FractalPark
奇异进阶

蜘蛛

一种把 c/z 加进二次轨道的有理映射;零点的极点会拉出细长蛛腿和网状丝线。

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蜘蛛分形:细长蛛腿与深渊状丝线自暗色核心向外辐射
FractalPark 渲染的蜘蛛分形:细长蛛腿与网状丝线自暗色核心伸展,深渊蓝与黑色调强化纵深质感。

概览

蜘蛛公式把熟悉的平方项 z² 和倒数项 c/z 接在一起,成为二次有理映射。两股力量在拉扯:|z| 很大时,z² 主导,轨道很像标准二次 Mandelbrot 逃逸;|z| 很小时,倒数项接手,指向原点的极点。

向外增长和向内吸引的拉扯不只是改动逃逸阈值;它把参数边界扯成长长的分枝丝线。狭窄中心、辐射的“腿”和深色空隙,正是“蜘蛛”这个名字的来处。

规则里要除以 z,z = 0 因而是奇点。渲染时,极接近零的数值需要数值后备处理。c 也可以为零;这时映射就是 z²,回到普通的二次 Julia 动力学。

数学原理

蜘蛛迭代

z(n+1) = z(n)^2 + c / z(n)

倒数项会在零点极点附近猛地拽住二次轨道。

先看 c = 0。倒数项消失,映射退化为 z²;这就是标准二次 Julia 映射,单位圆盘内的初值仍可能有界。

再取 c = 1,从 z₀ = (1, 0) 出发。第一步 z₁ = 1² + 1/1 = 2,已经离开原点;第二步 z₂ = 4 + 1/2 = 4.5,轨道很快逃逸。若从极近零处开始,例如 z₀ = (0.01, 0),倒数项 1/0.01 = 100 占主导,轨道立刻被甩远。蛛丝就在这两个极端之间的边界上形成。

视觉特征

细长蛛腿、深色丝线和网状节点从狭窄中心伸出。原点的奇点形成暗核,丝线从那里分枝,越往外越细。

FractalPark 的标准渲染用深蓝和黑色。由于有理项的不对称性,画面并不规整对称,而是带一点扭转。

再创作与示例

从 canonical Document 开始

打开本指南使用的同一份已审定公式状态,再在交互式探索器中调整视图、着色、变换或动画。

常见问题

z = 0 时会发生什么?

z = 0 处的倒数项要求除以零,这是未定义的。实现会对极接近零的数值使用稳定后备方案:钳制模长,或换成一个很小的常数。可见结构不会因此改变,因为进入近零区域的点通常会在下一步被巨大的倒数值抛远。

蛛腿状丝线从何而来?

蛛腿出现在二次扩张与倒数吸引差不多平衡的地方。轨道会在被拉向零点和被抛向远方之间交替,于是有界与逃逸的边界被拉成细线。原点附近倒数项最大,效应也最强;向外走,z² 重新占主导,丝线便收细。