分形分支系统算法与建筑设计.pdf

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1、FEATURETHEME}主甄专栏分形分支系统算法与建筑设计FRACTALBRANCHINGSYSTEMlNARCHlTECTURALDESIGN林秋达lLinQiuda摘要分支系统是最为典型的分形规则系统之一。本文从L—system．DLA等主要分支系统出发．阐述分支算法的分形生成机制，并以常用的分支系统生成软件(xfrog-与3dsmax插件Growfx)的算法特征为例，描述分支系统的主要算法原则。通过分析分支系统的边界控制和建筑内部结构、外围护表皮等方式，提出在分支基础上生成可利用的建筑空间的可行方法．以探

2、讨分支系统在建筑设计过程中的运用。关键词分支算法分形建筑设计运用AbstractBranchingsystemisoneofthemosttypicalfractalrulesystems．BasedontheanalysisofL-system，DLAandothermajorbranchingsystems，thispaperdescribesthefractalgenerationmechanismofbranchingalgorithm．Takingthealgorithmcharacteristicso

3、fthecommonlyusedbranchgenerationsoftware(xfrogand3dsmaxplug—inGrowfx)asexamples，themainalgorithmprinciplesofthebranchingsystemarestudied．Furthermore，feasiblemethodstogeneratetheusablebuildingspaceareputforwardtoexploretheapplicationofthebranchingsysteminthear

4、chitecturaldesignprocess．KeywordsBranchingalgorithm，Fractal，Architecturaldesign，Application一、分支系统与分形分支(branchinq)是最典型的分形现象之一。分支系统根据自身的生长规律形成等级鲜明的整体系统，无论外在的视觉效果还是隐藏的生成规律都具有显著的自我相似特征，是一种最容易被直接辨别的自我相似分形系统。分叉树形结构无处不在，在自然界中大到河流峡谷．d＼至IJ人的肺部结构．甚至玻璃板中间两层胶水拉扯出来的形态．都不可

5、思议地具有类似的树形结构。现有的成熟分形算法中．有许多算法例如L—system；}DDLA[扩散限制；疑聚(Diffusion—limitedAggregation)简称DLA]者B与分支系统相关联。Ⅲ常规的树形分支系统(branching)具有明显的主干和分支．从主干到分支逐级变细衍生．具有明确层级分布以及生长方向性。根茎(rhi—zome)则是一种不具有层级的特殊分支系统’。根茎的生长特性是在每一次生长中都形成可供下一次生长的新节点．这些新生长节点根据环境的需求和生长的特性决定是否继续产生分支。从新的生长节点

6、产生出的分支有可能比上一层级的分支更为粗壮，通过多次的衍生后．形成无法分辨主干和枝干的多层级混合型分支系统。这种混合型的分支系统具有显著的分形分支生长特性，但其生长方向是不确定的．也不具有明确的层级．更符合社会学中共生类型的生长。根茎没有开始也没有结束，总是处于一种不断生长蔓延的状态。㈦在根茎中．任何一个分支都具有整体根茎的特征．而且都可以从自身衍生出具有完全相同性质的其他根茎．因此根茎具有典型的自我相似性。根茎生长的最终形态是一种错综复杂、互相交错的分支网络。二、几种主要的分支系统算法lL-systemLind

7、enmayersysteml％称L—system．是由匈牙利生物学家AristidLinderMayer-T-1968年提出的一种字符串重写规则．最初用于植物形态的计算机图形模拟生成。吲L-system的本质是将字符串中的字符利用一定的规则．在迭代的过程中进行自我替换。利用字符串的迭代实现自我相似的生长。在不断迭代的过程中．初始字符串得到生长和复制。将字符串转化为相应的图形绘制操作．就得出最终的计算机图形模型2。在L—system中．只需设定基本的原则．就能用寥寥数行的字符串表达完整而复杂的分支系统。L-syst

8、em除了能够生成植物类型的分支系统外．还具有强大的其他类型形态造型能力．能生成二维和三维镶嵌．【4】以及多种具有自我相似特性的抽象形态。L-system．系．统的算法机制是在自定义规则的基础上进行不断的重复和自我替换．最根本的机制仍然是迭代算法。在迭代的过程中，L-system将自身的运算规律不断地复制．因而其总体形态和初始形态是自我相似的．具有分形的特征。分支分形特征的