自然界中“混沌”现象的蝴蝶效应的探索
自然界中“混沌”现象的蝴蝶效应的探索
“混沌”科学是非线性科学的一个重要组成部分。我们的生活中“混沌”现象是无处不在的，其内容与现象有着独特的吸引力，吸引人们去探索、研究。数字媒体艺术作为当今最常用的艺术表现方法之一，是科学、文化、艺术的传播的重要途径，并且在各个领域中都有着各种各样的表现。因此，本文将对“混沌”现象和数字媒体艺术如何交叉、融合的表现手法进行探索。本文以理论研究为主，结合各种观察方法和数字模拟技术，通过运用各种数字媒体表现手法，来体现一个完整的、独特的“混沌”，得到以“蝴蝶效应”和“分形”为重点来表现“混沌”的研究成果。20191030132624
关键词：“混沌”现象；“蝴蝶效应”；自相似；“分形”；数字媒体艺术表现
混沌”一词译自英文“Chaos”，而“Chaos”一词来自希腊文“χαoσ”，其原来的意思是指先于一切事物存在的广袤虚无的空间，是一个哲学概念。后来罗马人把“混沌”解释为原始的混乱和不成形的物质，而宇宙的创造者就用这种物质创造出了秩序井然的宇宙。而古中国所提到的“混沌”,则有着天地初开无所不包的意思。
“混沌”的发现和“混沌”学的建立，同相对论和量子论一样，是对牛顿确定性经典理论的重大突破，为人们观察和认知物质世界提供了一个新的思路与方法。以至于许多科学家都认为相对论、量子论和“混沌”学的创立是20世纪科学界最重要的三件大事。
数字媒体艺术的发展同样为传统艺术表现形式带来了新的突破，在当代设计中，数字媒体艺术已经成为了不可或缺的一部分，数字媒体艺术表现也更受人们重视。
1.1 研究目的及方法
1.1.1 研究目的
“混沌”现象是近代非常引人注目的热点研究，它掀起了继相对论和量子力学以来基础科学的第三次革命。科学中的“混沌”概念不同于古典哲学和日常语言中的理解，简单地说，“混沌”是一种确定系统中出现的无规则的运动。“混沌”理论所研究的是非线性动力学“混沌”，目的是要揭示看似随机的现象背后可能隐藏的简单规律，以求发现这些一大类复杂问题普遍遵循的共同规律。
数字媒体艺术对传统表现方式的更新和突破的发展趋势也不断要求和带动着其创作形式、创作内容的发展和更新。而且数字媒体艺术的传播是介于数字化设计、非传统的艺术创作与鉴赏之间的，在传播科学知识方面也有很大的作用，是人类传播文化、科学、艺术的一种具体的形式。
课题的研究目的就在于结合数字媒体艺术强大的表现能力和传播能力，与“混沌”科学的创新、严谨与科学性研究性强的特点，来增加“混沌”科学的艺术性与数字媒体的科学性。结合多门学科，进行一个交叉、综合的研究，以此来向人们展示“混沌”那种无所不在并且无可替代的美，及数字媒体艺术表现的广大的应用前景。
1.1.2 研究方法
本研究主要采用了文献研究法、观察法、模拟研究法等研究方法。
文献研究法。文献研究法又叫文案调研法、文献调研法、桌面调查法及室内调研法等。首先确定查询渠道：书籍和网络上的文献，根据需要研究的“混沌”科学与媒体表现这个课题，通过调查文献来获得相应资料；其次进行文献检索与收集；然后通过对收集来的文献进行鉴别需要研究的内容，分类归纳；接着对相关文献的研究内容总结和应用。从而能够比较全面地、正确地了解掌握有关于“混沌”科学方面与数字媒体表现方面的知识。还能形成关于“混沌”现象的一般印象，有助于之后研究的观察；而且得到自己与现实资料的比较资料，有助于了解“混沌”现象的整体面貌。继而加以分析，理清相关思路，确定自己之后的研究内容与研究重点。
观察法。根据研究目的，用自己的感官和摄影、计算机等辅助工具去直接观察自然界中容易观察到的“混沌”现象。在观察中主要采用的是型号为K-r的宾得数码单反照相机进行大部分内容的拍摄。从而获得一些关于“混沌”现象的一些资料，扩大对“混沌”现象的感性认识，以便于获得新的发现。
模拟研究法。利用数字媒体技术对一些“混沌”现象，例如分形、双摆、闪电、海岸线长度测量等经典问题，进行一定程度的实验和模拟。在研究过程中采用3dsMax、After Effect、Flash、Photoshop等软件进行制作模拟动画。以便于得到自己之后研究所需的一些理论和数据。既能够加深自己对“混沌”科学的认知，又能从中寻找如何来表现“混沌”现象的方法。
最后对于这些研究内容进行一个交叉的研究和综合，运用多学科的理论、方法和成果从整体上对”混沌”现象和媒体表现进行研究和探索。
1.2 研究意义
发展到今日，“混沌”科学已经被整个科学界所接收，科学家们也把“混沌”融入到了整个科学体系中。从其发展过程角度来思考，“混沌”科学将各个学科连接起来，使“混沌”理论无论在什么领域，都有着非常普遍的适用性；另一方面，“混沌”不仅进一步运用计算机工具和数学工具，进行深入的理论研究。而且，“混沌”已经渐渐的融入人们的生活和文化中。
数字多媒体艺术是基于现代数字化科技发展最前沿的艺术设计形式，从来没有任何一种艺术设计形式这样依赖技术的支持并且这样充分发挥技术的潜力和优势。随着计算机技术、科学与工业设计学科的发展，数字媒体艺术的创作无论是从创作工具还是创作方法上来说较传统艺术设计形式都有了巨大的改变和突破，使得艺术设计师可以创作出全新的艺术设计形式。同时，数字多媒体艺术的发展也不断要求和带动着其创作形式的发展和更新，同时也在要求着我们不断地去扩展数字媒体艺术创作广度和深度，与其他学科一起交叉、融合的发展和完善。
数字媒体能为“混沌”科学增强艺术性，而“混沌”科学也能提高数字媒体表现内容的科学性。数字媒体艺术传播参与了数字化设计艺术创作与鉴赏之间的过程，又是人类传播的一种具体形式。绘画、设计是静态的艺术；影视、表演艺术和媒体艺术则是动态的艺术。数字多媒体艺术表现结合了几种艺术的特点，表现手法的有点在于动静结合。数字多媒体艺术与社会文化是不可分割的联系在一起的，对于一些科学研究以及自然现象观察结果的表现有着很大的帮助。最古老的原始艺术就是与原始文化交织在一起的，与宗教、科学以及伦理融合在一起的。对于现代科学“混沌”科学，也一定会和数字媒体融合在一起。与一般文化不同，数字多媒体艺术表现除了具有社会、文化的理念以外，又必定具有实用性 ，是社会文化的审美观念与实用功能的结合。数字媒体艺术表现作为社会和文化的一部分，决定了它不会和社会、和文化分开。同时，数字媒体艺术表现符合人们的要求，运作正常、科学、有序，这本身又有助于发展和提高社会、科技和文化。“混沌”科学当然也被包容在其中。数字媒体艺术不仅能增强“混沌”现象表现力，还能使得“混沌”科学更易于为大众接受，从而引发更多的有关于“混沌”科学的研究与发展，大大的提高了“混沌”科学的艺术性；同时，对于“混沌”现象的研究也能拓广数字媒体艺术的研究方面和表现内容，使数字媒体艺术在科学领域中能够有更大的潜力，有更多的发展空间，提高了数字媒体艺术的科学性。
1.3 研究内容
1.3.1 研究内容
课题的主要研究内容分为两个相互独立、而且有一定程度关联的部分：第一部分为对“混沌”现象的研究，主要内容为“混沌”的含义、特征、现象、以及几种特定表现的研究，还有对“蝴蝶效应”、“分形”、自相似、双摆等一些现象的观察。采用总体--局部的内容相结合的方法，一方面从总体的角度去研究“混沌”现象的发展历史、现状。弄清、理解什么是“混沌”，“混沌”的含义是什么，“混沌”既作为一们非线性科学、同时也是一种自然现象其总体特征是怎么样的。提出并去解决这些问题，然后做出总结，并得出自己相应的理解，为后续的研究奠定一个总体的理论基础。另一方面，对“混沌”的局部：几个特定的经典案例进行有重点的研究。对“蝴蝶效应”这个与“混沌”密不可分的著名案例进行深入的探讨和研究，并从中得到“混沌”现象的发展过程与“混沌”的一大特征：初值敏感性。学习一些关于“分形”的理论知识，并且按照自己的理解去尝试制作分形图形。对于其他一些如闪电、树枝、双摆等内容，进行一定程度的模拟、观察和实验。结合这几个在不同地方所表现出的“混沌”或者是局部的“混沌”，来和整体的研究成果一一对应，最后得到一个比较客观、正确的研究成果。也可以让研究内容更加丰富、丰满，不失严谨，避免研究成果的过于主观或者过于片面；第二部分为对数字媒体艺术表现方面的研究。数字媒体艺术是以数字技术和现代传媒技术为基础，将人的逻辑、理性思维和设计的感性思维融合的一种特殊的艺术形式，也是目前艺术设计领域中最具前景和最有潜力的部分。数字媒体艺术的突出表现是计算机图形图像设计，其特有的表现形式包括借助计算机技术、媒体艺术来创作的艺术文化和艺术设计。在研究中可以利用数字媒体艺术表现力强、对于现代科学研究的帮助、以及对于现代科学研究成果的展示与表现强的特点来对课题进行研究。
利用数字媒体对艺术的表现和对技术的最大程度发挥的特点，把课题所有研究成果进行一个对“混沌”科学的全面、综合的表述，以得出一个完整、可靠、有足够吸引力和冲击力的研究成果。
1.3.2 研究重点
探索如何利用数字媒体艺术的优势去表现现代热门科学“混沌”科学的相关现象，进行一个整体的研究。研究首先主要针对“混沌”科学的本质、特征以及数字媒体艺术表现两方面进行重点研究，然后把两部分的研究成果根据两部分的特点、优势进行整合，做一个两学科结合表现的研究。以此来增强“混沌”的在大众面前的艺术性和数字媒体艺术在学科研究方面的科学性。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及方法 1
1.2 研究意义 2
1.3 研究内容 3
第2章 设计背景及必要性分析 4
2.1 研究背景 5
2.2 提出问题 6
2.3 必要性分析 9
第3章 作品方案设计过程 11
3.1 设计概念阐述 11
3.2 设计过程阐述 18
第4章 制作过程阐述 21
4.1 制作过程阐述 21
第5章 结论 29
参考文献 30
致谢 32
图 目 录
1.1阿兰·麦席森·图灵 2
1.2洛伦兹吸引子 3
1.3曼德布罗特集 3
4.1关于”“混沌””与媒体的表现分析 10
4.2英国海岸线的测量 11
4.3随机运动使得双摆产生不同的轨迹 11
4.4”“混沌””现象与本质之间的联系 12
“混沌”科学是非线性科学的一个重要组成部分。我们的生活中“混沌”现象是无处不在的，其内容与现象有着独特的吸引力，吸引人们去探索、研究。数字媒体艺术作为当今最常用的艺术表现方法之一，是科学、文化、艺术的传播的重要途径，并且在各个领域中都有着各种各样的表现。因此，本文将对“混沌”现象和数字媒体艺术如何交叉、融合的表现手法进行探索。本文以理论研究为主，结合各种观察方法和数字模拟技术，通过运用各种数字媒体表现手法，来体现一个完整的、独特的“混沌”，得到以“蝴蝶效应”和“分形”为重点来表现“混沌”的研究成果。20191030132624
关键词：“混沌”现象；“蝴蝶效应”；自相似；“分形”；数字媒体艺术表现
混沌”一词译自英文“Chaos”，而“Chaos”一词来自希腊文“χαoσ”，其原来的意思是指先于一切事物存在的广袤虚无的空间，是一个哲学概念。后来罗马人把“混沌”解释为原始的混乱和不成形的物质，而宇宙的创造者就用这种物质创造出了秩序井然的宇宙。而古中国所提到的“混沌”,则有着天地初开无所不包的意思。
“混沌”的发现和“混沌”学的建立，同相对论和量子论一样，是对牛顿确定性经典理论的重大突破，为人们观察和认知物质世界提供了一个新的思路与方法。以至于许多科学家都认为相对论、量子论和“混沌”学的创立是20世纪科学界最重要的三件大事。
数字媒体艺术的发展同样为传统艺术表现形式带来了新的突破，在当代设计中，数字媒体艺术已经成为了不可或缺的一部分，数字媒体艺术表现也更受人们重视。
1.1 研究目的及方法
1.1.1 研究目的
“混沌”现象是近代非常引人注目的热点研究，它掀起了继相对论和量子力学以来基础科学的第三次革命。科学中的“混沌”概念不同于古典哲学和日常语言中的理解，简单地说，“混沌”是一种确定系统中出现的无规则的运动。“混沌”理论所研究的是非线性动力学“混沌”，目的是要揭示看似随机的现象背后可能隐藏的简单规律，以求发现这些一大类复杂问题普遍遵循的共同规律。
数字媒体艺术对传统表现方式的更新和突破的发展趋势也不断要求和带动着其创作形式、创作内容的发展和更新。而且数字媒体艺术的传播是介于数字化设计、非传统的艺术创作与鉴赏之间的，在传播科学知识方面也有很大的作用，是人类传播文化、科学、艺术的一种具体的形式。
课题的研究目的就在于结合数字媒体艺术强大的表现能力和传播能力，与“混沌”科学的创新、严谨与科学性研究性强的特点，来增加“混沌”科学的艺术性与数字媒体的科学性。结合多门学科，进行一个交叉、综合的研究，以此来向人们展示“混沌”那种无所不在并且无可替代的美，及数字媒体艺术表现的广大的应用前景。
1.1.2 研究方法
本研究主要采用了文献研究法、观察法、模拟研究法等研究方法。
文献研究法。文献研究法又叫文案调研法、文献调研法、桌面调查法及室内调研法等。首先确定查询渠道：书籍和网络上的文献，根据需要研究的“混沌”科学与媒体表现这个课题，通过调查文献来获得相应资料；其次进行文献检索与收集；然后通过对收集来的文献进行鉴别需要研究的内容，分类归纳；接着对相关文献的研究内容总结和应用。从而能够比较全面地、正确地了解掌握有关于“混沌”科学方面与数字媒体表现方面的知识。还能形成关于“混沌”现象的一般印象，有助于之后研究的观察；而且得到自己与现实资料的比较资料，有助于了解“混沌”现象的整体面貌。继而加以分析，理清相关思路，确定自己之后的研究内容与研究重点。
观察法。根据研究目的，用自己的感官和摄影、计算机等辅助工具去直接观察自然界中容易观察到的“混沌”现象。在观察中主要采用的是型号为K-r的宾得数码单反照相机进行大部分内容的拍摄。从而获得一些关于“混沌”现象的一些资料，扩大对“混沌”现象的感性认识，以便于获得新的发现。
模拟研究法。利用数字媒体技术对一些“混沌”现象，例如分形、双摆、闪电、海岸线长度测量等经典问题，进行一定程度的实验和模拟。在研究过程中采用3dsMax、After Effect、Flash、Photoshop等软件进行制作模拟动画。以便于得到自己之后研究所需的一些理论和数据。既能够加深自己对“混沌”科学的认知，又能从中寻找如何来表现“混沌”现象的方法。
最后对于这些研究内容进行一个交叉的研究和综合，运用多学科的理论、方法和成果从整体上对”混沌”现象和媒体表现进行研究和探索。
1.2 研究意义
发展到今日，“混沌”科学已经被整个科学界所接收，科学家们也把“混沌”融入到了整个科学体系中。从其发展过程角度来思考，“混沌”科学将各个学科连接起来，使“混沌”理论无论在什么领域，都有着非常普遍的适用性；另一方面，“混沌”不仅进一步运用计算机工具和数学工具，进行深入的理论研究。而且，“混沌”已经渐渐的融入人们的生活和文化中。
数字多媒体艺术是基于现代数字化科技发展最前沿的艺术设计形式，从来没有任何一种艺术设计形式这样依赖技术的支持并且这样充分发挥技术的潜力和优势。随着计算机技术、科学与工业设计学科的发展，数字媒体艺术的创作无论是从创作工具还是创作方法上来说较传统艺术设计形式都有了巨大的改变和突破，使得艺术设计师可以创作出全新的艺术设计形式。同时，数字多媒体艺术的发展也不断要求和带动着其创作形式的发展和更新，同时也在要求着我们不断地去扩展数字媒体艺术创作广度和深度，与其他学科一起交叉、融合的发展和完善。
数字媒体能为“混沌”科学增强艺术性，而“混沌”科学也能提高数字媒体表现内容的科学性。数字媒体艺术传播参与了数字化设计艺术创作与鉴赏之间的过程，又是人类传播的一种具体形式。绘画、设计是静态的艺术；影视、表演艺术和媒体艺术则是动态的艺术。数字多媒体艺术表现结合了几种艺术的特点，表现手法的有点在于动静结合。数字多媒体艺术与社会文化是不可分割的联系在一起的，对于一些科学研究以及自然现象观察结果的表现有着很大的帮助。最古老的原始艺术就是与原始文化交织在一起的，与宗教、科学以及伦理融合在一起的。对于现代科学“混沌”科学，也一定会和数字媒体融合在一起。与一般文化不同，数字多媒体艺术表现除了具有社会、文化的理念以外，又必定具有实用性 ，是社会文化的审美观念与实用功能的结合。数字媒体艺术表现作为社会和文化的一部分，决定了它不会和社会、和文化分开。同时，数字媒体艺术表现符合人们的要求，运作正常、科学、有序，这本身又有助于发展和提高社会、科技和文化。“混沌”科学当然也被包容在其中。数字媒体艺术不仅能增强“混沌”现象表现力，还能使得“混沌”科学更易于为大众接受，从而引发更多的有关于“混沌”科学的研究与发展，大大的提高了“混沌”科学的艺术性；同时，对于“混沌”现象的研究也能拓广数字媒体艺术的研究方面和表现内容，使数字媒体艺术在科学领域中能够有更大的潜力，有更多的发展空间，提高了数字媒体艺术的科学性。
1.3 研究内容
1.3.1 研究内容
课题的主要研究内容分为两个相互独立、而且有一定程度关联的部分：第一部分为对“混沌”现象的研究，主要内容为“混沌”的含义、特征、现象、以及几种特定表现的研究，还有对“蝴蝶效应”、“分形”、自相似、双摆等一些现象的观察。采用总体--局部的内容相结合的方法，一方面从总体的角度去研究“混沌”现象的发展历史、现状。弄清、理解什么是“混沌”，“混沌”的含义是什么，“混沌”既作为一们非线性科学、同时也是一种自然现象其总体特征是怎么样的。提出并去解决这些问题，然后做出总结，并得出自己相应的理解，为后续的研究奠定一个总体的理论基础。另一方面，对“混沌”的局部：几个特定的经典案例进行有重点的研究。对“蝴蝶效应”这个与“混沌”密不可分的著名案例进行深入的探讨和研究，并从中得到“混沌”现象的发展过程与“混沌”的一大特征：初值敏感性。学习一些关于“分形”的理论知识，并且按照自己的理解去尝试制作分形图形。对于其他一些如闪电、树枝、双摆等内容，进行一定程度的模拟、观察和实验。结合这几个在不同地方所表现出的“混沌”或者是局部的“混沌”，来和整体的研究成果一一对应，最后得到一个比较客观、正确的研究成果。也可以让研究内容更加丰富、丰满，不失严谨，避免研究成果的过于主观或者过于片面；第二部分为对数字媒体艺术表现方面的研究。数字媒体艺术是以数字技术和现代传媒技术为基础，将人的逻辑、理性思维和设计的感性思维融合的一种特殊的艺术形式，也是目前艺术设计领域中最具前景和最有潜力的部分。数字媒体艺术的突出表现是计算机图形图像设计，其特有的表现形式包括借助计算机技术、媒体艺术来创作的艺术文化和艺术设计。在研究中可以利用数字媒体艺术表现力强、对于现代科学研究的帮助、以及对于现代科学研究成果的展示与表现强的特点来对课题进行研究。
利用数字媒体对艺术的表现和对技术的最大程度发挥的特点，把课题所有研究成果进行一个对“混沌”科学的全面、综合的表述，以得出一个完整、可靠、有足够吸引力和冲击力的研究成果。
1.3.2 研究重点
探索如何利用数字媒体艺术的优势去表现现代热门科学“混沌”科学的相关现象，进行一个整体的研究。研究首先主要针对“混沌”科学的本质、特征以及数字媒体艺术表现两方面进行重点研究，然后把两部分的研究成果根据两部分的特点、优势进行整合，做一个两学科结合表现的研究。以此来增强“混沌”的在大众面前的艺术性和数字媒体艺术在学科研究方面的科学性。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及方法 1
1.2 研究意义 2
1.3 研究内容 3
第2章 设计背景及必要性分析 4
2.1 研究背景 5
2.2 提出问题 6
2.3 必要性分析 9
第3章 作品方案设计过程 11
3.1 设计概念阐述 11
3.2 设计过程阐述 18
第4章 制作过程阐述 21
4.1 制作过程阐述 21
第5章 结论 29
参考文献 30
致谢 32
图 目 录
1.1阿兰·麦席森·图灵 2
1.2洛伦兹吸引子 3
1.3曼德布罗特集 3
4.1关于”“混沌””与媒体的表现分析 10
4.2英国海岸线的测量 11
4.3随机运动使得双摆产生不同的轨迹 11
4.4”“混沌””现象与本质之间的联系 12
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