为什么自然界和艺术的分形模式是减压

蕨类植物以各种规模重复其模式。 Michael (中国) , CC BY-NC

人类是视觉生物。 我们称之为“美丽”或“美学”的物体是我们人类的重要组成部分。 即使是最古老的已知的例子 岩石和洞穴艺术服务美学 而不是功利角色。 虽然美学通常被认为是模糊的质量, 像我的研究小组 正在使用复杂的技术来量化它 - 以及它对观察者的影响。 谈话

我们发现,审美形象可以引起惊人的变化,包括身体 观察者的压力水平大幅度下降。 工作压力本身估计会让美国企业付出代价 每年数十亿美元所以研究美学对社会具有巨大的潜在利益。

研究人员正在解决什么使得特定的艺术作品或自然场景在视觉上吸引人,并消除压力 - 一个关键因素是存在称为分形的重复模式。

令人愉快的模式,在艺术和自然界

谈到美学,谁能比名家更好地学习呢? 他们毕竟是视觉专家。 我的研究小组采取了这种方法 杰克逊·波洛克,他在1940s晚期上升到了现代艺术的顶峰,把罐子上的油漆直接倒在他的工作室地板上的水平帆布上。 虽然波洛克学者在他的溅起的模式意义上激烈的争斗,许多人同意他们有一个有机的,自然的感觉。


内在自我订阅图形


当我知道这一点时,我的科学好奇心被激起了 自然界的许多物体都是分形的其特点是以越来越精细的放大倍数重复使用。 例如,想一棵树。 首先你看到树干里长出的大树枝。 然后你会看到每个大分支都有更小的版本。 随着您不断放大,出现更细,更细的分支,一直到最小的树枝。 自然分形的其他例子包括云,河流,海岸线和山脉。

在1999中,我的小组使用计算机模式分析技术来表明这一点 波洛克的绘画是分形的 作为在自然风景中发现的模式。 此后,超过10 不同的群体 已经完成了 各种形式的分形分析 在他的画上。 波洛克表达大自然的分形美学的能力有助于解释他的作品的持久流行。

自然的美学的影响是惊人的强大。 在1980中,建筑师发现患者在接受手术后恢复更快 医院的房间,窗外望着大自然。 此后的其他研究表明,只看自然景物的照片可以改变一个人的自主神经系统的方式 回应压力.

fractals2 4 1分形是一些舒缓的自然场景的秘密吗? 罗南, CC BY-NC-ND

对我来说,这提出了我问波洛克的同一个问题:分形是负责任的吗? 与心理学家和神经科学家合作, 我们测量了人们对分形的反应 在自然界发现(使用自然场景的照片),艺术(波洛克的绘画)和数学(计算机生成的图像)​​,发现了一种普遍的效果,我们标记为“分形流畅设立的区域办事处外,我们在美国也开设了办事处,以便我们为当地客户提供更多的支持。“

通过接触大自然的分形景观,人们的视觉系统已经适应了高效地处理分形。 我们发现这种适应发生在视觉系统的许多阶段,从我们的眼睛移动到大脑的哪个区域被激活。 这种流畅度使我们处于一个舒适的地带,所以我们喜欢看分形。 最重要的是, 我们使用脑电图 记录大脑的电活动和 皮肤电导技术 表明这种美学体验伴随着60的压力减少百分比 - 非医学治疗的惊人的巨大影响。 这种生理变化甚至加速 手术后恢复率.

艺术家直觉分形的吸引力

因此,作为视觉专家,艺术家们已经在数百年的时间里和不同文化中嵌入了分形模式,这并不奇怪。 分形可以在罗马,埃及,阿兹特克,印加和玛雅的作品中找到。 我最喜欢的分形艺术的例子包括: 达·芬奇的动荡 (1500) Hokusai的伟大的波浪 (1830) MC埃舍尔的圈子系列 (1950s),当然, 波洛克倒了的画.

虽然在艺术上盛行,但图案的分形重复代表了艺术上的挑战。 例如,许多人试图伪造波洛克的分形而失败。 事实上,我们的分形分析已经 帮助确定假波洛克 在高调的情况下。 其他人最近的研究表明,分形分析可以 帮助区分真正的假波洛克 93的成功率很高。

艺术家如何创造他们的分形艺术,促进了艺术中自然与培育的辩论:艺术家的生物学所固有的自动无意识机制,而不是他们的知识和文化关注,在多大程度上决定了美学? 在波洛克的情况下,他的分形美学是由两者的迷人混合造成的。 他的分形模式起源于他的身体动作(特别是一个 自动处理相关的平衡 已知是分形)。 但是他花了10年有意识地改进了他的浇注技术,以增加这些分形图案的视觉复杂性。

分形复杂

当我研究这个问题时,波洛克不断增加分形模式复杂性的动机变得很明显 罗夏墨迹的分形特性。 这些抽象的污点是有名的,因为人们看到它们中的虚构形式(人物和动物)。 我用分形流畅效应来解释这个过程,从而增强了人们的模式识别过程。 低复杂度的分形墨迹使这个过程触发了快乐,愚弄观察者看到不在那里的图像。

波洛克不喜欢这样一种观点:他的作品的观众被这种想象中的人物分心,他称之为“额外的货物”。他直观地增加了他的作品的复杂性,以防止这种现象。

波洛克的抽象表现主义的同事, Willem De Kooning,也绘分形。 当他被诊断患有痴呆症时,一些艺术学者要求退休,因为担心会减少他的工作的培育成分。 然而,虽然他们预言他的画面会变质, 以后的作品 传达了一个安宁 从他以前的作品中失踪。 最近,他的绘画的分形复杂性被证明 当他滑入痴呆症时,他平稳地下降。 这项研究集中在七位具有不同神经病症状的艺术家,并强调了使用艺术作品作为研究这些疾病的新工具的潜力。 对我来说,最鼓舞人心的是,在抗击这些疾病时,艺术家仍然可以创作出漂亮的艺术品。

我的主要研究重点 开发视网膜植入物以恢复视力 对视网膜疾病的受害者。 乍一看,这个目标似乎距离波洛克艺术很远。 然而,他的作品给了我分形流畅的第一个线索,以及大自然的分形在保持人们压力水平方面的作用。 至 确保我的生物启发植入物诱导相同的压力减少 当正常的眼睛看着大自然的分形时,他们会模仿视网膜的设计。

当我开始我的波洛克研究,我从来没有想到它会通知假眼设计。 然而,这是跨学科的努力的力量 - “开箱即用”的思想导致了意想不到的但潜在的革命性的想法。

关于作者

理查德·泰勒,材料科学研究所所长,物理学教授, 俄勒冈大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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