视觉|曼德尔球,分形几何中最伟大的突破之一,一场视觉盛宴( 二 )


该定理指出,如果二次形式在代数的非零部分将同态定义为正实数,那么代数必须与实数、复数、四元数或八元数同构。
上面简单的翻译为:对于我们的数字系统有某些操作(乘法/除法),他们必须在四个数学空间中的一个:实数(1D),复数(2D),四元数(4D)和八元数(8D)。
因此,基于这个理论,一个名叫艾伦·诺顿的人试图用四元数(4D)系统找到3D曼德尔布罗特等价。他的论文(发表于1982年)展示了通过展示4D空间的3D“切片”而完全实现的四元数朱莉娅集,这里有一个四元数朱莉娅分形的例子:
自然地,为了使一个四维物体形象化,你必须进行某种形式的维度缩减。最常见的方法是制作一个三维横截面,只需将四个元素中的一个保持在一个固定的值。不幸的是,虽然上面设置的四维朱莉娅集确实很吸引人,但在搜索四维曼德尔布罗特时,将四个分量中的一个保持在一个固定的值会造成二阶问题。通过强制元素保持固定,任何曼德尔布罗特创建的四元数都会自动在至少一个轴上对称:

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曼德尔球:分形几何最伟大的突破之一,视觉盛宴
在接下来的20年里,几乎没有什么表现。因此,对3D曼德尔布罗特集合的搜索直到2007年才有进展,当时一位名叫丹尼尔·怀特的业余数学家在参考体系中提出了一个深刻的转变。
怀特的洞察力,他的贡献,是从几何学上解释了曼德尔布罗特的定义——这使得在3D中工作更加实用。他没有像在2D曼德尔布罗特中那样绕着圆旋转,而是在三维球坐标(x,y,z)中绕着φ和θ旋转。
回想一下,曼德尔布罗特集强调了转义行为,即从变化复杂常量开始并遍历Z^2 + C。怀特的目的是复制这种几何的边界—极限关系。与曼德尔布罗特一样,在概念上,怀特设想将一个超级复杂的点(Z)平方以得到一个新的点,然后添加剩下的常数(C)。实际上,它有点复杂,因为平方增加了量级或到新点的距离;然而,在加C之前这个新点的方向是什么?
下面,我们将提供一种视觉效果,希望能帮助你直观地理解怀特的方法。之后,我们将逐步遍历上面代码的逻辑。我们试图在函数Z中拟合一组超复数 Z2 + C。从第一原理出发,让我们画出一个3D平面并随机选择一个点(x,y,z):

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double r = sqrt (x*x + y*y + z*z);double yAng = atan2 (sqrt(x*x + y*y), z);doubnt zAng = atan2 (y , x);
在(r)上方的起始线,就是3D中的距离公式。在分形世界中,这是原始公式Z的第一步。另一种看待这个的方法是r是向量的大小,它是旧点和新点之间的距离。然而,如上所述,这使我们缺乏方向——我们不知道这个新点在什么方向上。