Fraktalerna har
fått äkta 3D-djup
Av: Jan Melin
Publicerad
17 november 2009 15:58
45 kommentarer
Senaste av mrr 29 november 2009 14:25
De klassiska mandelbrotbilderna har nu utvecklats till att bli tredimensionella.
Det är den brittiska hobbymatematikern Daniel White som hittat den matematiska formeln för 3D Mandelbrot Fractal.
Läs mer
Mer att läsa på Ny Teknik.se
I början av 1980-talet visade matematikern Benoit Mandelbrot hur man kunde skapa fantastiska bilder med hjälp av en enkel matematisk formel.
Det märkliga med dessa så kallade fraktaler var att man kunde ”zooma” in bilderna i oändlighet och för varje steg upptäcka nya formationer och mer komplexa strukturer.
Nu har britten Daniel White som bland annat studerat datorvetenskap och musik hittat en formel som skapar mandelbrotbilder i äkta 3D som han kallar Mandelbulbs.
På samma sätt som i 2D-bilderna kan 3D-bilderna zoomas men istället för de komplexa ytorna är det nu volymer med djup som dyker upp.
Även tidigare har flera bilder presenterats som ”3D Mandelbrot”. Men då har det handlat om bilder som en i taget bearbetats i 3D-program och försetts med ett konstgjort djup.
På sin webbplats har Daniel White både publicerat sin 3D-formel och en berättelse om sitt och andras mångåriga arbete med att utforska tredimensionella fraktaler.
Från webbplatsen kan man även hämta hem hans bilder i jätteformat via filer på över 30 megapixel.
Genom åren har många matematiker och amatörforskare gjort försök med att generera mandelbrotbilder i 3D.
”Men det jag gjort är helt nytt så vitt jag vet”, skriver Daniel White.
Att framställa Mandelbulbs tar lång tid och kräver mycket datorkraft. Då Daniel White inte hittat något allmänt tillgängligt 3D-program som klarar av den uppgiften har han skapat en egen så kallad renderingsmotor för att skapa sina bilder.
Om de nya 3D-bilderna har ett oändligt djup är ännu inte känt. Men Daniel White gissar det efter att ha gjort inzoomningar som förstorat tio miljoner gånger.
I 2D-bilder av mandelbrotmängden kan man ibland hitta kopior av den ursprungliga bilden efter inzoomning. Men några likande kopior har inte upptäckts i 3D-varianten.
”Men det kanske finns något sådant som döljer sig djupt där inne”, skriver Daniel White.
Daniel Whites formel för Mandelbulbs
Similar to the original 2D Mandelbrot , the 3D formula is defined by:
z -> z^n + c
...but where 'z' and 'c' are hypercomplex ('triplex') numbers, representing Cartesian x, y, and z coordinates. The exponentiation term is defined by:
{x,y,z}^n = r^n { sin(theta*n) * cos(phi*n) , sin(theta*n) * sin(phi*n) , cos(theta*n) }
...where:
r = sqrt(x^2 + y^2 + z^2)
theta = atan2( sqrt(x^2+y^2), z )
phi = atan2(y,x)
And the addition term in z -> z^n + c is similar to standard complex addition, and is simply defined by:
{x,y,z}+{a,b,c} = {x+a, y+b, z+c}
The rest of the algorithm is similar to the 2D Mandelbrot!
Nyheter/Teknikrevyn
- Säkerhetslås för tuffa miljöer.Ett kraftigt och tåligt säkerhets och processlås som uppfyller högsta säkerhetskategorin för lås.
- Skapa och utforska en komplett produkt digitalt. Autodesk ®Inventor® kan hjälpa dig att skapa och utforska en komplett produkt redan innan något tillverkats.
- Kostar ditt system för mycket?Ta då kontroll över kostnaderna igen. Läs Aberdeen Groups rapport som rankar affärssystemen.
- CANopen styrning av....de flesta labbaggregat med 150W till 6kW uteffekt från Delta Elektronika är numera möjligt från Polyamp.
- Ny kombikylare MMC från KTR.En kombinerad kylare för olja, vatten och luft i samma enhet. Kombikylaren har sitt användningsområde särskilt i applikationer för mobil hydraulik.
- KOMPLETT SORTIMENT ULTRALJUDSNIVÅMÄTARE.Nivåmätning med ultraljud, en av tio mätprinciper i vårt sortiment för nivåkontroll av vätskor och fasta material.
- Ny prisvärd värmekamera, 19.950 sek.Kimo instrument lanserar Flir i5. Möjlighet att kostnadsfritt låna för utvärdering.
- Mitec Instrument.Vi levererar kompletta lösningar inom dataloggning och fjärrmätning.
- Gratis handbok i termografi !Boken tar upp det viktigaste vid värmefotografering. Teori - praktisk användning - tips m.m. >>
- Circuit board plotter for inhouse prototyping.LPKF ProtoMat är den idealiska fräsmaskinen för högpresterande,analoga, digitala, RFapplikationer.
- Annonsera »
- Se alla annonser »
- ADVETA TeknikutbildningarEl, elektronik, behörighet, BB2,BB1, AB, automation mm, Stockholm, Göteborg, Malmö Distans/lärarledd
- NYTT OM BIOGASENS KLIMATNYTTA.Biogas från avfall ger 95% lägre utsläpp av växthusgas jämfört med bensin, visar forskning från LTH.
- Lean Produktutveckling 7,5 hpNya kursstarter i vår på Chalmers Industrihögskola. Klicka här för mer information.
- Lär solenergiteknik!Ettårigt magisterprogram i solel, solvärme/pellets m.m. erbjuds av Högskolan Dalarna.
- Tekniska högskolan vid Linköpings universitet !Ny utbildning! Civilingenjör i medicinsk teknik.
- Projektledaren i den agila processen. Seminarieserie i 5 delar - Start 29 mars.Behövs förarbete i agila projekt? Kommunicera lättrörliga krav. Kvalitet genom Lean - en projektledares perspektiv, Projektet är slut. Dags att hämta hem effekten, Agila projekt behöver också projektledas - fast på ett annat sätt.
- Kundorientera på riktigt !Certifierad process- & verksamhetsutvecklare. Verksamhetsutveckling styrd av kundernas behov. Ny utbildning!
- Läs mätteknik! Med utbildning i mätteknik får företaget jämnare kvalitet, bättre lönsamhet och nöjdare kunder.
- CAD Utbildning.Kurser i AutoCAD, Inventor, 3ds Max och SolidWorks till förmånliga priser.
- Skog och träingenjörer får bra jobb !Utbildningen är unik i Sverige just nu med distansmöjligheter och bredden i utbildningen från skog till färdig produkt.
- Utbilda dig inom LEAN Production!Kursen lär ut vad Lean innebär och vilka krav detta ställer på styrning och ledning av verksamheten.
- Utveckla nya produkter !Mekatronik suddar ut gränsen mellan maskin data och elektronik och skapar helt nya produkter.
- BiTA – ledande inom ITIL/ITSM/CobiT/MOF/ISO 20000Vi erbjuder kunskaps och kompetensutveckling som verkligen ger nytta och värde för deltagarna.
- Annonsera »











Kommentarer
Senaste inlagd av mrr 29 november 2009 14:25 Sortera: Senaste överst
Freeware spel
Det fanns ett freeware spel för många år sedan som utnyttjade detta fenomen. Alla modeller och texturer var fraktaler (modellerna i 3D). Hela spelet var på om jag minns rätt 128kbyte, men när de startades så importerades fraktalerna till grafikkortet där de tog betydligt mer utrymme än så.
Minns tyvär inte vad spelet hette, någon annan kanske minns? (det var ganska tråkigt)
Svar till Sv - http://teknikoverkligheten.blogspot.com/
.kkreiger. hette spelet minns jag nu...
Svarahttp://www.youtube.com/watch?v=TeW7j-Zrgqo
Svar till Sv - http://teknikoverkligheten.blogspot.com/
Fast det där hade nog inte så mycket med fraktaler att göra, är nog procedurellt du tänker på.
SvaraSvar till -
Procedurella modeller baserade på fraktaler. Fraktaler är Procedurella. Vet dock inte om texturerna var baserade på fraktaler eller andra procedurella algortimer, men modellerna var iaf.
SvaraSvar till Sv - http://teknikoverkligheten.blogspot.com/
En fraktal är ett självupprepande mönster, tyckte inte modellerna såg ut att vara det, kan ha sett fel dock, hur det än är så är det rätt imponerande.
SvaraSuperhäftigt!
Vilka imponerande bilder han har skapat! Det tycker jag vi firar med att lyssna på Jonathan Coultons låt om Mandelbrot-setet: http://www.youtube.com/watch?v=lIlwFpz9s_I
Fantastiskt!
Och extra ballt är det ju att vi som lever nu, förmodligen är de första människorna någonsin som fått se något liknande!
Svar till Mittnamn
Händer mig varje ögonblick!
SvaraSvar till Mittnamn
Vi är dessutom de första människorna som läst din kommentar!
SvaraVet inte om det är du eller vi som är att gratulera.
Psyket
Dessa fina bilder kan ju användas inom psykologin. Det behöver lite nya fräsha bilder.
Hallå inget nytt
Känner folk som gjort exakt samma sak.. funderade till och med på det själv fär länge sedan.
Svar till mrr
Jo, tjenixen. Du känner "folk" som har skrivit egna 3D-motorer och utvecklat matematiska formler för att få dom att visa fraktaler i 3D? Och de har aldrig gått ut med det till någon annan än dig, för det var inte tillräckligt stort? SKärp dig, det är så patetiskt med folk som dig som ska skriva sånt trams.
SvaraSvar till mrr
Jag funderar på att uppfinna en evighetsmaskin. Iofs känner jag ju redan folk som redan funderat på det.
SvaraSvar till Klas E
Det du tänker på "mrr" är nog 3D-representationer av vanliga Mandelbrotfraktaler. Har gjorts ett otal gånger i t.ex. 4K-demos med voxelgrafik, men det är som sagt inget annat än häftiga sätt att presentera vanliga Mandelbrotfraktaler.
SvaraSvar till mrr
Jag har visserligen inte sett några bilder på 3D-fraktaler tidigare, men jag känner mig säker på att mrr har rätt, att det är något som matematiker, hobby- som professionella, har sysslat med tidigare. Det är liksom ett väldigt naturligt steg efter att man gjort det i 2D. Däremot har det kanske inte varit så enkelt att visa upp resultatet tidigare, när inte dagens datorgrafik fanns.
SvaraFör övrigt tycker jag att artikelförfattaren kunde ha ansträngt sig ett uns och kommit med de svenska motsvarigheterna till "3D Mandelbrot Fractal", "Mandelbulbs" och så vidare. Det går, jag lovar!
Svar till Walle
Jag tror du drabbats av något som man på engelska ibland kallar "fascination blindness". Bilderna är förvisso otroligt vackra och då är det lätt att missta sig och tro att de bygger på lika otroligt komplicerade teorier och att det är lika otroligt svårt att skriva datorprogram som producerar dem. Sanningen är en annan. De är inte speciellt svåra att producera och då matematiken som använts är den första naiva man tänker på då man vill gå från 2D till 3D så är det inte alls orimligt att signaturen mrr och hans kompisar också tänkt på det.
SvaraDet som i artikeln kallas Daniel Whites formel för Mandelbulbs är nästan lite skrattretande.
Tittar man på "Whites formel" och plockar fram en bok i grundläggande vektoralgebra och letar efter begreppet "sfäriska koordinater" så kommer man att slås av likheten. Blandar man så in lite enkel gymnasiematematik (potensformler och Eulers formler, matte B respektive C eller de Moivres formel, matte E) så är formlerna helt identiska. Jag menar vad jag skriver, helt lika. Whites formel har alltså minst 150 år på nacken så vi ska kanske kalla dem något annat; varför inte "sfäriska koordinater på exponentform"? Inte så klatschigt kanske, men "Whites Formel" är väl ändå att ta i...
Om man orkar följa den långa tråden på fractalforums finns ett närmast rörande inslag där de inblandade (White m.fl.) ropar på signaturen Karl för att få hjälp med att förenkla formlerna så de går fortare att beräkna i deras datorprogram. Karl dyker strax upp och redogör för den gymnasiematematik(!) de saknar och gör en poäng av deras bristande kunskaper i elementär gymnasiematematik...
Vad White (och hans kompisar på fractalforums) gjort är att de implementerat hyfsat snabba 3D-renderare med Global Illumination. Inte heller det är så värst imponerande. Algoritmer som är enkla att följa finns i flera artiklar på nätet och om man googlar på siggraph global illumination så bör den intresserade ha något att arbeta med och någon vecka senare bör de första, förvisso, imponerande bilderna upp.
Varför har vi då inte sett dessa vackra bilder tidigare? Det finns säkert flera förklaringar, men en viktig är att det krävs snabba datorer om man, som i det här fallet, helt på måfå söker efter något som ser snyggt ut. Varför har då ingen professionell matematiker med systematik lyckat hitta det White m.fl. hittat? Att hitta Mandelbrotmängdens sanna motsvarighet i 3D är något som många matematiker drömmer om -- precis som artikeln beskriver. Det White m.fl. hittat är dock helt ointressant ur matematisk synvinkel. Det är bara ännu ett nytt sätt att transformera 2D-problemet så att det blir snyggt varierande i 3D. Att det skulle vara den heliga Graal som fraktalforskare letar efter är bara nys och om man läser de färskare inläggen på fractalforums ser man att t.o.m. White beredvilligt erkänner det.
Svar till Walle
Det är inte alls ovanligt, var flera stycken på mitt gymnasie som höll på med det. Testade själv att göra 3D motor och fraktalgenerator (dock bara för sig) t.o.m på miniräknaren.... de tar ganska lång tid för en TI81:a att rita upp en fraktal... men de går! Tog ca 5minuter att rita upp en skärm med fraktaler på Ti81:an. När jag kört programmet i en vecka fick jag byta batterierna (i vanliga fall höll de ungefär 2 år)
SvaraSvar till Sv - http://teknikoverkligheten.blogspot.com/
Förresten... att programmera en fraktalgenerator var en av de saker man kunde välja för att göra för att få godkänt i Matten när jag gick tekniskt på gymnasiet... så de är nog ganska många som gjort det.
SvaraSvar till Walle
Exakt vad jag menar. Den approach som jag använde var att använda quaternioner istället för komplexa tal.
SvaraSvar till Abel
Låter som att du känner dig lite ägd. Men mycket möjligt att du har rätt, men snubben var först :)
SvaraSvar till Roger
Inte alls. Whites var inte först och inte jag heller. Det är många som mappat 2D-problemet till 3D under många år och det är precis vad detta handlar om även om artikelförfattaren inte riktigt fattat det. Surfa till Fractalforums så ska du få läsa Whiles själv erkänna att sökandet går vidare...
SvaraSedan kan man förstås tvista om vilka "3D-fraktaler" som är snyggast, men det är högst subjektivt och av lindrigt matematiskt intresse.
"ägd" låter f.ö. lite pubertalt...
Svar till Roger
Ja kanske det :)
SvaraMen jag tycker det är konstigt? Det är så elementärt.
Transcendens är ju själva nyckelbegreppet.
Vadå "IBLAND hittar man kopior av den ursprungliga bilden"? Det är ju så vitt jag begriper precis detta som är Mandelbrotmängden essentiella egenskap: Den är transcendent; i varje del återfinns mönster som är likadana som helheten. Och nog tycker jag att man ser exempel på just detta även i 3D-varianterna. Speciellt tydligt är det i bild 9 och 10: överallt ser man samma mönster, fast i olika skala. Och tittar man ordentligt på detaljerna i ett stort mönster, ser man snart att detta mönster upprepar sig i dessa mindre detaljer... Jaja, jag blir bara så förvånad över sättet att uttrycka sig.
Svar till Anders
Precis vad jag tänkte när jag läste artikeln. Har läst lite om Mandelbrot tidigare och det är ju upprepningen av samma mönster som är så kännetäcknande.
SvaraSvar till Anders
Vad snackar du om?
SvaraTranscendens har i matematiken inget alls med att varje del liknar helheten såsom fraktaler gör.
I matematiken talar vi dock om Transcendenta tal, men det är en helt annan sak.
Jag tror du söker ett annat ord, men vilket?
Svar till Abel
Affinitet kanske ?
SvaraSvar till mrr
Menade att man kan göra en affina avbildningar mellan det stora och det lilla... självlikhet på alla skall nivåer
SvaraForskning
Finns det inte viktigare saker att forska om än detta? Känns väldigt onödigt tycker jag. Eller finns det någon djupare förklaring till vad man kan använda detta till?
Svar till Patrik
Det är onödigt att åka skidor också.
SvaraSvar till Patrik
Komprimerings algoritmer. Redan idag används fraktalteknik för att komprimera både ljud och film effektivt, i framtiden även komprimera modeller.
Svara3D
3D på bild är endast en illusion så vem bryr sig.
Svar till MrF
Jadu, när man förstår lite så är det mycket som blir tråkigt.
SvaraDu kanske kan gå ut och sparka lite boll eller så.
Svar till MrF
Det du ser är bara dina sinnens sätt att tolka din omvärld. Det är bara en bild av verkligheten. Det är bara en illusion baserad på fysiologiska lagar. Så vem bryr sig.
SvaraSvar till Ulv
Lägg er i en "floting"-tank efter att käkat en fin komposition av bokstäver sisådär 3-4 stycken borde räcka så ska ni få se på fraktaler utan dess like.
SvaraSvar till självutnämnd idiot
Ser vi SANNINGEN då?
SvaraInget nytt...
3D-fraktaler finns sedan läge i grönsaksdisken hos närmsta ICA-handlare: http://en.wikipedia.org/wiki/Romanesco_broccoli
Vackert!
Mycket vackra bilder!
Tricket.
Tricket är att skapa matematiska modeller.Fraktaler (2d eller 3d ) är en modell av något.Användningsområdet kanske inte är alldeles självklart till att börja med.Det är så forskning och utveckling fungerar.Jag tänker på korallrev när jag ser dessa vackra bilder.
QUATERNION FRACTALS
Googla på Quaternion fractals, så hittar ni en hel del.
Det går att gära beräkningarna mycket effektivare med quaternions.
i*i=-1, j*j=-.1, k*k=.-1 i*j=k osv.
Svar till Sven
Fraktaler som beräknas med kvaternioner istället för med komplexa tal är aningen matematiskt intressanta, men de är inte det minsta vackra så det är ingen som intresserar sig.
SvaraOj...
hoppas inte Hr Giger får se dessa bilder - då blir han nog helknäpp på riktigt! =)
Tjusigt men lite läskigt på nåt sätt...
Blueberry
Jodå, fraktalgrafik går att utnyttja komersiellt också.
Ett svenskt företag, S&T, utvecklade ett fraktalbaserat (kanske procedurella är en bättre benämning) program för att generera modeller av verkligheten. Det blev ganska bra och man kunde exempel gå in i träd utan att de blev blurriga som ex.vis. i datorspel.
Produkten sålde de av för några år sedan:
Kolla www.bionatics.com och klicka på "blueberry3d".
Så trött
Jag blir så j-a trött på att NyT inte får till det ens i papperstidningen när man fått några dagar på sig att kolla fakta.
Det är absolut inget nytt med dessa s k Mandelbulbs. Man har bara mappat 2D-problemet på en volym. Inget annat av matematiskt intresse! Och att implementera en GI renderare för iso-ytor är inget att yvas över. Alla riktiga programmerare fixar det utan att skryta halsen av sig. Ja. jag har gjort det och ja, jag tycket inte att bilderna var hälften så intressanta som de ursprungliga av riktige matematikern Benoit Mandelbrot.
Svar till Euler
Det är inte riktigt det de gjort.. att beräkna Z^2 är detsamma som att rotera runt i komplexa planet och modifiera längden som r^2. Det som de gör är att de roterar en vektor i rummet i stället (struntsamma att det inte längre är en komplext)..längden skalas fortfarande som r^2. Det man kan undra är om detta är ett speciallfall av quaternioner.
SvaraHursomhelst viker man och skalar uprepade gånger så får man en fraktal...detta fixas med r^2... rotationerna på en sfär förändrar utseendet.
Kollar på
Nu har jag googlat lite på Whites sidor detta är definitivt snyggare än quaternioner...
Man skulle kunna prova att rotera med olika vinklar runt phi och theta, samt att ha en trejde parameter för längden..
x=r^a*sin(theta*b)*cos(phi*c)
y=r^a*sin(theta*b)*sin(phi*c)
z=r^a*cos(theta*b)
Med olika a,b och c borde ge intressanta resultat.även om det inte längre kan liknas vid något uphöjt till n längre.