莫勒玫瑰
莫勒玫瑰:从一朵数学玫瑰,到复杂的几何花纹
如果让计算机画一朵玫瑰,可能并不困难,一条简单的数学公式,就可以产生整齐、对称的花瓣。
但如果我们做一个小小的改变:不再连续地画这条曲线,而是每隔一个固定的角度,跳到下一个位置,然后把这些点一个一个连接起来,会发生什么?
你可能会得到一个完全不同的世界,原本规则的玫瑰花瓣,会变成复杂的线条、交叉的结构,以及像精致蕾丝一样的几何图案。这就是 莫勒玫瑰。它最迷人的地方在于:底层的数学规则并没有变得非常复杂,只是改变了“如何沿着玫瑰曲线取点”。
先认识一朵普通的数学玫瑰
在理解莫勒玫瑰之前,我们先看看它的“原型”:经典的玫瑰曲线。
可以简单理解成:让一个点不断旋转,同时按照一定规律改变它与中心的距离。这个点一边旋转,一边靠近中心,又远离中心,再次靠近,再次再远离。于是,一片片花瓣就出现了。最终形成一朵规则、对称的数学玫瑰。
那么莫勒玫瑰做了什么?
现在,我们做一个非常小的改变。
经典玫瑰曲线通常是:连续地沿着曲线运动。
而莫勒玫瑰不这么做,它会每次跳过一个固定的角度。
例如,我们不再是 0° → 1° → 2° → 3° → 4° → …,而是 0° → 137.5° → 275° → 412.5° → …每次跳跃固定的角度。
然后,把这些位置对应的点连接起来。就这样。
奇妙的事情发生了
你可能会想:“只是跳着取几个点而已,能有什么区别?”
但当这些点不断增加时,图案开始发生变化。第一条线出现,第二条线出现,第三条线出现,越来越多的线开始交叉。原本的花瓣轮廓逐渐被隐藏在这些线条之中。最后,一幅复杂的几何图案出现了,它看起来甚至不像最初的玫瑰。
但实际上,这些点仍然来自同一条玫瑰曲线。
所以莫勒玫瑰到底是什么?
可以用一句非常简单的话来理解:莫勒玫瑰是从经典玫瑰曲线上按固定角度间隔取点,再将这些点依次连接形成的图案。
这句话里面最重要的不是公式,而是取点方式。
经典玫瑰曲线:连续地画。莫勒玫瑰:跳着取点,再连接。
就是这么一个看起来很小的区别,却能创造出完全不同的视觉效果。
为什么通常会看到 137.5°?
如果你观察莫勒玫瑰的经典例子,经常会遇到一个很特别的数字:137.5°。它看起来非常随意。
为什么偏偏是这个角度?其实这里最重要的不是“137.5”这个数字本身,而是 每次取点时使用一个固定的角度步长。
当这个角度与完整的一圈之间存在特定的关系时,连续取出的点不会很快重复,于是,连接起来的线段会不断覆盖不同的位置,复杂的交叉结构就出现了。
改变角度,图案就变了
这也是莫勒玫瑰最适合互动探索的地方。
假设我们现在使用 137.5° 得到一幅漂亮的复杂图案。
然后把它改成 100° 图案发生变化。
再改成 80° 又变化。
继续尝试 20°、30°、45°……你会发现,同一条玫瑰曲线,可以产生完全不同的莫勒玫瑰。
这是莫勒玫瑰最有趣的地方。
你并没有换掉原来的玫瑰曲线,玫瑰曲线还是那条玫瑰曲线。你只是改变了:“我从哪里取点?” 以及:“我如何把这些点连接起来?”,结果却完全不同。
这有点像有一条固定的道路,第一种方法是沿着道路慢慢走,第二种方法是每隔一段距离跳到另一个位置,再把跳过的点连接起来。最后得到的路线当然完全不同。
为什么最终会出现这么复杂的图案?
这里其实没有什么神秘力量,每一条线都来自一个非常简单的操作:找到一个点,然后,找到下一个点,再把两个点连接起来。
重复这个过程,几次,几十次,几百次,线条越来越多,交叉越来越多,最终,简单的线段组合成复杂的结构。
这就是莫勒玫瑰最漂亮的地方:复杂并不一定来自复杂的公式。有时候,简单的规则 + 大量重复就足够了。
玫瑰曲线和莫勒玫瑰到底有什么区别?
如果你刚刚看完这里,可能已经发现,它们其实并不是两个完全独立的数学图像,莫勒玫瑰建立在玫瑰曲线的基础上。
可以这样理解:
玫瑰曲线先定义一条数学玫瑰,然后连续地绘制它,结果形成 🌹 规则的花瓣
莫勒玫瑰还是同一条数学玫瑰,但是,每隔一个固定角度取一个点,然后把这些点连接起来,结果形成 ✨ 复杂的几何花纹。
所以,玫瑰曲线是“花”,莫勒玫瑰是用不同的方式重新描绘这朵花。
如果玫瑰曲线像一朵花,那么莫勒玫瑰更像是有人拿着一支笔,在这朵花上按照某种规律不断跳跃。每一次跳跃都很简单,但所有跳跃连接起来之后,花朵变成了一个复杂的几何世界。
这也是为什么莫勒玫瑰看起来既像花,又像星星,又像网,有时候甚至像一张复杂的地图。
自己探索一朵“不同的玫瑰”
你可以从经典的参数开始,然后只改变一个数字,改变角度步长,再改变花瓣数量,看看最终的图案会发生什么。
你不需要提前知道答案,因为这本身就是实验的一部分。
试一个数字,看看结果。再试一个。也许某个你完全没有预料到的参数组合,会产生最漂亮的图案。
继续探索数学世界
莫勒玫瑰来自一个非常简单的想法:同一条数学曲线,不同的取点方式,也可以创造出完全不同的图案。
如果你想先了解它的基础,可以继续探索玫瑰曲线,看看一条简单的三角函数曲线是如何产生规则的花瓣。
如果你喜欢这种由圆周运动产生的图案,还可以探索万花尺和外摆线。
它们使用的是不同的数学规则:有的让一个点旋转,有的让齿轮滚动,有的改变取点的方式,但它们都有一个共同的特点:简单的数学规则,经过不断重复,可以创造出令人意想不到的美。
而莫勒玫瑰最特别的地方就在于:有时候,你甚至不需要改变那朵“花”,只需要改变你描绘它的方式,就能看到一个全新的数学世界。改变取点的方式,让一朵简单的数学玫瑰变成复杂而精美的几何花纹。
你还可以继续欣赏更多奇妙的数学图形,或者查看维基百科上更多关于莫勒玫瑰的介绍