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   第731节 (第4/9页)

楚天舒的效果。无论在那里登山,层层叠峦的风景依然历历在目,禁不住让人喊道:我又回来了。

    ??现代电脑游戏的效果越来越逼真,山脉、云彩、森林、星球都很难分辨是照片或电脑生成。这些外在差异巨大的对象,以计算机的视角来看区别很小,整体的计算机描述没有区别,仅仅是若干细节的数值不同。我们来观看如何生成雪花的轮廓。线段长为3,对其三等分,补充两个长度为1的线段,令补充的线段和三等分中间的线段组成一个正三角形。然后去掉线段三等分中间的一段。我们把这个过程称为构造过程。现画一个正三角形,对每一个边进行构造过程,则产生12个线段,对新生成的12个线段再进行构造过程。则产生48个线段。对新生成的线段重复进行构造过程,持续不断。最后就生成了一朵雪花的轮廓。最早由瑞典人koch构造,称为koch雪花。

    ??koch雪花有什么特点呢?每构造一次,线段的长度就为原长度的4/3倍。重复进行下,则线段长度无限增加。雪花的面积最终是多少呢?设原三角形面积为1,最后的雪花面积为1.6。面积是有限值,而长度无限增加!通常的线段长度都是有限的,而koch构造的线段长度无限,按照前面定义的一维(长度)、二维(面积)、三维(体积),koch的线段并不满足通常的维数定义。虽然是线段,不可能是二维,但长度无限,也不是一维情况。为了能够使用维数来定义对象,我们取消维数是整数的要求。那么koch线段的维数就处于一维和二维之间的某个数值!标度对称中的增加系数,就是构成过程进行一次线段长度增加的比例4/3。

    ??观察人体的肺泡,前面曾介绍,为了充分进行气体交换,人体的肺泡数量多而体积小,在总体积不变的情况下,肺泡面积大幅度增加。如图为肺泡示意图。可以看到,和树木的情况类似,气管是树干,支气管是树枝,支气管下分的小管道是小枝,肺泡是树叶。如果这个过程持续分散下去,最终肺泡面积会达到无限,但实际的生物世界总是存在限制,但从思考的角度可以认为肺泡也是一类型的标度对称。其特征是体积有限,但面积无限!因此人体肺组织的维数就是介于二维和三维之间。标度对称中的增加系数,就是肺泡每级分割空间所增加的面积比例。

    ??现在我们命名这些维数居然不是整数的对象,称为分形对象。可发现,这些对象仅仅是满足标度对称的特定分类。标度对称的增加系数则依赖构造过程中的表征增加比例,比如长度增加比例。

    ??思考:

    ??1.在现有世界中,我们可以观察的静态对象最大维数为3。当维数不限定为整数后,可观察大量维数0~3之间的对象。那么是否存在维数大于3的对象?膨胀的宇宙算否?

    ??2.koch线段的标度对称增加系数为4/3,维数介于1和2之间,能否使用4/3来描述其维数?回忆我们对维数的定义,这样的增加系数是否满足重的要求?对于肺泡这样的对象,如何使用增加系数来定义维数?以汽车的尾气净化装置中的铂颗粒的分形过程为例,尝试给出维数数值。

    ??3.如右图构造,对线段取三等分,去掉中间的一段。重复构造下去,则线段的长度为0!此时线段的维数小于1。线段最后变成无数个离散的点,线段已经无法维持,成为点集。以德国人cantor的名字命名。

    ??4.如右图构造,在立方体的某个面上,九等分为九个正方形,挖掉中心正方形对应的立方体,对其他五个面也同样进行挖掉中心立方体。也就是对立方体二十七等分,挖掉各面六个,最后将立方体中心的小立方体(颜色涂黑的部分)也挖掉。以上操作完成一次构造。反复进行同样构造,最后立方体的体积为0,面积无限,变成一块海绵,以波兰人sierpinski的名字命名。尝试给出维数。观察面筋、冻豆腐、雪魔芋。

    ??5.皮蛋,又称松花蛋,在蛋白表面存在若干花纹,类似松花。形成的原因称为粘性指进(viscousfingering),因流体粘度不同,粘度小的流体渗透进粘度大的流体时产生的随机分叉状况。(皮蛋的蛋白液变性,失去生物活性,成为凝固状蛋白,通常称这种现象为中毒。早期皮蛋的外包药剂中含有铅的氧化物,俗称密陀僧。现代皮蛋工艺中去掉了铅,采用锌或铜的氧化物。)

    ??分形的构造过程中,重复进行构造,每次构造的规模不同,依次递减,我们将这种递减规模的重复构造行为称为递归。标度对称和递归是对同一种现象的不同视角描述:
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