Паттерн

Материал из Википедии ? свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Плитка ? пример использования паттернов/узоров в дизайне помещений

Па?ттерн ( англ.   pattern  ≪узор, образец, шаблон; форма, модель; схема, привычное мышление, поведение, восприятие диаграмма ≫) ? схема-образ, действующая как посредствующее представление, или чувственное понятие, благодаря которому в режиме одновременности восприятия и мышления выявляются закономерности, как они существуют в природе и обществе.

Паттерн понимается в этом плане как повторяющийся шаблон или образец. Элементы паттерна повторяются предсказуемо. Так, из графических паттернов складываются красивые узоры.

Каждый из органов восприятия ( чувств ) воспринимает паттерны в соответствии со своими особенностями.

В науке, в том числе в математике и языкознании, паттерны выявляются путём исследования.

Прямое наблюдение может выявлять визуальные паттерны, как они формируются в природе и в искусстве.
Визуальные паттерны в природе часто хаотичны. Они не копируют друг друга и часто являются фрактальными .

Паттерны в природе включают спирали , меандры , волны , пену , трещины , а также паттерны, созданные благодаря симметрии поворота и отражения. Все подобные паттерны имеют математически описываемую структуру, которая может быть выражена формулами, тем не менее математика сама по себе является поиском регулярностей, и любой конечный продукт применения функций является математическим паттерном.

Когда научные теории исследуют и предсказывают синхронно существующие регулярности в природе и обществе, то это и есть выявление паттернов.
В искусстве и архитектуре для получения определённого устойчивого воздействия декорации и различные визуальные элементы могут комбинироваться и повторяться, образуя паттерны.
В компьютерных науках шаблоны проектирования являются широко используемым решением большого класса проблем программирования.

Под паттерном в медицине понимают устойчивую комбинацию результатов исследований или других признаков (например, симптомов ) при сходных жалобах пациента или у больных одной нозологии . Понятие ≪паттерн≫ включает несколько признаков (симптомов). Синдром включает один или несколько паттернов. Болезнь включает один или несколько синдромов.

Паттерны в природе

[ править | править код ]
Рисунки морских животных Эрнста Геккеля , демонстрирующие различные виды симметрии

Ранние греческие философы, такие как Платон , Пифагор , Эмпедокл , исследовали паттерны, пытаясь объяснить порядок в природе. Современное понимание визуальных паттернов формировалось постепенно с развитием наук.

В XIX веке бельгийский физик Жозеф Плато , изучая мыльные пузыри , сформулировал концепцию минимальной поверхности . Немецкий биолог и художник Эрнст Геккель нарисовал сотни морских организмов, подчёркивая их симметрию . Шотландский биолог Дарси Томпсон первым начал изучение паттернов роста как растений, так и животных, показав, что спиральный рост можно описать простыми уравнениями. В XX веке британский математик Алан Тьюринг предсказал механизмы морфогенеза , которые ответственны за образование пятен и полос. Венгерский биолог Аристид Линденмайер и французско-американский математик Бенуа? Мандельбро?т показали, как математика фракталов может объяснить паттерны роста растений.

Математика , физика и химия объясняют паттерны в природе на различных уровнях. Паттерны в живых организмах могут быть объяснены биологическими процессами естественного и полового отбора . Изучение формирования паттернов использует компьютерное моделирование для симуляции широкого спектра паттернов.

Виды паттернов в природе

[ править | править код ]

Симметрия

[ править | править код ]
Снежинка , пример шестилучевой симметрии

Симметрия для живых организмов является практически всеобщей. У большинства животных наблюдается зеркальная, или билатеральная, симметрия , она также присутствует в листьях растений и некоторых цветах, например орхидеях . [1] Растения часто имеют круговую, или вращательную, симметрию , как у многих цветов и некоторых животных, например у медуз . Пятилучевая симметрия встречается у иглокожих , таких как морские звёзды , морские ежи и морские лилии [2] .

В неживой природе снежинка имеет красивую шестилучевую симметрию , каждая снежинка уникальна, но один и тот же паттерн повторяется на всех шести её лучах [3] . Кристаллы обычно имеют разные виды симметрии и габитусы , они могут быть кубическими, шестигранными, восьмигранными, но настоящие кристаллы никогда не имеют пятилучевую симметрию (чего нельзя сказать о квазикристаллах ) [4] . Вращательная симметрия встречается в различных явлениях неживой природы, например при всплеске, когда капля падает в водоём [5] , а также в сферических формах и кольцах планет , таких как Сатурн . [6]

Деревья, фракталы

[ править | править код ]
Самоподобие фрактального листа

Фракталы бесконечно самоподобны . [7] [8] [9] Бесконечные повторения в природе невозможны, поэтому 'фрактальные' паттерны фрактальны лишь приблизительно. Например, листья папоротников и зонтичных (Apiaceae) самоподобны на 2-м, 3-м или 4-м уровне. Схожие с папоротником паттерны самоподобия встречаются также у животных, включая мшанки , кораллы , гидроидные , а также в неживой природе, преимущественно в электрических разрядах .

Фракталоподобные паттерны широко встречаются в природе, в таких распространённых феноменах, как облака, речные сети , геологические разломы , горы , береговые линии , [10] окрас животных, снежинки , [11] кристаллы , [12] разветвления кровеносных сосудов [13] и морские волны . [14]

Ракушка Наутилуса  ? логарифмическая спираль

Спирали часто встречаются у растений и некоторых животных, преимущественно моллюсков . Например у наутилусов , головоногих моллюсков, каждая камера его раковины является приблизительной копией предыдущей камеры, увеличенной на определённый коэффициент и представленной в виде логарифмической спирали . [15] Исходя из современного понимания фракталов, растущая спираль является частным случаем самоподобия [16] .

Среди растений спирали образуют некоторые виды алоэ , спиралевидным является распределение листьев на стебле, а также других частей у иных растений, например: соцветья астровых , семянные головки подсолнечника или фрукты вроде ананаса [17] :337 и салака , а также паттерн на шишках , где многочисленные спирали располагаются как по часовой, так и против часовой стрелки.

Спираль произрастания листьев может быть выведена из последовательности чисел Фибоначчи : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13… (каждое следующее число является суммой двух предыдущих). Например, при росте листьев из ствола, один поворот спирали равен двум листьям, поэтому паттерн или соотношение равно 1/2. У орешника соотношение 1/3; у абрикоса 2/5; у груши 3/8; у миндаля оно составляет 5/13. [18]

Хаос, потоки, меандры

[ править | править код ]
Хаос в окраске ракушки
Вид на Николаев из космоса. Синусоидальный паттерн, образованный реками, ? пример меандра

В математике динамическая система является хаотической, если она слишком чувствительна к начальным условиям (так называемый эффект бабочки [19] ).

Теория хаоса считается одним из самых важных факторов, влияющих на возникновение паттернов в природе. Существует связь между хаосом и фракталами ? странные аттракторы в хаотических системах имеют фрактальную размерность [20] .

Турбулентность в газах и жидкостях при преодолении твердого препятствия образует характерные паттерны кручения.

Меандры  ? это синусообразные изгибы в реках и других каналах, формируемые жидкостью, обычно водой, текущей вдоль изгибов. Если русло не является ровным, размеры и неровность изгибов увеличивается за счёт того, что течение переносит твёрдый материал, обычно песок и гальку к внутренней стороне изгиба. Внешняя часть изгиба остаётся незащищённой, поэтому эрозия усиливается, увеличивая темпы меандрирования [21] [22] .

Волны, дюны

[ править | править код ]
Волна

Под влиянием ветра на поверхности воды и песка в природе образовываются схожие по строению хаотические паттерны, оставляющие рябь, называемые волнами на воде и дюнами на песке. Под действием ветра происходит неравномерное распределение, возвышенные участки чередуются с понижениями уровня.

Частным случаем дюн являются барханы .

Пузыри, пена

[ править | править код ]
Мыльные пузыри образуют пену

Замощение

[ править | править код ]

Замощение ? разбиение без каких-либо накладок и без пробелов. Наиболее известным примером замощения в природе являются пчелиные соты, где шестиугольный паттерн многократно дублируется, заполняя всё пространство улья.

Пятна и полосы

[ править | править код ]

Паттерны в архитектуре

[ править | править код ]

Паттерны в дизайне

[ править | править код ]

Паттерны (повторяющиеся элементы) широко используются для украшения среды обитания человека ? от лепнины, тротуарной плитки, обоев, паркета и кафеля до орнаментов в одежде, раскраски тканей и использования узоров в оформлении всевозможной печатной продукции. Наиболее популярными паттернами являются клетка, гусиные лапки , бута , турецкие огурцы , алагрек , меандр .

Паттерны часто употребляются в исламском мире. Искусствоведы подразделяют исламские узоры на стилизованные растительные, которые называются арабеска , и геометрические, называемые мореска [23] .

Паттерны для детей

[ править | править код ]

Простым инструментом для создания паттернов является спирограф .

Наблюдать причудливые паттерны можно с помощью калейдоскопа .

Паттерны в медицине

[ править | править код ]

В медицине термин ≪паттерн≫ употребляют при анализе, например, кардиограмм , энцефалограмм и результатов других исследований, понимая под ним [24] одинаковую последовательность колебаний биопотенциалов , повторяющуюся в одном или нескольких отведениях при одинаковых состояниях и условиях [25]

Термин паттерн используется для обозначения последовательности нервных импульсов , имеющей определённое информационное значение [26] , например, ≪паттерны боли при биомеханических нарушениях суставов краниовертебрального перехода и шейного отдела позвоночника [27] или ≪паттерны двигательных и чувствительных расстройств при патологии нервных структур в дистальных отделах верхней конечности [28] .

Паттерны широко представлены в глоссарии мануальных терапевтов (например паттерн ходьбы), рефлексотерапевтов (например, паттерн сырости-жара) и прикладных кинезиологов (например, паттерн дыхания).

Паттерны вязания

[ править | править код ]

В вязании часто используются схемы рисунков, которые повторяются через определённое количество столбцов и рядов. Один такой рисунок, предназначенный для многократного повторения в вязаном изделии, и называется паттерном (чаще используют термин раппорт). Паттерн может состоять из различных видов петель, в результате получается объемный узор, или образовываться повторением узора из пряжи различных цветов, например стилизованные цветы или олени на свитерах.

Паттерн в музыке

[ править | править код ]

Особый ритмический рисунок, выводимый определённым инструментом, басовая партия или повторяющийся барабанный или гитарный риф, неотъемлемая часть практически любой музыкальной композиции [29] .

Примечания

[ править | править код ]
  1. Stewart, Ian. 2001. Pages 48-49.
  2. Stewart, Ian. 2001. Pages 64-65.
  3. Stewart, Ian. 2001. Page 52.
  4. Stewart, Ian. 2001. Pages 82-84.
  5. Stewart, Ian. 2001. Page 60.
  6. Stewart, Ian. 2001. Page 71.
  7. Mandelbrot, Benoit B. The fractal geometry of nature  (англ.) . ? Macmillan, 1983.
  8. Falconer, Kenneth. Fractal Geometry: Mathematical Foundations and Applications  (англ.) . ? John Wiley, 2003.
  9. Briggs, John. Fractals:The Patterns of Chaos  (англ.) . ? Thames & Hudson, 1992. ? P. 148.
  10. Batty, Michael. Fractals ? Geometry Between Dimensions  (англ.)  // New Scientist  : magazine. ? Holborn Publishing Group, 1985. ? 4 April ( vol. 105 , no. 1450 ). ? P. 31 .
  11. Meyer, Yves; Roques, Sylvie. Progress in wavelet analysis and applications: proceedings of the International Conference "Wavelets and Applications," Toulouse, France ? June 1992   (англ.) . ? Atlantica Seguier Frontieres, 1993. ? P. 25.
  12. Carbone, Alessandra; Gromov, Mikhael; Prusinkiewicz, Przemyslaw. Pattern formation in biology, vision and dynamics  (англ.) . ? World Scientific , 2000. ? P. 78. ? ISBN 9789810237929 .
  13. Hahn, Horst K.; Georg,Manfred; Peitgen, Heinz-Otto. Fractal aspects of three-dimensional vascular constructive optimization // Fractals in biology and medicine  (англ.) / Losa, Gabriele A.; Nonnenmacher, Theo F.. ? Springer Publishing, 2005. ? P. 55?66.
  14. Addison, Paul S. Fractals and chaos: an illustrated course  (англ.) . ? CRC Press , 1997. ? P. 44?46.
  15. Maor, Eli. e: The Story of a Number . Princeton University Press , 2009. Page 135.
  16. Ball, 2009. Shapes pp 29-32.
  17. Kappraff, Jay. Growth in Plants: A Study in Number   (неопр.)  // Forma. ? 2004. ? Т. 19 . ? С. 335?354 . Архивировано 4 марта 2016 года.
  18. Coxeter, H. S. M. Introduction to geometry  (англ.) . ? Wiley, 1961. ? P. 169.
  19. Lorenz, Edward N. Deterministic Nonperiodic Flow   (англ.)  // Journal of the Atmospheric Sciences : journal. ? 1963. ? March ( vol. 20 , no. 2 ). ? P. 130?141 . ? ISSN 1520-0469 . ? doi : 10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2 . ? Bibcode 1963JAtS...20..130L . Архивировано 29 мая 2020 года.
  20. Ruelle, David. Chance and Chaos . Princeton University Press , 1991.
  21. Lewalle, Jacques. Flow Separation and Secondary Flow: Section 9.1 // Lecture Notes in Incompressible Fluid Dynamics: Phenomenology, Concepts and Analytical Tools   (англ.) . ? Syracuse, NY: Syracuse University, 2006. Архивировано 29 сентября 2011 года.
  22. An Introduction to the Mechanics of Incompressible Fluids . Дата обращения: 28 февраля 2013. Архивировано из оригинала 29 сентября 2011 года.
  23. Информация из справочника интерьерных идей 4living.ru . Дата обращения: 4 апреля 2013. Архивировано из оригинала 1 мая 2012 года.
  24. Ciaccio E. J., Dunn S.M., Akay M. Biosignal pattern recognition and interpretation systems. Part 4 of 4: Review of applications // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. ? 1994. ? Vol. 13, 2006, Issue 2. ? P. 269?273.
  25. Гапонова О.В. Электроэнцефалографические паттерны синдрома Веста // Медицинский совет. ? 2008.- № 1-2.
  26. Малая меди цинская энциклопедия. ? М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг.
  27. Небожин А. И., Ситель А. Б. Паттерны боли при биомеханических нарушениях шейного отдела позвоночника // Мануальная терапия. ? 2007. ? № 1 (25). ? С. 2-8.
  28. Паттерны двигательных и чувствительных расстройств при патологии нервных структур в дистальных отделах верхней конечности // Медицинский портал для врачей и студентов doctorspb.ru. 2010. Источник в Интернет: http://doctorspb.ru/articles.php?article_id=1477 Архивная копия от 6 апреля 2016 на Wayback Machine
  29. . Основные барабанные ритмы: The Ultimate Guide . emastered.com . Дата обращения: 17 октября 2022. Архивировано 17 октября 2022 года.