Poly,有怎样(600913,股吧博客)的前世今生?

设计理论 采集侠 浏览

小编:继拟物化、扁平化(Flat Design)、长阴影(Long Shadow)之后,低多边形(Low Poly)再次掀起全新的设计风潮。分形与迭

继拟物化、扁平化(Flat Design)、长阴影(Long Shadow)之后,低多边形(Low Poly)再次掀起全新的设计风潮。分形与迭代、技术和风格,它们该如何构筑产品?

70 年代:波音飞机和山峦

上世纪七十年代,计算机开始越来越广泛地应用于工程设计。位于西雅图的波音公司的工程师们也不例外:他们的奇思妙想和实验数据,可以迅速通过计算机快速地生成飞机的 3D 演示模型,从而让设计过程更加直观和敏捷。

Loren Carpenter 和他在1980年用分形迭代计算绘制出的山脉。

Loren Carpenter 就是他们当中的一位。

23 岁就已经效力于波音,一边在华盛顿大学学习,攻读了数学学士、计算机科学与工程硕士学位,一边在波音公司担当计算机图形开发工程师。他的主要工作,就是根据航空工程师的需求,用设计的尺寸数据来绘制出飞行器,制作动画,来展现不同的飞行姿态下,波音飞机的雄伟身姿。

这听上去似乎并不是一件太难的事,可是 Loren Carpenter 却希望把在动画中加入山峦——因为当时波音公司每一张用来展示的飞机照片里,都会加入壮丽迷人的山脉。

可以想象得到,如果这些动画中出现山峦地貌,不仅会让飞行器的效果更逼真,还能直观体现出飞行的速度、高度、俯仰细节。

不过,描绘一个外表简单光滑、呈流线型的飞行器很容易,但用计算机绘制山峦却异常艰难,地表起伏的山峦,要形成细节足够丰富的效果,必须以数以百万计的小三角形构成,即便是在每一帧画面中,小三角形的数目都会达到成百上千。

而在 1978 年,一台电脑的 CPU 主频和内存,只相当于如今一部 iPhone 的千分之一。计算机处理图形时计算能力和内存,决定了只有使用尽可能低的算法复杂度,才有可能能来绘制出山峦的细节。算法复杂度包括时间复杂度和空间复杂度,这不难理解——悬于其上的达摩克利斯神剑、制约和评价算法的关键,当然是 CPU 的运算能力和内存的容量。

如果将山峦的形状概括成为数量比较少、面积比较大的一些三角形,计算机很容易实现快速处理;但如果需要精细描绘出细节的起伏,就需要增加三角形的数量,缩小每个三角形的面积。

Carpenter 陷入了苦苦的思索,最终使他获得灵感的,是和家人闲逛时,在报刊亭读到了《科学美国人》上关于 Benoit Mandelbrot 分形理论的介绍。

这个启迪过程十分迷人:在实践中出于对风格的需要,而产生对技术的需求,而理论又对技术产生巨大的推动力。技术与风格之间的融汇,不仅仅发生在联结人左右脑的「脑桥」之中,更出现在1分快3业界,互相启迪催化,而计算机科学的发展,互联网的出现,让理论、技术与风格之间的路径变的更加顺畅。

60 年代:英国海岸线与分形理论

早在 1967 年,数学家 Mandelbrot 就在美国权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长?统计自相似和分数维度》(How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension)的著名论文。

英国的海岸线有多长?不同的测量尺度会带来不同的结果。

Mandelbrot 在研究海岸线长度时发现,地理中的曲线长度与其曲线细节有着很大的关联,并且这些曲线通常表现出具有无限长或者是无法定义的特性。幸运的是这些曲线同时表现出了一个很好的特性——「自相似性」。取曲线的一小部分等比例放大后,你会惊奇地发现放大后的部分曲线的形状与原来的整体具有很大的相似性。Mandelbrot 指出自相似性是一个十分强大的工具,在各个领域均有很大的作用。1975 年,他创立了分形几何学 (Fractal Geometry)。在此基础上,形成了研究分形性质及其应用的科学,称为分形理论。

Mandelbrot 的著作《分形》,也曾经给了计算机图形学发展很大的启迪。

分形理论从现实中归纳得来,又从技术层面得到演绎开去。正如《分形》一书的封面,层层嵌套迭代绘制出的谢尔宾斯基三角形(Sierpinski triangle)一样,分形理论带给波音工程师 Loren Carpenter 的启示,正是采用迭代的方式不断通过嵌套递归,让计算机在有限的硬件条件下,得以快速生成精细、细节更真实的山峦表面。他最终获得了成功。直到今天,展示动画《Vol Libre(自由飞翔)》还可以在 Vimeo 上观赏到。

当前网址:http://www.abnovum.com/experience/theory/2019/0303/1888.html

 
你可能喜欢的: