离散类比——过去会反馈到现在。额外的参数 p 决定有多少“过去”继续往前走。

初始的前一值重要吗?

重要。二阶递推需要两个初始条件——z₀ 和开始迭代前的“前一步”值(z₋₁)——才能得到确定的轨道。FractalPark 默认将 z₋₁ 初始化为 0,这是 Phoenix 族的惯例。

参考资料