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Privacy Policy Cookie Policy Terms and Conditions Manuale di Utilizzo di POV-Ray 3.01 - Versione Italiana

7.5.2.6        Frattali di Julia



Un frattale di Julia è una 'fetta' tridimensionale di un oggetto quadridimensionale creato generalizzando il procedimento che si usa per creare i classici insiemi frattali di Julia. Puoi ottenere una grande quantità di strani oggetti usando questo tipo di frattale, compresi alcuni che avranno l'aspetto di strani ammassi spiraliformi.
La sintassi di un frattale Julia è la seguente :

julia_fractal {
PARAMETRO_4D // il valore di default è <1,0,0,0>
[ quaternion | hypercomplex ] // il valore di default è quaternion
[ sqr | cube | exp |
reciprocal | sin | asin |
sinh | asinh | cos | acos |
cosh | acosh | tan | atan |
tanh | atanh | log | pwr(X,Y) ] // il valore di default è sqr
[ max_iteration N_MAX_ITERAZIONI] // il valore di default è 20
[ precision PRECISIONE ] // il valore di default è 20
[ slice NORMALE_4D, DISTANZA ] // i valori di default sono <0,0,0,1>,0
}

Il vettore a quattro dimensioni PARAMETRO_4D è il classico parametro p della formula iterativa di Julia f(h)+p.
Il frattale di Julia è calcolato usando un algoritmo che determina se un punto arbitrario h(0) in uno spazio quadridimensionale si trova all'interno o all'esterno dell'oggetto. L'algoritmo richiede che venga generata la sequenza di vettori h(0), h(1)... iterando la formula :

h(n+1) = f(h(n)) + p (n = 0, 1, ..., max_iteration-1)

dove p è il vettore quadridimensionale del frattale Julia, ed f() è una delle funzioni elencate sopra, specificata dalla presenza della parola chiave corrispondente. Il punto h(0) che inizia la sequenza è considerato all'interno del frattale Julia, se nessuno dei vettori della sequenza esce da una ipersfera (sfera a quattro dimensioni) di raggio 4 attorno all'origine, prima che l'iterazione dei numeri raggiunga il valore specificato per max_iterations. Aumentando questo valore, alcuni punti escono dall'ipersfera, formando il frattale.
A seconda del vettore di partenza assegnato, l'oggetto 'frattale' non è necessariamente un oggetto aggregato : può accadere che sia una nuvola di polvere frattale. Usando un basso valore di
max_iterations è possibile riunire la polvere e creare un oggetto solido. Un valore alto per max_iterations è più accurato, ma richiede un maggiore tempo di rendering.
Anche se non sono calcolati accuratamente, gli oggetti ottenuti con un basso valore di
max_iterations possono comunque essere molto interessanti. Dal momento che l'oggetto matematico descritto da questo algoritmo è quadridimensionale e POV-Ray renderizza oggetti tridimensionali, si deve trovare un modo di ridurre il numero delle dimensioni dell'oggetto da 4 a 3. Questo si ottiene facendo intersecare il frattale quadridimensionale con un piano tridimensionale e proiettando l'intersezione nello spazio tridimensionale. Questo piano è lo spazio tridimensionale perpendicolare a NORMALE_4D e distante DISTANZA dall'origine. Non sono accettabili valori di 0 per NORMALE_4D o per la sua quarta componente.
Puoi entrare in confidenza con la natura quadridimensionale del frattale di Julia usando un'animazione e facendo variare con
clock il parametro della distanza del piano (DISTANZA). Puoi far sì che il frattale appaia dal nulla, cresca e di nuovo svanisca in relazione al variare del parametro distanza, in modo molto simile a ciò che accade alla sezione bidimensionale di un oggetto 3D che passa attraverso un piano. Il parametro precision è la tolleranza usata nel calcolo dei punti dell'oggetto. Maggiori valori danno un risultato più accurato, ma un rendering più lento. Usa un valore quanto più possibile basso, evitando però che il frattale si deteriori.
La presenza delle parole chiave
quaternion o hypercomplex determina quale tipo di algebra quadridimensionale è usato per calcolare il frattale. Entrambe sono generalizzazioni quadridimensionali dei numero complessi, ma nessuna soddisfa tutte le proprietà del campo (tutte le proprietà dei numeri reali e complessi, sulle quali molti di noi hanno dormito alle superiori). I quaternioni hanno la moltiplicazione non commutativa, mentre i numeri ipercomplessi possono non avere un inverso rispetto alla moltiplicazione per alcuni numeri diversi da zero (è stato dimostrato che non si possono estendere i numeri complessi alle quattro dimensioni mantenendone tutte le proprietà, quindi qualcosa non può conservarsi). Entrambi questi metodi sono stati scoperti nel XIX secolo. Tra le due, l'algebra dei quaternioni è molto più nota, ma si potrebbe obiettare che gli ipercomplessi sono più utili per i nostri scopi, dato che le funzioni di valori complessi, come seno, coseno, ecc. possono essere estese ai numeri ipercomplessi in maniera uniforme.

Per i curiosi, le proprietà algebriche di queste due algebre possono essere derivate dalle proprietà della moltiplicazione dei vettori che formano la base canonica dello spazio a quattro dimensioni : 1 = <1,0,0,0>, i=< 0,1,0,0>, j=<0,0,1,0> e k=< 0,0,0,1>. In entrambe le algebre, per ogni x vale che 1*x = x*1 = x (dove 1 è l'elemento neutro rispetto alla moltiplicazione). I vettori base 1 ed i si comportano esattamente come i familiari numeri complessi 1 ed i in entrambe le algebre.

Le regole di moltiplicazione dei vettori della base, nell'algebra dei quaternioni, sono le seguenti :

ij = k; jk = i; ki = j
ji = -k; kj = -i; ik = -j
ii = jj = kk = -1;   ijk = -1;


Le regole di moltiplicazione degli stessi vettori, nell'algebra degli ipercomplessi sono :

ij = k jk = -i ki = -j
ji = k kj = -i ik = -j
ii = jj = kk = -1 ijk = 1


Per aumentare la velocità di calcolo quando viene usata l'algebra dei quaternioni si usa una stima della distanza. La prova del corretto funzionamento di questa stima della distanza, quando la formula è generalizzata da due a quattro dimensioni non c'è, ma la formula sembra comunque funzionare bene, nonostante la mancanza della prova matematica.
La presenza di una delle funzioni
sqr, cube ecc., determina quale di queste funzioni viene usata per f(h) nella formula ricorsiva h(n+1) = f(h(n)) + p. La maggior parte delle funzioni è valida solo se è presente la parola chiave hypercomplex. Con i quaternioni funzionano solamente sqr e cube. Le funzioni sono funzioni complesse estese alle quattro dimensioni.

Parola chiave della f Porta i valori 4D a :
sqr h*h
cube h*h*h
exp e elevato alla h
reciprocal 1/h
sin seno di h
asin arcoseno di h
sinh seno iperbolico di h
asinh inverso del seno iperbolico di h
cos coseno di h
acos arcocoseno di h
cosh coseno iperbolico di h
acosh inverso del coseno iperbolico di h
tan tangente di h
atan arcotangente di h
tanh tangente iperbolica di h
atanh inverso della tangente iperbolica di h
log logaritmo naturale di h
pwr(x,y) h elevato alla potenza complessa di x+iy

Un semplice esempio di frattale Julia è:

julia_fractal {
<-0.083,0.0,-0.83,-0.025>
quaternion
sqr
max_iteration 8
precision 15
}

Il primo rendering di frattali Julia usando i quaternioni è stato fatto da Alan Norton e più tardi da John Hart negli anni 80. Questa nuova possibilità di POV-Ray segue Fractint nell'idea di andare oltre a ciò che è noto nella letteratura matematica sull'uso degli ipercomplessi e generalizzando la formula ricorsiva per arrivare ad usare una quantità maggiore di funzioni oltre alla classica formula di Mandelbrot : z^2 + c. Con due dimensioni in più e diciotto funzioni con le quali lavorare, gli esploratori più intrepidi saranno in grado di creare nuove bestie frattali da mettere nell'iperspazio. Fatevi sotto !





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