分形的艺术之美

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@小白创作中心

分形的艺术之美

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http://www.360doc.com/content/24/0918/23/48355057_1134428308.shtml

分形是人们在自然界和社会实践活动中所遇到的不规则事物的一种数学抽象。分形理论创立于20世纪70年代，被广泛应用于计算机科学、生物科学、地质科学、人文科学以及艺术等各个领域。利用分形理论进行的艺术图形设计，能够创造出许多纯粹艺术家无法设计的线条与色彩。分形是科学中的艺术，是艺分形图应用于人体彩绘术中的科学，分形不仅表达着自身的艺术形式和外观，而且表达着生成这种艺术的科学知识。

计算机艺术

计算机艺术是一个范围很广的概念，几乎所有绘画形式都能包含进来，在屏幕上能够作油画，也能作水彩画和国画，更能作平面设计和三维立体设计。多媒体技术的应用，使计算机艺术冲出视觉艺术的限制，已将听觉艺术、造形艺术和文学创作与画面表现有机地融为一体，对几乎所有传统艺术产生了革命性的影响。近年来，由计算机动画发展到“虚拟现实”（virtual reality，简称VR），艺术的天地顿时开阔了许多。

计算机艺术不但扩展了艺术的天地，还一定程度上改变了艺术的存在方式和传播方式。计算机节省了人的重复性劳动，代替了一般性的平庸创作，使创作者有更多的时间发挥人的主体性，充分用自己的大脑创造出更新更美的艺术作品。

分形艺术

分形是人们在自然界和社会实践活动中所遇到的不规则事物的一种数学抽象。分形理论自从20世纪70年代被提出以来，经过几十年的发展，已经成为一门重要的新学科，被广泛应用于计算机科学、生物科学、地质科学、人文科学以及艺术等各个领域，成为当今国际上许多学科的前沿研究课题之一。分形理论是研究和处理自然与工程中不规则图形的强有力的理论工具，揭示了非线性系统中有序与无序的统一，确定性与随机性的统一。分形正起着把现代科学各个领域连接起来的作用，人们把它与耗散结构及混沌理论共称为20世纪70年代中期科学上的三大重要发现。随着计算机的迅速发展和广泛应用，分形的思想和方法正在不断的迅猛发展，日益影响着现代社会的工作与思维方式。随着分形的广泛应用，一些新的数学方法和创意工具被不断提出，充分显示了分形理论的潜在生命力。

分形艺术的特点：分形图形不仅仅想成为艺术，以合法的身份进入艺术殿堂，还想改造现有的艺术，推动艺术的发展。所说的“改造”是以注入科学技术和现代人文知识为主要内容的。历史上科学与艺术的每一次碰撞、结合，都促进了艺术的繁荣，分形艺术以至计算机艺术肩负着在新时代促进艺术繁荣的伟大使命。分形图形艺术的特点是：第一，有科学内涵，作品有内在的数学艺术结构；第二，采用计算机创意数值计算；第三，画面一般具有多重自相似结构；第四，具有后现代构成主义的风格。

分形艺术无论从形式结构或是色彩呈式的表达方面都具有无可争议的美学感召力，科学家在研究中发现了“形”“色”的美学元素，这种美学元素好比牛顿发现第二定律时、爱因斯坦提出质能方程时、杨振宁提出规范场理论时所体验到的科学美。科学不但是真实的，科学也是美的。

分形的艺术“源”就在我们工作和生活的周边，微观至人体中的血液循环系统、大脑皮层等等都是分形艺术形式的载荷体。宏观至参天大树、连绵的山脉、海岸线、奔涌的河水、漂浮的云朵等等，也都能归纳于分形，进而注入创新的形式灵感与色形韵律表达。分形的确贴近人们的生活，因而由分形派生而来的分形艺术无时不在我们的身边。

分形艺术的特点

“分形艺术”的创作与普通的“电脑绘画”不同。因为“分形艺术”是纯数学的产物，创作者要有很深的数理功底，此外还要有熟练的编程技能，这样才能充分利用数学公式，通过数学计算求得每一个像素的“数值”，而众多像素组合起来就构成了奇妙的分形画图。这些利用电脑处理出来的分形图的影响远远超出了数学领域。作为一种全新的艺术形式，分形图既可体现传统美学标准，如平衡、疏密、对称等等，但更多的是超越这些标准的新表现。比如，分形图中的平衡，是一种动态的平衡，一种画面各个部分在变化过程中相互制约的平衡；分形图的和谐是一种数学上的和谐，每一个形状的变化，每一块颜色的过渡都是一种自然的流动，均无生硬之感；而最特别的是分形的对称，它既不是左右对称、也不是上下对称，而是画面的局部与更大范围的局部的对称，或者说局部与整体的对称。在分形图中更多的是分叉、缠绕、不规整的边缘和丰富的变换，其中蕴涵着无穷的嵌套结构，这种结构的嵌套性带来了画面的极大丰富性，将局部不断放大并进行观察，会发现细部的结构；如果再放大，就会再度出现更精细的结构，可谓层出不穷，永无止境。有了分形艺术，从浩瀚广阔的宇宙空间到极精致的细节，都完全可以用数学结构和像素来描述。

利用分形理论进行的艺术图形设计，能够创造出许多纯粹艺术家无法设计的线条与色彩。例如Julia集和Mandelbrot集那样具有无限精细的结构，本来是动力系统参数分析的结果，然而在计算机图形学的帮助下呈现在人们面前的图像却令艺术家叹为观止。用数学方法对图像的放大区域进行着色处理，这些区域就变成一幅幅精美的艺术图案，这些艺术图案人们称之为“分形艺术”。深刻而奇妙的分形艺术图形可以应用于科学探索，用以帮助了解自然界复杂精细结构的规律性和本质；也可以应用于艺术创作，产生出形式新颖风格独特的计算机艺术作品。分形艺术较好的体现了科学与艺术的和谐与统一，它以一种全新的艺术风格展示给人们，使人们认识到分形艺术和传统艺术一样具有和谐、变化、对称等特征的美学标准，是科学之美与美学之美的有机结合。

分形的应用

分形图形的应用

分形图形的发展前景，分形艺术有着广阔的发展前景，也能产生巨大的经济效益。例如：第一，书籍装帧、杂志封面设计；第二，广告业，作为素材制作新颖的广告画面；第三，各种装饰艺术，如大型壁画、扑克牌、挂历、马赛克瓷砖画、居室装饰画等；第四，纺织工业、装饰布料设计、刺绣花样设计、时装设计等。

分形艺术塑造自然物景

分形几何已经成为一个发展十分迅速的科学分支，尤其是在计算机图形学中，成为描述自然景物及计算机艺术创作的一种重要手段。

图1：人物背影分形图

塑造自然景物的分形方法主要有三种：迭代函数系统，分形布朗运动和L-系统。迭代函数系统是一类重要的分形构形系统，在一大类的物体的建模问题中具有巨大的优势，特别是对自然景物的计算机模拟生成优势更为明显。IFS是以仿射变换为框架，根据几何对象的整体与局部具有自相似结构，经过迭代而产生的。由IFS码绘出的分形图形具有无穷细微的自相似结构，能对很多客观事物作出准确的反映，这种结构是难于用经典数学模型来描述的。只要变换选取适当，IFS方法可以真实的描述植物、丛林、云烟等自然物体，生成任意精度的图形效果，这也是其他绘制方法难以做到的。

分形布朗运动是随机分形生成逼真景物的数学模型，利用随机终点位移、插值和傅利叶滤波等方法，借助于方差和分形维数可用以产生各种自然景物。其覆盖域非常宽广。自然界的海岸线、山形、河川、地形地貌等，均可以逼真地产生。

大自然中，多姿多彩的植物世界深深地吸引着科学家们。他们对其显著的几何特性作了深入而广泛的研究。美国生物学家A. Lindenmayer于1986年提出了一种研究植物形态与生长的描述建筑形态结构方法。这种方法称为L-系统。L-系统不仅研究植物的拓扑结构，而且研究植物形态的几何解释。1984年A.R. Smith将L-系统和计算机图形学结合起来，向人们展示出了L-系统在计算机模拟植物方面的能力，为计算机模拟真实感图形提供了一个有用的工具。L-系统是一种形式语言，它需要通过对符号串的意义进行解释并执行相应的操作。L-系统用于植物生长过程的模拟是非常成功的，它不仅局限于植物生长的模拟，它的思想还可以应用到电子线路的设计、自然景物、建筑形体结构等方面。

图2：用分形原理生成的仿真图片—还原真实的大自然

分形是科学中的艺术，是艺分形图应用于人体彩绘术中的科学，分形不仅表达着自身的艺术形式和外观，而且表达着生成这种艺术的科学知识。可以说，分形对艺术最直接的贡献是带来了新的造型语言及表达方式。分形会给未来的艺术新领域带来更多的惊喜。