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利用编程算法,看清雪花的“真面目”

2019-11-23 14:38:06 来源:陡普新闻网

浪漫的雪花,理性的雪花

当提到雪的时候,你觉得脚印、古都、恋人还是安静的火炉里有红色的骚动?

是的,在我们通常的思维中,我们对雪充满浪漫的想象,雪等于美。日本作家川端康成写了一本名为《雪国》的小说,讲述了白雪皑皑的雪国温泉中舞者岛村和一只简单的艺妓小马驹的爱情故事。这部小说展现了雪中的虚无、清洁和悲伤之美。

三角洲雪花对我们来说既熟悉又陌生。

然而,除了感性的知识,我们能试着从另一个角度来看雪的美吗?我相信许多人都有这样的经历。当你想观察落在你手上的雪花时,它已经融化了,你还没看清楚。因此,雪是很常见的,但是雪花的真正性质及其形成是神秘的。

然而,幸运的是,一位名叫孙略的艺术家用他的方式带我们再次认识了斯诺。孙微微曾经给许多朋友看过这样一组照片:

三角洲不同雪花照片

展示完这组照片后,孙微微还会给他的朋友们一个选择题。

(单一主题)“雪花研讨会”使用以下技术:

某种显微照相技术

精美的手绘技术

专用计算机动画技术

神秘的编程算法

猜猜答案是什么?然后我们将宣布正确的答案。

……

……

……

……

……

……

正确答案是d!这是一种由神秘编程算法创建的雪花图像。面对这个选择题,孙略的大多数朋友都猜错了,这似乎证明了孙略独特技能的卓越。

事实上,这组照片来自孙略的艺术项目“雪花工作室”。“雪花工作室”通过计算机算法模拟自然界雪花形成的全过程,从而批量生产雪花。雪花在孙璐眼里并不像在我们眼里那样充满浪漫色彩,而是闪耀着科技的光辉。因此,他为我们提供了一种再次识别雪花的方法。

△雪花车间生产的雪花

孙吕曾是一名彻头彻尾的工程师。在大学和研究生学习期间,他在清华大学接受了7年的技术培训。但后来,在家庭影响和个人兴趣的共同影响下,孙略选择了去北京电影学院学习,毕业后留在学校教书,朝着“影像技术”的方向发展。

“先学后学”的教育经验使孙翔的大脑回路不同于普通人。电影学院的教育和教学经验使孙翔对美和艺术相当敏感。早期的技术培训使他能够以极其理性的思维诠释艺术和美。用孙路自己的话来说,他越来越觉得自己是一个“混血儿”,不知道自己属于哪一部分。然而,有些人说孙略“在艺术的伪装下做科学研究”。

德尔塔太阳略微“静止电影”

事实上,他经常鼓出一些技巧,并想出一些有趣的图像。他曾经创作了一系列作品,将整个电影图像中的所有像素浓缩成一张图片。他将这一系列作品命名为“静态电影”。孙路总能找到另一种方法来摆脱我们习惯的生活。孙微微做了很多这样的工作,雪花工作室就是其中之一。

从自然到程序

乍一看,孙略的雪花没什么不寻常的,就像我们记得的雪花一样。然而,雪花工作室的魅力并不在于最终的形象,而在于制作形象的过程中。雪花研讨会最初的灵感来源是孙吕所看到的一份来自美国的科学报告。这份科学报告的作者是一位著名的晶体学家和一个关注雪花的“闲人”。经过多年的研究,他已经为雪花的生成建立了一套物理模型。为了便于人们记忆,他将雪花的形状大致分为八类。

恒星树突

蕨状恒星树突

柱子和针

带帽列

钻石晶体

三片雪花

十二片雪花

霜雪花

以上是八个最粗略的分类。事实上,研究雪花的人很多,分类也各不相同。最小的是八个,最大的是数百个,美国科学家的另一个分类是35个。

除了对雪花的形状进行分类,美国科学家还恢复了自然环境中雪花形成的真实过程。这个过程的复杂性远远超出我们的想象。甚至可以说每片雪花的形成和宇宙一样复杂。

受美国科学家的启发,孙吕决定用计算机程序算法模拟自然界雪花形成的过程,并用科学技术恢复自然。

如何“克隆”自然

正如人类至今无法治愈感冒一样,自然界中的任何小事都比我们想象的要复杂得多。因此,使用算法来恢复雪花的形成过程也就像一场艰难的“苦难的行军”。但是,如果将复杂性降低到简单性,雪花生产可以大致分为以下步骤:

第一步:建立晶核

首先,每片雪花都需要一个晶核。大多数时候,晶核是空气中的微小尘埃。因此,孙吕必须在程序中设定一个原点来代表晶核。

步骤2:设定湿度

晶核确定后,水蒸气会逐渐在晶核周围凝结形成雪花。因此,sun lue应该在程序中设置初始湿度值。当晶核周围水分子的浓度较高时,雪花结晶的速度较快。由于雪花在生长过程中不断吸收周围的水蒸气,且吸收速度不同,导致水蒸气在雪花周围分布不均匀。通常,雪树枝顶端水分子的浓度越高,雪花生长越快,越容易产生分叉。

三角洲雪花生长过程

步骤3:设定温度

在雪花形成过程中,温度的影响比湿度的影响复杂得多。事实上,温度对雪花形态的影响还没有被清楚地理解。我们只知道温度的影响非常大,但是没有人能真正知道它是如何影响的。因此,孙禄只能将温度设置为另一个值。温度和湿度的随机性导致雪花产生不同的最终效果,就像人们常说的:世界上没有雪花是一样的。

△影响雪花生长的因素

步骤4:冷凝和熔化

在孙路的算法设计过程中,不仅要考虑雪花凝聚的过程,还要考虑雪花融化的过程。在现实世界中,雪花的生长与冷凝和融化同时发生。只要冷凝速度大于融化速度,雪花就能不断生长。考虑到融化过程,雪花看起来会更真实。

为此,孙萧楼通过编程为电子雪花设计了一个连续循环过程。简而言之,它是:雪花结晶——水滴周围水蒸气的浓度——雪花融化——周围水蒸气的浓度上升。

△雪花融化时凝结

这样,在像装配线这样的一整套操作之后,孙略的雪花一片一片地诞生了。

科技人的浪漫

孙略的雪花看起来大致像是一部精致相机镜头下的摄影作品。然而,如果你仔细观察,你仍然会发现一些数字和不真实的痕迹。这是因为,即使是世界上最强大的计算机,在形成雪花的过程中,仍然无法完成所有的计算。“所以我现在只能做模拟,但我不能完全恢复它。这就是雪花看起来不够真实的原因。”孙微微自己解释道。

无论如何,孙略的雪花已经足够“模拟”了。我们可以看到雪花表面的起伏和凹陷,就像图片中的陆地和山峰。在看到孙略的雪花之前,我一直认为雪花只是像剪纸一样的二维花朵。但是sun lue的“雪花工厂”告诉我,雪花实际上是三维的,就像一个完全对称、截然不同的外星飞船。如果你把太阳的雪花垂直切片,你可以看到山和它在水中的倒影。

雪花的三角洲起伏

当你专注于观察孙略的雪花时,你会被它们深深吸引。每片雪花都有太多的变化。只要你继续观察,你总能找到以前从未发现的有趣细节。那些奇妙的凸起、分叉和弯曲...每片雪花都像宝藏,每片雪花都像宇宙一样浪漫。这是自然和算法的力量。毫无疑问,太阳略微成功地颠覆了我们对雪花的理解。

三角洲艺术家孙露

在科学家看来,这些雪花的生长只是一些结构框架,而太阳萧楼已经把它变成了现实和美丽。在《三体》中,垂死的云·田明用一笔意想不到的财富买下了明星dx3906,匿名送给了他在大学里迷恋的同学程心,然后决定对自己实施安乐死。人们说这是刘慈欣的《技术人员的罗曼史》。孙吕对雪花的坚持与“直人浪漫主义”有着相同的色彩。

△各种雪花形式

孙吕雪化学农场是一个非常有趣的项目。有趣的是,它用算法代替了自然,让我们看到,尽管雪花很小,肉眼看不清楚,但它的形成过程是如此宏大和复杂。更重要的是,孙晓丽为我们提供了另一种理解世界和自然的方式。除了感性想象,理想的逻辑思维也可以成为一种美感,充满温度。最高层次上最有趣的事情是打破规则而形成的紧张,这种紧张表现得如此微妙。

规划:三重。创造性的

作者:morlee

微信编辑/设计排版:李宇轩

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