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艺术中的数学,有数学的地方就有美

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有人认为数学通过人的右脑工作,艺术通过人的左脑工作,一个逻辑严谨,一个感性浪漫,完全不可能共生共存。
  有人认为数学通过人的右脑工作,艺术通过人的左脑工作,一个逻辑严谨,一个感性浪漫,完全不可能共生共存。但是开普勒就曾经说过“数学是一切学科的基础”,这代表着这两个学其实是密不可分的,不如让我们了解一下,如何用数学的方法表达艺术,在数学中的线性代数也许是最好的表达方法。
 
  斐波那契螺旋线
 
  斐波那契螺旋线,也称“黄金螺旋”,是根据斐波那契数列画出来的螺旋曲线,自然界中存在许多斐波那契螺旋线的图案,是自然界最完美的经典黄金比例。斐波那契螺旋线,以斐波那契数为边的正方形拼成的长方形,然后在正方形里面画一个90度的扇形,连起来的弧线就是斐波那契螺旋线。
 
  斐波那契数列(FibonacciSequence),又称为:黄金分割数列。在数学上,斐波那契数列是以递归的,方法来定义:F0=0;F1=1;Fn=Fn-1+Fn-2
 
  该数列如果通过函数的方法表达,在平面直角坐标系中就是如下的图形,中看似无规律但是又有美感的线条就是由数学带来的。
  自然中的图像都可以体现出的美感
  建筑设计中不可缺少的美感
  皮亚诺曲线
 
  皮亚诺曲线是一曲线序列的极限,不再是通常定义下的曲线。下文中“曲线”应解释为“曲线的极限”。只要恰当选择函数,画出一条连续的参数曲线,当参数t在0、1区间取值时,曲线将遍历单位正方形中所有的点,得到一条充满空间的曲线。 皮亚诺曲线是一条连续而又不可导的曲线。
  皮亚诺(Peano)曲线是一条能够填满正方形的曲线。在传统概念中,曲线的数维是1维, 正方形是2维。1890年,意大利数学家皮亚诺(Peano G)发明能填满一个正方形的曲线,叫做皮亚诺曲线。皮亚诺对区间[0,1]上的点和正方形上的点的对应作了详细的数学描述。实际上,正方形的这些点对于t∈[0,1],可规定两个连续函数x=f(t)和y=g(t),使得x和y取属于单位正方形的每一个值。后来,希尔伯特作出了这条曲线。
 
  皮亚诺曲线灵感的柜子
  莫比乌斯环
 
  公元1858年,德国数学家莫比乌斯(Mobius,1790~1868)和约翰·李斯丁发现:把一根纸条扭转180°后,两头再粘接起来做成的纸带圈,具有魔术般的性质。普通纸带具有两个面(即双侧曲面),一个正面,一个反面,两个面可以涂成不同的颜色;而这样的纸带只有一个面(即单侧曲面),一只小虫可以爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘。这种纸带被称为“莫比乌斯带”(也就是说,它的曲面只有一个)。
  可以用参数方程式创造出立体莫比乌斯带
  这个方程组可以创造一个边长为1半径为1的莫比乌斯带,所处位置为x-y面,中心为(0,0,0)。参数u在v,从一个边移动到另一边的时候环绕整个带子。从拓扑学上来讲,莫比乌斯带可以定义为矩阵[0,1]×[0,1],边由在0≤x≤1的时候(x,0)~(1-x,1)决定。
 
  莫比乌斯环启发众多设计
  黄金矩形
 
  黄金矩形(Golden Rectangle)的长宽之比为黄金分割率,黄金分割率和黄金矩形能够给画面带来美感,令人愉悦。黄金矩形(Golden Rectangle)的短边与长边之比确切值为(√5-1)/2,在应用上一般取它的近似值0.618。
  先作一个边长为 1 的正方形ABCD,并连结一组对边的中点E与F,把正方形如图左右均分,再以F为圆心,FC长为半径圆弧,交的FD延长线于G点,过G作垂线,交EC延长线于H,此时得到的矩形ABHG就是黄金矩形了。
 
  黄金矩形在建筑中的应用

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