Wolfram语言将有趣且平凡的数学转变为艺术

2021-03-15 16:02:32 浏览数 (1)

Clayton Shonkwiler

是 Colorado State University 的数学系教授,他称自己是数学家和艺术家。他对物理系统的几何模型感兴趣; 目前,他主要致力于研究具有拓扑约束的随机游走的几何方法,这些方法用于对聚合物进行建模。

他的艺术常常受到他研究和教学中出现的数学的启发,但更普遍的是,他喜欢将有趣且平凡的数学转变为艺术。

他在Wolfram 社区给大家共享了使用 Wolfram 语言编写的很多养眼、催眠、治愈的艺术品:https://community.wolfram.com/web/claytonshonkwiler

下面分享的是他的部分作品。

Ennea

这个是以单位圆上的点为中心的20个正则9边形的旋转。它的灵感来自于托马斯·戴维斯(Thomas Davis)的一些作品。

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ninegons = Module[{n, m, cols},
   n = 9;
   m = 20;
   cols = Insert[#, First[#], 4] &[RGBColor /@ {"#E45171", "#F8A79B", "#F8D99B", "#002C6A"}];
   ParallelTable[Module[{imglist},
       imglist = Table[Graphics[Table[{FaceForm[Directive[Blend[cols[[;; 4]], Mod[[Theta]/(2 [Pi]), 1]], Opacity[.1]]], 
            EdgeForm[Directive[Blend[cols[[;; 4]], Mod[[Theta]/(2 [Pi]), 1]], Thickness[.004]]], 
            Polygon[Table[{Cos[[Theta]   [Pi]/2]   Cos[[Phi]   [Theta]   2 [Pi]/n (1/2 - Cos[t]/2   Mod[n/4, 1])], 
               Sin[[Theta]   [Pi]/2]   Sin[[Phi]   [Theta]   2 [Pi]/n (1/2 - Cos[t]/2   Mod[n/4, 1])]}, 
                {[Phi], 0, 2 [Pi] - 2 [Pi]/n, 2 [Pi]/n}]]}, 
            {[Theta], 2 [Pi] i/m, 2 [Pi] (m   i - 2)/m, 2 [Pi]/m}], 
          PlotRange -> 3, ImageSize -> 540, Background -> None], 
          {i,1, m}];
       ImageCompose[Graphics[Background -> cols[[5]], ImageSize -> 540], Blend[imglist]]
       ], {t, 0, [Pi] - #, #}] &[[Pi]/40]];

Export[NotebookDirectory[] <> "ninegons.gif", ninegons, "DisplayDurations" -> {1/24}]

排列(变形平纹)

编织模式总是一个挑战,因为大脑的思考总是与 Mathematica 的实现不匹配,因为没有一致的方法来布线和分层。Marina 说这是秩序与混乱之间的一种动态过渡 ,一波无序的滚动与消逝。颜色的变化强调了对比度。

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DynamicModule[{f, cols, angle},
 f = ? Piecewise[{{0, # < 0}, {1/2 - 1/2 Cos[#], 0 <= # < ?}, {1, # >= ?}}] &;
 cols = RGBColor /@ {"#EEEEEE", "#00ADB5", "#303841"};
 Manipulate[
  Graphics[
   {Thickness[.02],
    Table[{angle = f[(? - ? (i   j   10)/20)];
      Blend[cols[[{1, 2, 1}]], angle/?],
      Line[({i, j}   RotationMatrix[angle].#) & /@ {{-.7, 0}, {.7, 0}}],
      Line[({i   1, j}   RotationMatrix[angle].#) & /@ {{0, -.7}, {0, .7}}]},
     {i, -4, 4, 2}, {j, -4, 4, 2}],
    Table[{angle = f[(? - ? (i   j   10)/20)];
      Blend[cols[[{1, 2, 1}]], angle/?],
      Line[({i, j}   RotationMatrix[-angle].#) & /@ {{-.7, 0}, {.7, 0}}],
      Line[({i   1, j}   RotationMatrix[-angle].#) & /@ {{0, -.7}, {0, .7}}]},
     {i, -5, 5, 2}, {j, -5, 5, 2}]},
   PlotRange -> 4.75, ImageSize -> 540, Background -> cols[[3]]],
  {?, 0, 2 ?}]
 ]

Sweep Out

这是旋转的3体内的一个2体,首先通过立体投影法投影到3维空间,然后正交投影到yz平面。我喜欢这些类型的投影,在这些投影中旋转看起来已经不像旋转。

Sam 说这有点像电荷的电场线。

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Stereo3D[{x1_, y1_, x2_, y2_}] := {x1/(1 - y2), y1/(1 - y2), x2/(1 - y2)};
Manipulate[
 ParametricPlot[
  Table[Stereo3D[{{Cos[t], 0, 0, -Sin[t]}, {0, 1, 0, 0}, {0, 0, 1, 0}, {Sin[t], 0, 0, Cos[t]}}.
       {Cos[[Theta]] Sin[[Phi]], Sin[[Theta]] Sin[[Phi]], Cos[[Phi]], 0}][[2 ;;]],
       {[Theta], 0, 2 [Pi], 2 [Pi]/20}], {[Phi], 0, [Pi]}, PlotRange -> 2.5, 
  Background -> RGBColor["#172940"], 
  PlotStyle -> Directive[Thickness[.004], RGBColor["#acf0f2"]], 
  ImageSize -> 540, Axes -> False], {t, 0, [Pi]}]

同样的东西,但是没有投影到 yz 平面:

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Manipulate[
 ParametricPlot3D[
  Table[Stereo3D[{{Cos[[Theta]], 0, 0, -Sin[[Theta]]}, {0, 1, 0, 0}, {0, 0, 1, 0}, {Sin[[Theta]], 0, 0, Cos[[Theta]]}}.
      {Cos[t] Sin[[Phi]], Sin[t] Sin[[Phi]], Cos[[Phi]], 0}], {t, 0, 2 [Pi], 2 [Pi]/20}], {[Phi], 0, [Pi]}, PlotRange -> 10, 
  Background -> RGBColor["#172940"], 
  PlotStyle -> Directive[Thickness[.004], RGBColor["#acf0f2"]], 
  ImageSize -> 540, Boxed -> False, Axes -> False, 
  ViewAngle -> [Pi]/40, ViewPoint -> {1.3, -2.4, 2.}], {[Theta], 0, [Pi]}]

Come Back

没有深入的数学知识,但是仍然很有趣。

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DynamicModule[{n = 8, k = 6, r, cols, verts},
 cols = RGBColor /@ {"#00ADB5", "#EEEEEE", "#FF5722", "#303841"};
 Manipulate[
  r = Cos[s];
  verts = 
   Table[(1 - r (-1)^(i   1)) {Cos[2 ? i/n - ? (r   1)/8], 
      Sin[2 ? i/n - ? (r   1)/8]}, {i, 0, n - 1}];
  Graphics[{Thickness[.0075], CapForm["Round"], Opacity[.8], 
    Table[{Blend[cols[[;; 3]], 1 - Abs[11/5 t - 11/10]], 
      Line[{t verts[[i]]   (1 - t) RotateRight[verts, 3][[i]], 
        t RotateLeft[verts, k][[i]]   (1 - t) RotateLeft[verts, 
            k   1][[i]]}]}, {i, 1, n - 1, 2}, {t, 1/12, 11/12, 
      1/12}]}, PlotRange -> 3, ImageSize -> 540, 
   Background -> cols[[4]]], {s, 0, ?}]]

其他爱好者的一点小小演变:

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DynamicModule[{n = 10, k = 6, r, verts,
               cols = RGBColor /@ {"#00adb5", "#eeeeee", "#ff5722", "#303841"}},
              Manipulate[r = Cos[s];
                         verts = Table[(1 - r (-1)^i)
                                       AngleVector[2 ? (i - 1)/n - ? (r   1)/8],
                                       {i, n}];
                         Graphics[{Directive[Thickness[.0075], CapForm["Round"],
                                             Opacity[.8]],
                                   Table[{Blend[cols[[; ;-2]],
                                                1 - Abs[11/5 t - 11/10]],
                                          Line[{{t, 1 - t} .
                                                verts[[{i, Mod[i - 5, n, 1]}]],
                                                {t, 1 - t} .
                                                verts[[Mod[i   k   {0, 1}, n, 1]]]}]},
                                         {i, 1, n - 1, 2}, {t, 1/12, 11/12, 1/12}]},
                                  PlotRange -> 3, ImageSize -> 540,
                                  Background -> cols[[-1]]], {s, 0, 2 ?}]]

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