(原標題:想成為摺紙高手?這個新算法讓你不費周折)
黎方宇
折一千對紙鶴,解一千個心願。
摺紙藝術所需的材料簡單,但背後的技巧變幻多端。為了使成品精妙傳神,藝術家們往往需要耗費大量的心力調整折線與步驟。麻省理工學院的團隊最近提出了一種新的摺紙算法,能夠得到用一張紙折出任何立體結構的方法,並且其間的縫隙可以保證最少。
科學家一直在做計算摺紙相關的研究。早在1999年,滑鐵盧大學18 歲的博士生Erik Demaine就發表了一篇相關的論文,裡程碑式地提出了一種折法,可以用一張紙折出任何立體結構。儘管意義顯著,但實際作用並不是很大:它需要的紙條非常長,結構中又有很多縫隙,因而並不牢固。
如今,已經是麻省理工計算機教授的 Demaine和東京大學的舘知宏合作,將在 7 月舉行的計算幾何研討會上發表這篇論文的後續成果,即優化了摺疊方式,提高了紙張利用效率,減少了成品中縫隙的數量。
舊算法使用的策略是用紙條折出各種結構,所以使用正方形的紙張時,常常也要折成長條形,導致了紙張的浪費,同時也在成品中增加了很多不必要的縫隙。新方法的策略完全不同,它儘可能地利用了紙張的邊界,減少了縫隙的形成。
例如,當你想把一張圓形的紙折成一個杯子,你需要在它中間留出一個圓當作杯底,外面的部分像裙褶一樣蜿蜒地折起來,這種情況下,杯口的邊緣和圓形紙片的邊界相同。但舊算法不會這樣算,它會做成細紙條螺旋的結構,就像彈簧那樣,這顯然是盛不了水的。
新算法將原始紙張的邊界保留在成品表面的邊界上,不僅讓作品更加逼真,也讓縫隙變得更少,有了不漏水的特性。而這種不漏水的特性正是新算法的數學基礎,團隊稱其為「滴水不漏性」(Watertightness)。
如果要折成封閉的表面,比如球體,它的表面沒有邊,因此算法就需要設計出一條縫隙,但用戶可以選擇把邊放在哪裡。
「之前的算法要麼是『作弊』——用長紙條繞成多面結構,要麼不能保證成功,」史密斯學院的數學教授 Joseph O'Rourke 說,「他們的新算法確實能產生一個折法,並且和『作弊』不同,每一面都沒有縫隙,紙的邊也對應了多面體的邊——使得結構不漏水。最後,多餘的部分被隱藏在結構內部,乾淨利落。」
團隊也將在所開發摺紙軟體的新版本中加入這種算法。理論上來說,只要紙足夠大,用一張紙折出一千隻紙鶴也是可行的。如果你也想成為摺紙高手的話,不妨試著探索一下。
舘知宏開發的 Origamizer 軟體,調整立體結構或是摺疊方法,另一邊都會實時顯示調整後的變化。來自 Origamizer