Шаблон - Pattern

Для использования в других целях см. Шаблон (значения).
Различные примеры выкроек

А шаблон это закономерность в мире, в искусственном замысле или в абстрактных идеях. Таким образом, элементы шаблона повторяются предсказуемым образом. А геометрический узор это своего рода узор, состоящий из геометрический формы и обычно повторяется как обои дизайн.

Любой из чувства может непосредственно наблюдать закономерности. И наоборот, абстрактные узоры в наука, математика, или язык можно наблюдать только путем анализа. Прямое наблюдение на практике означает наблюдение зрительных образов, широко распространенных в природе и в искусстве. Визуальный закономерности в природе часто хаотичный, никогда не повторяются в точности и часто включают фракталы. Природные узоры включают спирали, извилины, волны, пены, мозаики, трещины, и созданные симметрии из вращение и отражение. Паттерны имеют основу математический структура;[1] действительно, математику можно рассматривать как поиск закономерностей, а результат выполнения любой функции - это математическая модель. Точно так же в науках теории объясняют и предсказывают закономерности в мире.

В искусстве и архитектуре украшения или визуальные мотивы могут быть объединены и повторены для формирования узоров, предназначенных для того, чтобы оказывать на зрителя выбранный эффект. В информатике шаблон разработки программного обеспечения - известное решение класса задач программирования. В моде узор - это шаблон используется для создания любого количества одинаковых предметов одежды.

Природа

Основная статья: Узоры в природе

Природа дает примеры многих видов узоров, в том числе симметрии, деревья и другие конструкции с фрактал измерение спирали, извилины, волны, пены, мозаики, трещины и полосы.[2]

Симметрия

Снежинка шестикратная симметрия

Симметрия широко распространена у живых существ. Животные, которые передвигаются, обычно имеют двустороннюю или зеркальная симметрия поскольку это способствует движению.[3] Растения часто имеют радиальные или вращательная симметрия, как и многие цветы, а также животные, которые в основном неподвижны, как взрослые, например морские анемоны. Пятикратная симметрия обнаружена в иглокожие, в том числе морская звезда, морские ежи, и морские лилии.[4]

Среди неживых существ, снежинки иметь поразительный шестикратная симметрия: каждая чешуйка уникальна, ее структура точно отражает различные условия во время кристаллизации на каждом из шести рукавов.[5] Кристаллы иметь очень конкретный набор возможных симметрии кристаллов; они могут быть кубическими или восьмигранный, но не может иметь пятикратной симметрии (в отличие от квазикристаллы ).[6]

Спирали

Алоэ полифилла филлотаксис

Спиральные узоры встречаются в планах тела животных, в том числе моллюски такой как наутилус, а в филлотаксис многих растений, как из листьев, закрученных по спирали вокруг стеблей, так и из множества спиралей, найденных в цветочных головках, таких как подсолнечник и фруктовые структуры, такие как ананас.[7]

Хаос, турбулентность, извилины и сложность

Вихревая улица турбулентность

Теория хаоса предсказывает, что в то время как законы физика находятся детерминированный, в природе есть события и закономерности, которые никогда в точности не повторяются, потому что очень небольшие различия в начальных условиях могут привести к сильно различающимся результатам.[8]. Структуры в природе имеют тенденцию быть статичными из-за рассеивания в процессе возникновения, но когда существует взаимодействие между инжекцией энергии и рассеиванием, может возникнуть сложная динамика.[9] Эта сложность формирует многие природные узоры, в том числе вихревые улицы[10], другие эффекты турбулентного потока, такие как извилины в реках.[11] или нелинейное взаимодействие системы [12]

Волны, дюны

Дюна рябь

Волны это возмущения, которые несут энергию при движении. Механические волны распространяются через среду - воздух или воду, в результате чего колебаться когда они проходят мимо.[13] Ветровые волны находятся поверхностные волны которые создают хаотические морские узоры. Когда они проходят по песку, такие волны создают узор из ряби; аналогично, когда ветер проходит над песком, он создает узоры дюны.[14]

Пузыри, пена

Пена из мыльные пузыри

Пены подчиниться Законы Плато, которые требуют, чтобы пленки были гладкими и непрерывными, а также имели постоянный средняя кривизна. Образцы пены и пузырьков широко распространены в природе, например, в радиолярии, губка спикулы, и скелеты силикофлагеллаты и морские ежи.[15][16]

Трещины

Усадка Трещины

Трещины форма в материалах для снятия напряжения: со стыками под углом 120 градусов в эластичных материалах, но под углом 90 градусов в неэластичных материалах. Таким образом, рисунок трещин показывает, эластичен материал или нет. Растрескивание широко распространено в природе, например, в камнях, грязи, коре деревьев и в глазури старых картин и керамики.[17]

Пятна, полосы

Гигантская рыба-фугу кожа
Основная статья: Формирование паттерна

Алан Тьюринг,[18] а позже математический биолог Джеймс Д. Мюррей[19] и другие ученые описали механизм, который самопроизвольно создает пятнистые или полосатые узоры, например, на коже млекопитающих или оперении птиц: реакция – диффузия система, включающая два противодействующих химических механизма, один из которых активирует, а другой препятствует развитию, например, темного пигмента в коже.[20] Эти пространственно-временные модели медленно дрейфуют, внешний вид животных меняется незаметно, как и предсказывал Тьюринг.

Шкуры южноафриканского жирафа (Жирафа камелопардалис жирафа) и зебра Берчелла (Equus quagga burchelli)

Искусство и архитектура

Разработать керамическую плитку на Дворец Топкапы
Дальнейшая информация: Математика и искусство и Математика и архитектура

Плитки

Дальнейшая информация: Мозаика и Плитка

В изобразительном искусстве узор состоит из регулярности, которая каким-то образом «организует поверхности или структуры последовательным, регулярным образом». В самом простом случае узор в искусстве может быть геометрической или другой повторяющейся формой в картина, Рисование, гобелен, керамика черепица или ковер, но узор не обязательно должен повторяться в точности до тех пор, пока он обеспечивает некоторую форму или организующий «скелет» в произведении искусства.[21] В математике мозаика представляет собой мозаику плоскости с использованием одной или нескольких геометрических фигур (которые математики называют плитками) без перекрытий и промежутков.[22]

В архитектуре

Образцы в архитектуре: храм Вирупакша в Хампи имеет фрактал -подобная структура, в которой части похожи на целое.
Основные статьи: Шаблон (архитектура) и Математика и архитектура

В архитектуре мотивы повторяются различными способами, образуя узоры. Проще всего, такие конструкции, как окна, могут повторяться по горизонтали и вертикали (см. Начальный рисунок). Архитекторы могут использовать и повторять декоративные и структурные элементы, такие как столбцы, фронтоны, и перемычки.[23] Повторы не обязательно должны быть идентичными; например, храмы в Южной Индии имеют примерно пирамидальную форму, где элементы рисунка повторяются в фрактал -подобный способ в разных размерах.[24]

Узоры в архитектуре: колонны храма Зевса в Афинах

Смотрите также: выкройка.

Наука и математика

Фрактальная модель папоротника, иллюстрирующая самоподобие

Математика иногда называют «наукой о моделях» в смысле правил, которые можно применять везде, где это необходимо.[25] Например, любой последовательность чисел, которые могут быть смоделированы математической функцией, можно рассматривать как образец. Математику можно преподавать как набор шаблонов.[26]

Фракталы

Некоторые шаблоны математических правил можно визуализировать, и среди них есть те, которые объясняют закономерности в природе включая математику симметрии, волн, меандров и фракталов. Фракталы математические модели, которые не зависят от масштаба. Это означает, что форма узора не зависит от того, насколько внимательно вы на него смотрите. Самоподобие находится во фракталах. Примерами естественных фракталов являются береговые линии и формы деревьев, которые повторяют свою форму независимо от того, при каком увеличении вы смотрите. Хотя самоподобные модели могут казаться бесконечно сложными, правила, необходимые для описания или создания их формирование может быть простым (например, Системы Линденмайера описание дерево формы).[27]

В теория паттернов, разработанный Ульф Гренандер, математики пытаются описать мир с помощью шаблонов. Цель состоит в том, чтобы расположить мир более удобным для вычислений образом.[28]

В самом широком смысле любая закономерность, которую можно объяснить с помощью научной теории, является закономерностью. Как и в математике, науку можно преподавать как набор шаблонов.[29]

Информатика

В информатике шаблон разработки программного обеспечения, в смысле шаблон, является общим решением проблемы программирования. Шаблон проектирования предоставляет многократно используемую архитектурную схему, которая может ускорить разработку многих компьютерных программ.[30]

Мода

Основная статья: Выкройка (шитье)

В моде узор - это шаблон, технический двухмерный инструмент, используемый для создания любого количества идентичных предметов одежды. Его можно рассматривать как средство перевода рисунка на настоящую одежду.[31]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Стюарт, 2001. Стр. 6.
  2. ^ Стивенс, Питер. Узоры в природе, 1974. Стр. 3.
  3. ^ Стюарт, Ян. 2001. Страницы 48-49.
  4. ^ Стюарт, Ян. 2001. Страницы 64-65.
  5. ^ Стюарт, Ян. 2001. Стр. 52.
  6. ^ Стюарт, Ян. 2001. Страницы 82-84.
  7. ^ Каппрафф, Джей (2004). «Рост растений: исследование в цифрах» (PDF). Forma. 19: 335–354.
  8. ^ Кратчфилд, Джеймс П.; Фермер, Дж. Дойн; Паккард, Норман Х; Шоу, Роберт S (декабрь 1986). "Хаос". Scientific American. 254 (12): 46–57. Bibcode:1986SciAm.255f..46C. Дои:10.1038 / scientificamerican1286-46.
  9. ^ Clerc, Marcel G .; Гонсалес-Кортес, Грегорио; Одент, Винсент; Уилсон, Марио (29 июня 2016 г.). «Оптические текстуры: характеристика пространственно-временного хаоса». Оптика Экспресс. 24 (14): 15478–85. arXiv:1601.00844. Bibcode:2016OExpr..2415478C. Дои:10.1364 / OE.24.015478. PMID  27410822. S2CID  34610459.
  10. ^ фон Карман, Теодор. Аэродинамика. Макгроу-Хилл (1963): ISBN  978-0070676022. Довер (1994): ISBN  978-0486434858.
  11. ^ Леваль, Жак (2006). «Разделение потоков и вторичный поток: Раздел 9.1» (PDF). Конспект лекций по динамике несжимаемой жидкости: феноменология, концепции и аналитические инструменты. Сиракузы, штат Нью-Йорк: Сиракузский университет. Архивировано из оригинал (PDF) 29 сентября 2011 г.
  12. ^ Скрогги, А.Дж .; Ферт, W.J; Макдональд, Г.С.; Тлиди, М; Lefever, R; Лугиато, Л.А. (август 1994 г.). «Формирование рисунка в пассивной полости Керра» (PDF). Хаос, солитоны и фракталы. 4 (8–9): 1323–1354. Bibcode:1994CSF ..... 4.1323S. Дои:10.1016/0960-0779(94)90084-1.
  13. ^ Френч, А. Колебания и волны. Нельсон Торнс, 1971.
  14. ^ Толман, Х.Л. (2008), "Практическое моделирование ветрового волнения", в Махмуд, М.Ф. (ред.), CBMS Conference Proceedings on Water Waves: Theory and Experiment (PDF), Университет Говарда, США, 13–18 мая 2008 г .: World Scientific Publ.CS1 maint: location (ссылка на сайт)
  15. ^ Филип Болл. Формы, 2009. pp 68, 96-101.
  16. ^ Фредерик Дж. Альмгрен-младший. и Джин Э. Тейлор, Геометрия мыльных пленок и мыльных пузырей, Scientific American, т. 235, стр. 82–93, июль 1976 г.
  17. ^ Стивенс, Питер. 1974. Стр. 207.
  18. ^ Тьюринг, А. М. (1952). «Химические основы морфогенеза». Философские труды Королевского общества B. 237 (641): 37–72. Bibcode:1952РСПТБ.237 ... 37Т. Дои:10.1098 / рстб.1952.0012.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  19. ^ Мюррей, Джеймс Д. (9 марта 2013 г.). Математическая биология. Springer Science & Business Media. С. 436–450. ISBN  978-3-662-08539-4.
  20. ^ Болл, Филипп. Формы. 2009. Страницы 159–167.
  21. ^ Джироусек, Шарлотта (1995). «Искусство, дизайн и визуальное мышление». Шаблон. Корнелл Университет. Получено 12 декабря 2012.
  22. ^ Грюнбаум, Бранко; Шепард, Г. К. (1987). Плитки и узоры. Нью-Йорк: У. Х. Фриман.
  23. ^ Адамс, Лори (2001). История западного искусства. Макгроу Хилл. п. 99.
  24. ^ Джексон, Уильям Джозеф (2004). Небесная фрактальная сеть: возвращение утраченных видений в гуманитарных науках. Издательство Индианского университета. п. 2.
  25. ^ Ресник, Майкл Д. (ноябрь 1981 г.). «Математика как наука о паттернах: онтология и справочник». Нет. 15 (4): 529–550. Дои:10.2307/2214851. JSTOR  2214851.
  26. ^ Бейн, Ричард Э (2012). "MATH 012 Шаблоны по математике - весна 2012". Получено 16 января 2013.
  27. ^ Мандельброт, Бенуа Б. (1983). Фрактальная геометрия природы. Макмиллан. ISBN  978-0-7167-1186-5.
  28. ^ Гренандер, Ульф; Миллер, Майкл (2007). Теория паттернов: от представления к выводу. Издательство Оксфордского университета.
  29. ^ "Причинные закономерности в науке". Гарвардская высшая школа образования. 2008 г.. Получено 16 января 2013.
  30. ^ Гамма и др., 1994.
  31. ^ "Торговая площадка, ориентированная на художников, для шаблонов модных набросков, крема и прочего". Иллюстратор. Получено 7 января 2018.

Список используемой литературы

В природе

В искусстве и архитектуре

  • Александр, С. Язык шаблона: Города, Здания, Строительство. Оксфорд, 1977.
  • де Бек, П. Узоры. Букс, 2009.
  • Гарсия, М. Образцы архитектуры. Wiley, 2009.
  • Кили, О. Шаблон. Конран Осьминог, 2010 год.
  • Причард, С. Образец Виктории и Альберта: пятидесятые. Издательство V&A, 2009.

По естествознанию и математике

  • Адам, Дж. А. Математика в природе: моделирование закономерностей в мире природы. Принстон, 2006.
  • Резник, М. Математика как наука о моделях. Оксфорд, 1999.

В вычислениях

  • Гамма, Э., Хелм, Р., Джонсон, Р., Влиссидес, Дж. Шаблоны проектирования. Аддисон-Уэсли, 1994.
  • Бишоп, К.М. Распознавание образов и машинное обучение. Спрингер, 2007.