Геометрические фракталы

Фракталы этого класса самые наглядные. В двухмерном случае их получают с помощью некоторой ломаной (или поверхности в трехмерном случае), называемой генератором. За один шаг алгоритма каждый из отрезков, составляющих ломаную, заменяется на ломаную-генератор, в соответствующем масштабе. В результате бесконечного повторения этой процедуры, получается геометрический фрактал.

Рис. 7. Построение триадной кривой Кох.

Рассмотрим один из таких фрактальных объектов - триадную кривую Кох. Построение кривой начинается с отрезка единичной длины (рис.1) - это 0-е поколение кривой Кох. Далее каждое звено (в нулевом поколении один отрезок) заменяется на образующий элемент, обозначенный на рис. 1 через n=1. В результате такой замены получается следующее поколение кривой Кох. В 1-ом поколении - это кривая из четырех прямолинейных звеньев, каждое длиной по 1/3. Для получения 3-го поколения проделываются те же действия - каждое звено заменяется на уменьшенный образующий элемент. Итак, для получения каждого последующего поколения, все звенья предыдущего поколения необходимо заменить уменьшенным образующим элементом. Кривая n-го поколения при любом конечном n называется предфракталом. На рис.1 представлены пять поколений кривой. При n стремящемся к бесконечности кривая Кох становится фрактальным объектом.

Для построения снежинки Коха выполним следующие операции (см. рис. 8). Рассмотрим в качестве нулевой итерации равносторонний треугольник.

Рис. 8. Снежинка Коха.

Затем каждую из сторон этого треугольника разделим на три равные части, уберем среднюю часть и в середине достроим равносторонний треугольник так, как изображено на рис. 8. На следующем шаге такой же процедуре деления на три равные части и достраивания равностороннего треугольника подвергается каждая из сторон новой фигуры, и так до бесконечности. В результате возникает симметричная, похожая на снежинку, бесконечно изломанная кривая , которая представляет собой самоподобное множество, называемое снежинкой Коха. Отличительной ее особенностью является то, что она, будучи замкнутой, тем не менее нигде себя не пересекает, поскольку достраиваемые треугольники каждый раз достаточно малы и никогда не "сталкиваются" друг с другом.

Для получения другого фрактального объекта нужно изменить правила построения. Пусть образующим элементом будут два равных отрезка, соединенных под прямым углом. В нулевом поколении заменим единичный отрезок на этот образующий элемент так, чтобы угол был сверху. Можно сказать, что при такой замене происходит смещение середины звена. При построении следующих поколений выполняется правило: самое первое слева звено заменяется на образующий элемент так, чтобы середина звена смещалась влево от направления движения, а при замене следующих звеньев, направления смещения середин отрезков должны чередоваться. На рис.9 представлены несколько первых поколений и 11-е поколение кривой, построенной по вышеописанному принципу. Предельная фрактальная кривая (при n стремящемся к бесконечности) называется драконом Хартера-Хейтуэя.

Рис. 9. Построение "дракона" Хартера-Хейтуэя .

К геометрическим фракталам также относят фракталы, получаемые похожими процедурами, например:

множество Кантора;

треугольник Серпиньского;

коврик Серпиньского;

кладбище Серпиньского;

губка Менгера;

дерево Пифагора.

В машинной графике использование геометрических фракталов необходимо при получении изображений деревьев, кустов, береговой линии. Двухмерные геометрические фракталы используются для создания объемных текстур (рисунка на поверхности объекта) .

Похожие статьи:

Воображение и творчество
Творческой деятельностью мы называем такую деятельность человека, которая создает нечто, новое, все равно, будет ли это созданное творческой деятельностью какой-нибудь вещью внешнего мира или известным построением ума или чувства, живущим и обнаруживающимся только в самом человеке. Если мы взглянем на поведение человека, на всю его деятельность, мы легко увидим, что в этой деятельности можно разл ...

Разработка лекций и лабораторных работ в рамках курса ИТ в вузе
Лекция 1 Предмет информатики. Роль информации в жизни людей. (35 мин) Изучаемые вопросы: · Понятия вещества, энергии, информации. · Информатика как наука. · Компьютер — универсальное техническое средство для работы с информацией. · Информационно-компьютерные технологии — важная составляющая жизни современного общества. Лабораторная работа 1 Знакомство с компьютерным классом Техника безопасности. ...