Фрактальное рисование является одним из методов арт-терапии, наиболее доступный и эффективный для коррекции и гармонизации психоэмоционального и личностного состояния как для ребенка, так и для взрослого. Он основан на взвимосвязи между мелкой моторикой человека и его психическим состоянием. Метод фрактального рисования применяется в индивидуальной работе с ребенком (или взрослым) для коррекции нарушений психоэмоционального состояния - переживания чувства утраты, адаптационный период, снятие тревожности, напряжения, усталости.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Фрактальный рисунок является одним из методов арт-терапии, наиболее доступный и эффективный для коррекции и гармонизации психоэмоционального и личностного состояния как для ребенка, так и для взрослого. Метод фрактального рисования был разработан Т. З Полуяхтовой в 1991 году на основе научно-прикладных исследований Б. Мандельброта,

Е. Фандыш, М Люшера. Он основан на взаимосвязи между мелкой моторикой человека и его психическим состоянием, ведь рисунок несет информацию о состоянии души и тела.

Использование фрактального рисования в коррекции эмоционального состояния

Метод фрактального рисования может применяться в индивидуальной работе с ребенком (или взрослым) для корреции нарушений психоэмоционального состояния – переживания чувства утраты, адаптационный период, снятие тревожности, напряжения, усталости.

Фрактал (лат fractus – дробленый, сломанный, разбитый) – сложная геометрическая фигура, обладающая свойством «самоподобия», то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком.

Относительным противопоказанием к использованию методики в работе с детьми дошкольного возраста является наличие минимальной мозговой дисфункции (ММД). Детям с ММД активного и реактивного типов очень трудно долгое время заниматься одним делом. Раскрашивание множества «окошек» со временем начинает их раздражать, интерес к выполнению задания быстро падает, повышается отвлекаемость (эти процессы не могут развиваться, пока не будет нормализована работа мозга).

Коррекционные (или функциональные) рисунки выполняются осознанно, линии рисуются с закрытыми глазами, затем анализируется тестовый рисунок, выясняется проблема и вырабатывается механизм её решения, происходит обязательный выбор цвета для раскрашивания.

Необходимо обязательное выполнение 21 рисунка в течение 2-3 недель.

Для снятия остроты проблемы цвет обозначенного пятна рекомендуется постепенно разнести на соответствующие средние ячейки. А затем ячейки с нежелательным цветом «вынести» из центра на периметр рисунка. Например, можно использовать сочетание синего, голубого, зеленого и оранжевого цветов (иногда розового), которое дает положительную динамику развития и решения проблемы.

Использование фрактального метода в групповой работе

Фрактальное рисование может использоваться для изучения взаимоотношений в коллективе (детском и взрослом), проблем совместимости, психологического климата.

Метод фрактального рисования в сочетании с музыкотерапией может использоваться как здоровьесберегающая технология для снятия напряжения, усталости в период большой загруженности.

Приложение 1

Метод фрактального рисования

Цель: диагностика и коррекция психоэмоционального и физиологического состояния взрослых и детей (от 5 лет и старше).

Форма проведения . С детьми старшего дошкольного возраста рекомендуется индивидуальная форма проведения, со взрослыми - как индивидуальная, так и групповая формы.

Необходимый материал: набор цветных карандашей (фломастеров) как можно большего количества цветных оттенков, лист бумаги (А4).

Инструкция для первого (тестового) рисования

Инструкция для ребенка

Мы будем рисовать волшебные узоры. Я приготовила бумагу и карандаши (для детей дошкольного возраста лучше использовать карандаши ).

♦ Лист положи по горизонтали.

♦ Возьми карандаш и поставь его в любой точке листа.

♦ Сейчас ты закроешь глаза, я засеку время, а ты станешь рисовать непрерывную линию, стараясь заполнить как можно большую часть листа. Линия должна быть четкая, хорошо прорисованная. Рисуй спокойно, не изображай знакомые фигуры (домики, деревья, цветы). Все понятно? Тогда начнем рисовать. (На рисование отводится 30-45 секунд в зависимости от индивидуальных особенностей, скорости рисования).

♦ Открой глаза. Какой у тебя интересный узор получился, сколько разных окошек у тебя на рисунке: круглых, квадратных. Белый фон рисунка оставим чистым. Начало и окончание линии подведем или закруглим к ближайшей точке.

♦ А теперь посмотри, сколько у меня карандашей. Сейчас мы будем закрашивать наши окошки. Выбирать карандаши надо с закрытыми глазами.

Соседние окошки, разделенные линией, нельзя заполнять одним и тем же цветом. (В случае когда в руки попадается карандаш одного и того же цвета, то хотя бы одно окошко закрасить необходимо. Время для раскрашивания неограниченно).

Примечание. Надо отметить, что дети 5-6 лет рисуют только крупные ячейки. Дети, не уверенные в себе, «забитые» или которые плохо учатся, как правило, рисуют достаточно крупные ячейки и закрашивают их неплотно.

Инструкция для взрослого

Располагайтесь, пожалуйста, так, как вам удобно. У меня есть бумага, карандаши, фломастеры, цветные ручки.

♦ Шарик ручки установите в любой точке листа. Мы будем рисовать непрерывную линию с закрытыми глазами, старайтесь заполнить как можно большую часть листа. Будем рисовать в течение 45-60 секунд. Линия должна быть четкая. Скорость движения ручки средняя. Рисуем с большим количеством пересечений по горизонтали, вертикали и диагонали. Выполняем круговые, овальные и другие движения, напоминающие геометрические фигуры. Старайтесь не допускать частых повторов круговых, петлеобразных, 8-образных и геометрических форм. Закройте глаза. Начали рисовать.

♦ Белый фон рисунка необходимо оставить идеально чистым. Начало и окончание линии надо обязательно подвести или закруглить к ближайшей точке пересечения.

♦ Сейчас вы будете раскрашивать ваш рисунок. Карандаши надо брать только с закрытыми глазами. Помните, что соседние ячейки, разделенные линией, нельзя заполнять одним и тем же цветом. Их можно заполнять, если ячейки соприкасаются только по диагонали. (Одним цветом можно закрасить от 1 до 10-15 ячеек. (В случае когда в руки попадается карандаш одного и того же цвета, то хотя бы одну ячейку закрасить необходимо. Самые маленькие ячейки закрашивайте только ручкой ).

♦(По окончании закрашивания необходимо провести обсуждение эмоционального состояния клиента в процессе рисования ).

Приложение 2

Диагностические критерии при анализе рисунка

Характер изображения линий

●Четко прочерченные линии говорят об уверенном, твердом характере, целеустремленности, самостоятельности, аккуратности.

●Не везде одинаковый нажим при проведении линии чаще всего характеризуют творческого человека с гибким характером, эмоционально лабильного, иногда не уверенного в себе.

●Слабо прочерченные линии «говорят» о болезненном состоянии, заметной неуверенности в себе.

●Резкие, угловато прочерченные линии наблюдаются у человека, находящегося в состоянии эмоционального напряжения, стресса.

●Линии с плавными переходами свидетельствуют о гармоничном, стабильном состоянии.

●Расположение линий по концентрическому кругу или кругообразный повтор в рисунке наблюдается при склонности к навязчивым состояниям, неврозам.

Размер и конфигурация рисунка

●Маленький рисунок (не более 1/3 площади листа) встречается у людей с заниженной самооценкой, склонных к эгоцентризму.

●Средний размер (около 2/3 площади листа) рисунка – показатель уравновешенного характера.

●Большой рисунок (значительно больше 2/3 площади листа) – говорит о нестабильном эмоциональном состоянии, в некоторых случаях – о нестабильности к концентрации внимания.

●Прямоугольная форма периметра рисунка наблюдается у людей прямолинейных, зачастую имеющих сложный характер.

●Рисунок с причудливо выраженными «хвостиками» по периметру – отражение яркой индивидуальности, неординарности, в некоторых случаях нестабильности характера.

Конфигурация и размеры ячеек

Ячейки на фрактальном рисунке

По размеру (большие, средние, маленькие);

По форме (треугольные, петлеобразные, круглые, вытянутые).

Гармоничное сочетание размеров ячеек на всей площади рисунка (1/3 крупных, 1/3 средних, 1/3 маленьких) говорит об уверенности в себе, целеустремленности, стабильности.

Большое количество крупных ячеек встречается в рисунках добрых, открытых натур;

средних ячеек – исполнительных, аккуратных, иногда педантичных людей, в некоторых случаях неуверенных в себе, но всегда аккуратных и старательных.

Переизбыток круговых форм говорит о склонности к хроническим неврозам и наличии навязчивых состояний; петлеобразных линий – о зацикленности человека.

Плавные, округлые ячейки с небольшим числом геометрических форм наблюдаются у рассудительных, спокойных людей, склонных к творчеству.

Большое количество геометрических фигур говорит о ярко выраженной склонности к анализу, скептицизме в оценках, прямолинейном авторитарном характере, наличие деловых качеств.

Резко прочерченные, угловатые, неровные ячейки свидетельствуют об эмоциональной нестабильности, раздражении, переживании стресса.

Пятна

Большое пятно черного цвета говорит об усталости, переживании стресса.

Большое темное пятно – символ острой проблемы личного характера.

Большие ячейки красного цвета свидетельствуют о предрасположенности к навязчивым состояниям, тревожности.

Заметное количество красных пятен среднего размера – показатель напряженности, неустойчивости эмоций.

Одна или несколько больших ячеек коричневого цвета – долго не решаемые проблемы межличностных отношений.

Большое количество оттенков зеленого цвета наблюдается в рисунках людей с природной способностью к саморегуляции.

Одна или несколько крупных ячеек лилового цвета – маркер тревожного состояния, агрессии, острого стресса.

Цвет

Чистый без пятен и помарок белый фон рисунка – высокая концентрация внимания, исполнительность.

Намеренно не закрашенные ячейки белого цвета – показатель недостаточного использования природных способностей.

Большое количество ячеек желтого цвета : любознательность, самостоятельные, выдержанные, в меру тщеславны.

Зеленый цвет : природные качества самокоррекции, проницательны, эмоционально отзывчивы, способны выслушать и понять собеседника.

Травенисто-зеленый цвет (ближе к болотному ): большая физическая выносливость.

Сочетание: зеленый + желтый = повышенная чувствительность;

Зеленый + желтый +синий= коммуникабельность, внутренняя гармония.

Синий цвет: покой, стремление к стабильности, равновесию.

Темно-синий (преобладание ): напряженное эмоциональное состояние, переходящее в депрессию.

Синий+красный, коричневый, черный = неблагополучие эмоциональной среды, в которой человек находится.

Гармоничное сочетание синего + голубого + зеленого + оранжевого = дает положительную динамику развития, возможность длительной проблемы в жизни человека. Подобное сочетание часто используется в ходе коррекции.

Голубой цвет: человек любит свою семью, ценит уют, комфорт; большое количество ячеек – обидчивость, ранимость.

Сиреневый цвет : чаще всего положительный, с ним легко общаться; большое количество – тщеславие, ищущий почести; обычен для детей и подростков.

Фиолетовый цвет : трудоголики, важно самовыражение.

Лиловый цвет: наличие «бешеной» неуправляемой энергии, проявление агрессии (вербальной или физической), часто неконтролируемой.

Красный цвет: цвет тревоги. Если в рисунке очень много этого цвета, это сигнал бедствия, автор находится в крайне нестабильном, неуравновешенном состоянии. Если красные пятна средней величины и их много, это признак неустойчивого психоэмоционального состояния, гнетущего настроения. Обычно это текущие проблемы и неприятности, однако, если общий фон рисунка темный, это указывает на то, что человек не знает выхода из ситуации. Если органично переплетается с другими цветами – достаточно гармоничный человек динамично развивающийся, имеющий стабильное жизненное окружение.

Розовый цвет: цвет теплой энергии, переизбыток говорит о недостатке внимания. Такой ребенок нуждается в заботе, внимании, ласке. Розовый цвет имеет терапевтический эффект в процессе коррекции (цвет эмоциональной поддержки).

Малиновый + алый= тревога, напряженности эмоционального состояния, наличие проблемы. Малиновый цвет говорит об импульсивности и непредсказуемости. Когда в гармоничной норме, то олицетворяет тягу к прогрессу и целеустремленности.

Густой бордовый, вишневый: цвет силы, агрессивной энергии.

Оранжевый цвет: жизненная энергия. Средние ячейки – автор очень жизнерадостен. Если в избытке (крупные ячейки или много средних), то это сигнал о неспособности человека к четким действиям и наличии комплексов. Отсутствие этого цвета в рисунке говорит об упадке жизненных сил.

Песочно-золотистый цвет: цвет святой энергии признак духовного богатства и душевной широты.

Темно-коричневый цвет: можно утверждать, что у человека существует глубокая скрытая проблема, с которой он смирился и справиться (по его мнению) он не может. Темно-коричневый+ красный+ темно-красный+ фиолетовый+ черный= сигнал острой проблемы, критическое состояние (особенно у детей).

Серый цвет: цвет перехода от одного состояния к другому. Доминирует – признак пограничного состояния, ощущения дискомфорта, эмоциональной нестабильности и неуверенности в себе.

Человек, закрашивающий крупные ячейки серым цветом, требует к себе предельного внимания (возможно врача). Маленькие ячейки стального цвета символизируют конкретные изменения в настоящем.

Черный цвет: если закрашены совсем крошечные ячейки – автор инициативен, активен, динамичен. Большое количество средних и крупных ячеек говорит, что человек быстро устает морально, физически. Такая картина наблюдается в рисунках людей, находящихся в состоянии профессионального выгорания.

Для более полной и точной интерпретации цветового содержания рисунков (в том числе сочетания цветов) можно воспользоваться «Энциклопедией признаков и интерпретаций в проективном рисовании и арт-терапии».

Лебедева Л.Д., Никонорова Ю.В., Тараканова Н.А. Энциклопедия признаков и интерпретаций в проективном рисовании и арт-терапии.-Пб.: Речь, 2002.

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Самарской области средняя общеобразовательная школа № 6

городского округа Отрадный Самарской области

Структурное подразделение «Детский сад № 8»

___________________________________________________________________

Фрактальное рисование как инструмент диагностики и коррекции психоэмоционального состояния

Педагог-психолог

Филиппова Е. А.

Фракталы - это структуры, рождающиеся из уравнений теории хаоса и содержащие собственные уменьшенные копии (самоподобие). То есть, если разделить его на части, то получится почти идентичная миниатюра.

Красота фракталов состоит в том, что их "бесконечная" сложность сформирована относительно простыми линиями. Их повторение создает красивые и уникальные узоры.

Журнал Wired собрал наиболее впечатляющие фракталы, найденные на нашей планете

Соляные равнины

Соляные равнины в заливе Сан-Франциско использовались для коммерческого производства соли больше столетия. Ниже представлена фотография самой большой соляной равнины в мире, солончака Уюни, расположенного в южной Боливии. Соль рисует удивительно последовательный, но случайный узор, особенность фракталов.

Аммониты

65 миллионов лет назад аммониты были морскими головоногими, которые строили разделенные на камеры спиральные раковины. Стенки между камерами, называемые швами, являются сложными рекурсивными кривыми. Стивен Джей Гулд приводил сложность швов аммонитов в качестве примера того, что нет никакой эволюционной усложняющейся закономерности, и что мы лишь «великолепный несчастный случай», один во Вселенной. Раковины аммонитов также представляют собой логарифмическую спираль, которая часто встречается в природе.

Аммониты

Аммониты стали источником вдохновения для постройки соборной лестницы в Барселоне, Испания.

Горы

Горы

Горы – это результат тектонических процессов, толкающих земную кору вверх. Результатом является фрактал.

Папоротники

Папоротники – это типичный пример самоповторяющегося ряда, их узор может быть математически воспроизведен в любом масштабе. Математическая формула, которая описывает папоротники, названная в честь Майкла Барнсли (Michael Barnsley), стала одной из первых, которая указывает, что хотя хаос и непредсказуем, он все же следует определенным правилам, основанными на нелинейных повторяющихся уравнениях. Другими словами, случайные числа, воспроизведенные много раз с использованием формулы Папоротника Барнсли, в конечном счете, представляют уникальный объект в форме папоротника.

Облака

Эти слоистые облака были зафиксированы спутником Aqua над Южной Атлантикой к западу от побережья Африки. Рекурсивный узор прерван серией диагональных углублений. Согласно земной обсерватории NASA, подобная четкая граница внутри облака встречается довольно редко. Ученым еще предстоит это объяснить.

Облака

Ниже показаны 320 км вихревых облаков, это, возможно, самый длинный когда-либо задокументированный рекурсивный образец, как утверждает NASA. Они также называются вихревыми улицами фон Кармана, в честь инженера и специалиста по воздухоплаванию. Облачные улицы формируются, когда низкие облака разрываются каким-либо объектом, например крыльями самолета.

Листья

Как ни странно, но вырубка леса вдоль шоссе тоже является фракталом. Ниже представлена фотография одного из самых «лысых» регионов Амазонки в штате Рондония, западная Бразилия.

Каньоны

Ложно-цветное изображение Каньона-де-Шей в Аризоне. Служба национальных парков называет его одной из самых длинных непрерывно заселенных местностей Северной Америки.

Вы наверное много раз видели такие впечатляющие узоры с множеством цветов и «завитушек»…
Многие из них построены с помощью многократного копирования обычных шейпов, каждый из которых является уменьшенной копией большого орнамента.
Этот урок научит Вас делать подобные узоры в Adobe Photoshop.

Вот конечный результат того, что мы собираемся сделать:


Шаг 1
Фрактал (лат. fractus - дробленый) - термин, означающий геометрическую фигуру, обладающую свойством самоподобия, то есть составленную из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком. В более широком смысле под фракталами понимают множества точек в евклидовом пространстве, имеющие дробную метрическую размерность (в смысле Минковского или Хаусдорфа), либо метрическую размерность, строго большую топологической. © Wikipedia
Ну что ж, давайте начнем. Для начала создадим новый документ размером 1600х1200 пикселей и поставим направляющие линии (Rulers (Ctrl+R)) по центру документа. Затем заливаем фон круговым градиентом #095261 - #000000 строго от центра.


Шаг 2
Теперь нарисуем обычный кружок… Да, я не шучу, все начинается с простого кружочка. Рисуем его с помощью Ellipse Tool"a, держа Shift. У меня он имеет размер 83х83 пикселя и расположен в средней части изображения. Затем, создадим папку слоев Fractal и поместим туда слой с кружком.


Шаг 3
Давайте придадим кружочку глубины:

Шаг 4
Теперь дублируем слой с кружочком (Ctrl+J), ресайзим его и ставим так, как показано на рисунке ниже:

Белый треугольник служит мне ориентиром для перемещения кружочков:)
Шаг 5
Здесь начинается самая веселая часть. Дублируем слой с основой нашего узора (предварительно соединив слои с кружочками) и жмем Ctrl+Alt+T, чтобы войти в режим свободной трансформации.


Шаг 6
Держа Shift, поворачиваем узор на несколько градусов по часовой стрелке и немного уменьшаем его. Затем переносим центр трансформации левее и ниже нашего узора (направление зависит от Ваших нужд). Жмем Enter.

Шаг 7
Настало время небольшого фокуса с одним шорткатом (Ctrl+Shift+Alt+T). Жмем эту волшебную комбинацию клавиш. Что произошло? Photoshop применил такие же параметры трансформации к новому объекту. Повторим этот шаг несколько раз, пока не добьемся нужного результата.

Шаг 8
Дублируем папку Fractal и жмем Ctrl+E, чтобы объединить ее в один слой. Скрываем оригинальную папку. Ставим полученной узор в правом нижнем секторе нашего документа.

Шаг 9
Выбираем полученный слой, дублируем его и применяем к нему свободную трансформацию со смещением центра трансформации в середину документа. Разворачиваем узор на 120 градусов.

Шаг 10
Делаем то же самое для получение третьей грани. Затем создаем папку слоев и ложим туда все 3 полученных узора. Дублируем папку и соединяем ее содержимое в один слой (Ctrl+E).

Шаг 11
Дублируем слой и трансформируем его:

Шаг 12
Переходим в меню Image-Adjustments-Hue/Saturation и ставим такие параметры:

Шаг 13
Повторяем пункты 11 и 12 (12 с др. параметрами):

Шаг 14
Применяем этот прием много раз, пока не добьемся похожего результата. Помещаем все полученные слои в новую папку, дублируем ее и опять соединяем ее содержимое в один слой (все созданное ранее можно скрыть).


Шаг 15
Добавляем тень.

Шаг 16
Производим описанные с п.5 маневры с полученным орнаментом.




Заключение
Как Вы видите, с помощью этой техники можно создать множество красивых абстрактных дизайнов. Удачи Вам в Ваших начинаниях! :)

Самые гениальные открытия в науке способны кардинально изменить человеческую жизнь. Изобретенная вакцина может спасти миллионы людей, создание оружия, наоборот, эти жизни отнимает. Совсем недавно (в масштабе человеческой эволюции) мы научились «укрощать» электричество — и теперь не можем себе представить жизнь без всех этих удобных устройств, использующих электроэнергию. Но есть и такие открытия, которым мало кто придает значение, хотя они тоже сильно влияют на нашу жизнь.

Одно из таких «незаметных» открытий — фракталы. Вам наверняка доводилось слышать это запоминающееся слово, но знаете ли вы, что оно означает и как много интересного скрыто в этом термине?

В каждом человеке заложена природная любознательность, стремление познавать окружающий его мир. И в этом стремлении человек старается придерживаться логики в суждениях. Анализируя процессы, происходящие вокруг него, он пытается найти логичность происходящего и вывести некоторую закономерность. Самые большие умы на планете заняты этой задачей. Грубо говоря, ученые ищут закономерность там, где ее быть не должно. Тем не менее даже в хаосе можно найти связь между событиями. И эта связь — фрактал.

Наша маленькая дочь, четырех с половиной лет, сейчас находится в том прекрасном возрасте, когда число вопросов «Почему?» многократно превышает число ответов, которые взрослые успевают давать. Не так давно, рассматривая поднятую с земли ветку, дочка вдруг заметила, что эта ветка, с сучками и ответвлениями, сама похожа на дерево. И, конечно, дальше последовал привычный вопрос «Почему?», на который родителям пришлось искать простое объяснение, понятное ребенку.

Обнаруженная ребенком схожесть отдельной веточки с целым деревом — это очень точное наблюдение, которое лишний раз свидетельствует о принципе рекурсивного самоподобия в природе. Очень многие органические и неорганические формы в природе формируются аналогично. Облака, морские раковины, «домик» улитки, кора и крона деревьев, кровеносная система и так далее — случайные формы всех этих объектов могут быть описаны фрактальным алгоритмом.

⇡ Бенуа Мандельброт: отец фрактальной геометрии

Само слово «фрактал» появилось благодаря гениальному ученому Бенуа Мандельброту (Benoît B. Mandelbrot).

Он сам придумал этот термин в семидесятых годах прошлого века, позаимствовав слово fractus из латыни, где оно буквально означает «ломанный» или «дробленный». Что же это такое? Сегодня под словом «фрактал» чаще всего принято подразумевать графическое изображение структуры, которая в более крупном масштабе подобна сама себе.

Математическая база для появления теории фракталов была заложена за много лет до рождения Бенуа Мандельброта, однако развиться она смогла лишь с появлением вычислительных устройств. В начале своей научной деятельности Бенуа работал в исследовательском центре компании IBM. В то время сотрудники центра трудились над передачей данных на расстояние. В ходе исследований ученые столкнулись с проблемой больших потерь, возникающих из-за шумовых помех. Перед Бенуа стояла сложная и очень важная задача — понять, как предсказать возникновение шумовых помех в электронных схемах, когда статистический метод оказывается неэффективным.

Просматривая результаты измерений шума, Мандельброт обратил внимание на одну странную закономерность — графики шумов в разном масштабе выглядели одинаково. Идентичная картина наблюдалась независимо от того, был ли это график шумов за один день, неделю или час. Стоило изменить масштаб графика, и картина каждый раз повторялась.

При жизни Бенуа Мандельброт неоднократно говорил, что он не занимается формулами, а просто играет с картинками. Этот человек мыслил очень образно, а любую алгебраическую задачу переводил в область геометрии, где, по его словам, правильный ответ всегда очевиден.

Неудивительно, что именно человек с таким богатым пространственным воображением стал отцом фрактальной геометрии. Ведь осознание сути фракталов приходит именно тогда, когда начинаешь изучать рисунки и вдумываться в смысл странных узоров-завихрений.

Фрактальный рисунок не имеет идентичных элементов, но обладает подобностью в любом масштабе. Построить такое изображение с высокой степенью детализации вручную ранее было просто невозможно, на это требовалось огромное количество вычислений. Например, французский математик Пьер Жозе Луи Фату (Pierre Joseph Louis Fatou) описал это множество более чем за семьдесят лет до открытия Бенуа Мандельбротом. Если же говорить про принципы самоподобия, то о них упоминалось еще в трудах Лейбница и Георга Кантора.

Один из первых рисунков фрактала был графической интерпретацией множества Мандельброта, которое родилось благодаря исследованиям Гастона Мориса Жюлиа (Gaston Maurice Julia).

Гастон Жюлиа (всегда в маске — травма с Первой мировой войны)

Этот французский математик задался вопросом, как будет выглядеть множество, если построить его на основе простой формулы, проитерированной циклом обратной связи. Если объяснить «на пальцах», это означает, что для конкретного числа мы находим по формуле новое значение, после чего подставляем его снова в формулу и получаем еще одно значение. Результат — большая последовательность чисел.

Чтобы получить полное представление о таком множестве, нужно проделать огромное количество вычислений — сотни, тысячи, миллионы. Вручную это сделать было просто нереально. Но когда в распоряжении математиков появились мощные вычислительные устройства, они смогли по-новому взглянуть на формулы и выражения, которые давно вызывали интерес. Мандельброт был первым, кто использовал компьютер для просчета классического фрактала. Обработав последовательность, состоящую из большого количества значений, Бенуа перенес результаты на график. Вот что он получил.

Впоследствии это изображение было раскрашено (например, один из способов окрашивания цветом — по числу итераций) и стало одним из самых популярных изображений, какие только были созданы человеком.

Как гласит древнее изречение, приписываемое Гераклиту Эфесскому, «В одну и ту же реку нельзя войти дважды». Оно как нельзя лучше подходит для трактования геометрии фракталов. Как бы детально мы ни рассматривали фрактальное изображение, мы все время будем видеть схожий рисунок.

Желающие посмотреть, как будет выглядеть изображение пространства Мандельброта при многократном увеличении, могут сделать это, загрузив анимационный GIF .

⇡ Лорен Карпентер: искусство, созданное природой

Теория фракталов скоро нашла практическое применение. Поскольку она тесно связана с визуализацией самоподобных образов, неудивительно, что первыми, кто взял на вооружение алгоритмы и принципы построения необычных форм, были художники.

Будущий сооснователь легендарной студии Pixar Лорен Карпентер (Loren C. Carpenter) в 1967 году начал работать в компании Boeing Computer Services, которая была одним из подразделений известной корпорации, занимающейся разработкой новых самолетов.

В 1977 году он создавал презентации с прототипами летающих моделей. В обязанности Лорена входила разработка изображений проектируемых самолетов. Он должен был создавать картинки новых моделей, показывая будущие самолеты с разных сторон. В какой-то момент в голову будущему основателю Pixar Animation Studios пришла в голову креативная идея использовать в качестве фона изображение гор. Сегодня такую задачу может решить любой школьник, но в конце семидесятых годов прошлого века компьютеры не могли справиться со столь сложными вычислениями — графических редакторов не было, не говоря уже о приложениях для трехмерной графики. В 1978 году Лорен случайно увидел в магазине книгу Бенуа Мандельброта «Фракталы: форма, случайность и размерность». В этой книге его внимание привлекло то, что Бенуа приводил массу примеров фрактальных форм в реальной жизни и доказывал, что их можно описать математическим выражением.

Такая аналогия была выбрана математиком не случайно. Дело в том, что как только он обнародовал свои исследования, ему пришлось столкнуться с целым шквалом критики. Главное, в чем упрекали его коллеги, — бесполезность разрабатываемой теории. «Да, — говорили они, — это красивые картинки, но не более. Практической ценности теория фракталов не имеет». Были также те, кто вообще считал, что фрактальные узоры — просто побочный результат работы «дьявольских машин», которые в конце семидесятых многим казались чем-то слишком сложным и неизученным, чтобы всецело им доверять. Мандельброт пытался найти очевидное применение теории фракталов, но, по большому счету, ему и не нужно было это делать. Последователи Бенуа Мандельброта в следующие 25 лет доказали огромную пользу от подобного «математического курьеза», и Лорен Карпентер был одним из первых, кто опробовал метод фракталов на практике.

Проштудировав книжку, будущий аниматор серьезно изучил принципы фрактальной геометрии и стал искать способ реализовать ее в компьютерной графике. Всего за три дня работы Лорен смог визуализировать реалистичное изображение горной системы на своем компьютере. Иными словами, он с помощью формул нарисовал вполне узнаваемый горный пейзаж.

Принцип, который использовал Лорен для достижения цели, был очень прост. Он состоял в том, чтобы разделять более крупную геометрическую фигуру на мелкие элементы, а те, в свою очередь, делить на аналогичные фигуры меньшего размера.

Используя более крупные треугольники, Карпентер дробил их на четыре мелких и затем повторял эту процедуру снова и снова, пока у него не получался реалистичный горный ландшафт. Таким образом, ему удалось стать первым художником, применившим в компьютерной графике фрактальный алгоритм для построения изображений. Как только стало известно о проделанной работе, энтузиасты по всему миру подхватили эту идею и стали использовать фрактальный алгоритм для имитации реалистичных природных форм.

Одна из первых визуализаций 3D по фрактальному алгоритму

Всего через несколько лет свои наработки Лорен Карпентер смог применить в куда более масштабном проекте. Аниматор создал на их основе двухминутный демонстрационный ролик Vol Libre, который был показан на Siggraph в 1980 году. Это видео потрясло всех, кто его видел, и Лоурен получил приглашение от Lucasfilm.

Анимация рендерилась на компьютере VAX-11/780 от Digital Equipment Corporation с тактовой частотой пять мегагерц, причем прорисовка каждого кадра занимала около получаса.

Работая для Lucasfilm Limited, аниматор создавал по той же схеме трехмерные ландшафты для второго полнометражного фильма саги Star Trek. В фильме «Гнев Хана» (The Wrath of Khan) Карпентер смог создать целую планету, используя тот же самый принцип фрактального моделирования поверхности.

В настоящее время все популярные приложения для создания трехмерных ландшафтов используют аналогичный принцип генерирования природных объектов. Terragen, Bryce, Vue и прочие трехмерные редакторы полагаются на фрактальный алгоритм моделирования поверхностей и текстур.

⇡ Фрактальные антенны: лучше меньше, да лучше

За последние полвека жизнь стремительно стала меняться. Большинство из нас принимает достижения современных технологий как должное. Ко всему, что делает жизнь более комфортной, привыкаешь очень быстро. Редко кто задается вопросами «Откуда это взялось?» и «Как оно работает?». Микроволновая печь разогревает завтрак — ну и прекрасно, смартфон дает возможность поговорить с другим человеком — отлично. Это кажется нам очевидной возможностью.

Но жизнь могла бы быть совершенно иной, если бы человек не искал объяснения происходящим событиям. Взять, например, сотовые телефоны. Помните выдвижные антенны на первых моделях? Они мешали, увеличивали размеры устройства, в конце концов, часто ломались. Полагаем, они навсегда канули в Лету, и отчасти виной тому… фракталы.

Фрактальные рисунки завораживают своими узорами. Они определенно напоминают изображения космических объектов — туманностей, скопления галактик и так далее. Поэтому вполне закономерно, что, когда Мандельброт озвучил свою теорию фракталов, его исследования вызвали повышенный интерес у тех, кто занимался изучением астрономии. Один из таких любителей по имени Натан Коэн (Nathan Cohen) после посещения лекции Бенуа Мандельброта в Будапеште загорелся идеей практического применения полученных знаний. Правда, сделал он это интуитивно, и не последнюю роль в его открытии сыграл случай. Будучи радиолюбителем, Натан стремился создать антенну, обладающую как можно более высокой чувствительностью.

Единственный способ улучшить параметры антенны, который был известен на то время, заключался в увеличении ее геометрических размеров. Однако владелец жилья в центре Бостона, которое арендовал Натан, был категорически против установки больших устройств на крыше. Тогда Натан стал экспериментировать с различными формами антенн, стараясь получить максимальный результат при минимальных размерах. Загоревшись идеей фрактальных форм, Коэн, что называется, наобум сделал из проволоки один из самых известных фракталов — «снежинку Коха». Шведский математик Хельге фон Кох (Helge von Koch) придумал эту кривую еще в 1904 году. Она получается путем деления отрезка на три части и замещения среднего сегмента равносторонним треугольником без стороны, совпадающей с этим сегментом. Определение немного сложное для восприятия, но на рисунке все ясно и просто.

Существуют также другие разновидности «кривой Коха», но примерная форма кривой остается похожей

Когда Натан подключил антенну к радиоприемному устройству, он был очень удивлен — чувствительность резко увеличилась. После серии экспериментов будущий профессор Бостонского университета понял, что антенна, сделанная по фрактальному рисунку, имеет высокий КПД и покрывает гораздо более широкий частотный диапазон по сравнению с классическими решениями. Кроме того, форма антенны в виде кривой фрактала позволяет существенно уменьшить геометрические размеры. Натан Коэн даже вывел теорему, доказывающую, что для создания широкополосной антенны достаточно придать ей форму самоподобной фрактальной кривой.

Автор запатентовал свое открытие и основал фирму по разработке и проектированию фрактальных антенн Fractal Antenna Systems , справедливо полагая, что в будущем благодаря его открытию сотовые телефоны смогут избавиться от громоздких антенн и станут более компактными.

В принципе, так и произошло. Правда, и по сей день Натан ведет судебную тяжбу с крупными корпорациями, которые незаконно используют его открытие для производства компактных устройств связи. Некоторые известные производители мобильных устройств, как, например, Motorola, уже пришли к мирному соглашению с изобретателем фрактальной антенны.

⇡ Фрактальные измерения: умом не понять

Этот вопрос Бенуа позаимствовал у знаменитого американского ученого Эдварда Каснера.

Последний, как и многие другие известные математики, очень любил общаться с детьми, задавая им вопросы и получая неожиданные ответы. Иногда это приводило к удивительным последствиям. Так, например, девятилетний племянник Эдварда Каснера придумал хорошо всем известное теперь слово «гугол», обозначающее единицу со ста нулями. Но вернемся к фракталам. Американский математик любил задавать вопрос, какова длина береговой линии США. Выслушав мнение собеседника, Эдвард сам говорил правильный ответ. Если измерять длину по карте ломаными отрезками, то результат окажется неточным, ведь береговая линия имеет большое количество неровностей. А что будет, если измерять максимально точно? Придется учитывать длину каждой неровности — нужно будет измерять каждый мыс, каждую бухту, скалу, длину скалистого уступа, камня на ней, песчинки, атома и так далее. Поскольку число неровностей стремится к бесконечности, измеренная длина береговой линии будет при измерении каждой новой неровности увеличиваться до бесконечности.

Чем меньше мера при измерении, тем больше измеряемая длина

Интересно, что, следуя подсказкам Эдварда, дети намного быстрее взрослых говорили правильное решение, в то время как у последних были проблемы с принятием такого невероятного ответа.

На примере этой задачи Мандельброт предложил использовать новый подход к измерениям. Поскольку береговая линия близка к фрактальной кривой, значит, к ней можно применить характеризующий параметр — так называемую фрактальную размерность.

Что такое обычная размерность — понятно любому. Если размерность равна единице, мы получаем прямую, если два — плоскую фигуру, три — объем. Однако такое понимание размерности в математике не срабатывает с фрактальными кривыми, где этот параметр имеет дробное значение. Фрактальную размерность в математике можно условно рассматривать как «неровность». Чем выше неровность кривой, тем больше ее фрактальная размерность. Кривая, обладающая, по Мандельброту, фрактальной размерностью выше ее топологической размерности, имеет аппроксимированную протяженность, которая не зависит от количества измерений.

В настоящее время ученые находят все больше и больше областей для применения теории фракталов. С помощью фракталов можно анализировать колебания котировок на бирже, исследовать всевозможные естественные процессы, как, например, колебание численности видов, или моделировать динамику потоков. Фрактальные алгоритмы могут быть использованы для сжатия данных, например для компрессии изображений. И кстати, чтобы получить на экране своего компьютера красивый фрактал, не обязательно иметь докторскую степень.

⇡ Фрактал в браузере

Пожалуй, один из самых простых способов получить фрактальный узор — воспользоваться онлайновым векторным редактором от молодого талантливого программиста Toby Schachman . В основе инструментария этого простого графического редактора лежит все тот же принцип самоподобия.

В вашем распоряжении имеется всего две простейших формы — четырехугольник и круг. Вы можете добавлять их на холст, масштабировать (чтобы масштабировать вдоль одной из осей, удерживайте клавишу Shift) и вращать. Перекрываясь по принципу булевых операций сложения, эти простейшие элементы образуют новые, менее тривиальные формы. Далее эти новые формы можно добавлять в проект, а программа будет повторять генерирование этих изображений до бесконечности. На любом этапе работы над фракталом можно возвращаться к любой составляющей сложной формы и редактировать ее положение и геометрию. Увлекательное занятие, особенно если учесть, что единственный инструмент, который вам нужен для творчества, — браузер. Если вам будет непонятен принцип работы с этим рекурсивным векторным редактором, советуем вам посмотреть видео на официальном сайте проекта, на котором подробно показывается весь процесс создания фрактала.

⇡ XaoS: фракталы на любой вкус

Многие графические редакторы имеют встроенные средства для создания фрактальных узоров. Однако эти инструменты обычно являются второстепенными и не позволяют выполнить тонкую настройку генерируемого фрактального узора. В тех случаях, когда необходимо построить математически точный фрактал, на помощь придет кроссплатформенный редактор XaoS . Эта программа дает возможность не только строить самоподобное изображение, но и выполнять с ним различные манипуляции. Например, в режиме реального времени вы можете совершить «прогулку» по фракталу, изменив его масштаб. Анимированное движение вдоль фрактала можно сохранить в виде файла XAF и затем воспроизвести в самой программе.

XaoS может загружать случайный набор параметров, а также использовать различные фильтры постобработки изображения — добавлять эффект смазанного движения, сглаживать резкие переходы между точками фрактала, имитировать 3D-картинку и так далее.

⇡ Fractal Zoomer: компактный фрактальный генератор

По сравнению с другими генераторами изображений фракталов имеет несколько преимуществ. Во-первых, он совсем небольшой по размеру и не требует установки. Во-вторых, в нем реализована возможность определять цветовую палитру рисунка. Вы можете выбирать оттенки в цветовых моделях RGB, CMYK, HVS и HSL.

Также очень удобно использовать опцию случайного подбора цветовых оттенков и функцию инвертирования всех цветов на картинке. Для настройки цвета имеется функция цикличного перебора оттенков — при включении соответствующего режима программа анимирует изображение, циклично меняя на нем цвета.

Fractal Zoomer может визуализировать 85 различных фрактальных функций, причем в меню программы наглядно показываются формулы. Фильтры для постобработки изображения в программе имеются, хотя и в небольшом количестве. Каждый назначенный фильтр можно в любой момент отменить.

⇡ Mandelbulb3D: редактор трехмерных фракталов

Когда употребляется термин «фрактал», чаще всего подразумевается плоское двухмерное изображение. Однако фрактальная геометрия выходит за рамки 2D-измерения. В природе можно найти как примеры плоских фрактальных форм, скажем, геометрию молнии, так и трехмерные объемные фигуры. Фрактальные поверхности могут быть трехмерными, и одна из очень наглядных иллюстраций 3D-фракталов в повседневной жизни — кочан капусты. Наверное, лучше всего фракталы можно разглядеть в сорте романеско — гибриде цветной капусты и брокколи.

А еще этот фрактал можно съесть

Создавать трехмерные объекты с похожей формой умеет программа Mandelbulb3D . Чтобы получить трехмерную поверхность с использованием фрактального алгоритма, авторы данного приложения, Дениэл Уайт (Daniel White) и Пол Ниландер (Paul Nylander), преобразовали множество Мандельброта в сферические координаты. Созданная ими программа Mandelbulb3D представляет собой самый настоящий трехмерный редактор, который моделирует фрактальные поверхности разных форм. Поскольку в природе мы часто наблюдаем фрактальные узоры, то искусственно созданный фрактальный трехмерный объект кажется невероятно реалистичным и даже «живым».

Он может походить на растение, может напоминать странное животное, планету или что-нибудь другое. Этот эффект усиливается благодаря продвинутому алгоритму визуализации, который дает возможность получать реалистичные отражения, просчитывать прозрачность и тени, имитировать эффект глубины резкости и так далее. В Mandelbulb3D имеется огромное количество настроек и параметров визуализации. Можно управлять оттенками источников света, выбирать фон и уровень детализации моделируемого объекта.

Фрактальный редактор Incendia поддерживает двойное сглаживание изображения, содержит библиотеку из полусотни различных трехмерных фракталов и имеет отдельный модуль для редактирования базовых форм.

Приложение использует фрактальный скриптинг, с помощью которого можно самостоятельно описывать новые типы фрактальных конструкций. В Incendia есть редакторы текстур и материалов, а движок визуализации позволяет использовать эффекты объемного тумана и различные шейдеры. В программе реализована опция сохранения буфера при длительном рендеринге, поддерживается создание анимации.

Incendia позволяет экспортировать фрактальную модель в популярные форматы трехмерной графики — OBJ и STL. В состав Incendia включена небольшая утилита Geometrica — специальный инструмент для настройки экспорта фрактальной поверхности в трехмерную модель. С помощью этой утилиты можно определять разрешение 3D-поверхности, указывать число фрактальных итераций. Экспортированные модели могут быть использованы в 3D-проектах при работе с такими трехмерными редакторами, как Blender, 3ds max и прочие.

В последнее время работа над проектом Incendia несколько затормозилась. На данный момент автор ищет спонсоров, которые помогли бы ему развивать программу.

Если вам не хватает фантазии нарисовать в этой программе красивый трехмерный фрактал — не беда. Воспользуйтесь библиотекой параметров, которая находится в папке INCENDIA_EX\parameters. С помощью файлов PAR вы сможете быстро найти самые необычные фрактальные формы, в том числе и анимированные.

⇡ Aural: как поют фракталы

Мы обычно не рассказываем о проектах, работа над которыми только ведется, однако в данном случае мы должны сделать исключение, уж очень это необычное приложение. Проект под названием Aural придумал тот же человек, что и Incendia. Правда, на этот раз программа не визуализирует фрактальное множество, а озвучивает его, превращая в электронную музыку. Идея очень любопытная, особенно если учесть необычные свойства фракталов. Aural — это аудиоредактор, генерирующий мелодии с использованием фрактальных алгоритмов, то есть, по сути, это звуковой синтезатор-секвенсор.

Последовательность звуков, выдаваемая этой программой, необычна и… красива. Она вполне может пригодиться для написания современных ритмов и, как нам кажется, особенно хорошо подходит для создания звуковых дорожек к заставкам телевизионных и радиопередач, а также «петель» фоновой музыки к компьютерным играм. Рамиро пока не предоставил демонстрационной версии своей программы, но обещает, что, когда он это сделает, для того, чтобы работать с Aural, не нужно будет изучать теорию фракталов — достаточно просто поиграться с параметрами алгоритма генерирования последовательности нот. Послушать, как звучат фракталы, и .

Фракталы: музыкальная пауза

Вообще-то фракталы могут помочь написать музыку даже без программного обеспечения. Но это может сделать только тот, кто по-настоящему проникнут идеей природной гармонии и при этом не превратился в несчастного «ботана». Тут есть смысл брать пример с музыканта по имени Джонатан Колтон (Jonathan Coulton), который, помимо всего прочего, пишет композиции для журнала Popular Science. И не в пример другим исполнителям, Колтон все свои произведения публикует под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial, которая (при использовании в некоммерческих целях) предусматривает свободное копирование, распространение, передачу произведения другим лицам, а также его изменение (создание производных произведения), чтобы приспособить его к своим задачам.

У Джонатана Колтона, конечно же, есть песня про фракталы.

⇡ Заключение

Во всем, что нас окружает, мы часто видим хаос, но на самом деле это не случайность, а идеальная форма, разглядеть которую нам помогают фракталы. Природа — лучший архитектор, идеальный строитель и инженер. Она устроена очень логично, и если где-то мы не видим закономерности, это означает, что ее нужно искать в другом масштабе. Люди все лучше и лучше это понимают, стараясь во многом подражать естественным формам. Инженеры проектируют акустические системы в виде раковины, создают антенны с геометрией снежинок и так далее. Уверены, что фракталы хранят в себе еще немало секретов, и многие из них человеку еще лишь предстоит открыть.