연결 탐구 2 · 프랙탈

규칙 4줄이 고사리를 그린다

몇 개의 아핀변환과 각 변환을 선택할 확률을 정한다. 점 하나에 무작위로 고른 변환을 수만 번 적용한다. 이 단순한 반복에서 복잡한 프랙탈 형태가 만들어진다.

1카오스 게임

0 점

"한 점의 여행"을 켜면 처음 40번의 점프가 선으로 보인다 — 점 하나가 이리저리 튀는 것뿐인데, 수만 번 쌓이면 형태가 떠오른다. 점이 찍히는 색은 어느 변환이 뽑혔는가를 나타낸다.

2아핀 계수를 바꾸어 프랙탈 만들기

각 행이 아핀 변환 하나다: $\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} e \\ f \end{pmatrix}$, $p$ = 뽑힐 확률. 계수를 조금씩 바꾸면 형태가 연속적으로 변형된다 — 고사리의 $a$(본체 수축률)를 0.85에서 0.8로 낮춰 보자. 잎은 어떻게 변하는가?

abcdefp
수축 조건과 끌개 모든 변환의 거리 축소율이 1보다 작을 때 성립하는 수축 조건. 시작점과 무관한 유일한 끌개의 존재를 보장하는 Hutchinson 정리. 바나흐 고정점 원리의 ‘점 집합’ 버전.
더 깊이 보기 — 프랙탈 압축과 자연의 알고리즘

주어진 그림과 가까운 IFS를 찾는 역문제가 콜라주 정리의 쓰임. 픽셀 전체 대신 변환 계수로 형태를 기술하는 프랙탈 압축의 발상.

수행평가 1 · 변환 계수와 프랙탈

Iterated Function Systems and the Global Construction of Fractals — Barnsley & Demko (1985)
Proc. Royal Society A 399 · 웹 공개 PDF
§1의 아이디어와 고사리 계수표를 읽고 다음 세 내용을 탐구해 보자. ① 네 변환의 기하학적 역할(줄기·본체·왼잎·오른잎)을 행렬로 분석한다. ② 수축 계수와 형태의 안정성 관계를 실험한다. ③ 자신만의 식물을 설계하고 계수를 제시한다.
Generation of Fractals using Polar Coordinates (외 극좌표 프랙탈 2편)
소장: H드라이브 "복소수와 극형식" 폴더
아핀변환 대신 극좌표 변환으로 프랙탈을 만드는 방법도 살펴볼 수 있다. 2단원의 복소수와 회전행렬을 결합하면 복소 IFS라는 심화 주제가 된다.

스타터 코드는 Unit 2 탐구실의 starter-fern.html — 이 페이지에서 조정한 계수를 그대로 넣으면 된다.