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純文字輸入,就能繪制精美數學圖表:CMU繪圖工具Penrose登GitHub熱榜 | SIGGRAPH

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畫數學插圖令人頭秃?

現在,CMU的研究人員們開發出了一款實用工具Penrose:

以純文字的方式輸入,根據語言描述,就能自動生成數學圖表。

集合論:

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幾何:

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線性代數:

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光線追蹤:

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都不在話下。

整個過程,不需要手動進行繁瑣調整,隻需在軟體中用程式設計語言的方式,描述數學表達式。

并且,這些表達式不僅限于基本功能,而是可以表達任何數學領域的複雜關系。

這一研究成果,入選計算機圖形學頂會SIGGRAPH 2020。

在GitHub上,也得到了3500标星,登上熱榜。

有網友認為:Penrose,就像是科學圖表中LaTeX。

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純文字繪制數學圖表

用LaTeX編輯數學公式的快樂,誰用誰知道。

那麼Penrose具體是怎麼繪制出數學圖表的呢?

比如,要畫出這樣一個集合關系:

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在軟體界面中,完成這樣的輸入就能自動生成:

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如果對配色、布局不滿意,點選「resample」,系統會提供其他不同的選擇:

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也可以自己手動在「sty」檔案中進行調整:

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研究人員還提到,該系統支援與基于Web的應用程式內建。并且,Penrose IDE能夠提供自動文法高亮和自動補全功能。

不過,目前Penrose尚處在初期版本,未向公衆開放。研發團隊表示,他們正在快馬加鞭,希望能盡快上線公開版本。

數學符号如何變成精美圖表?

作者之一、CMU計算機科學和機器人學助理教授Keenan Crane表示,他們打造Penrose的目的,是讓所有人都能擁有數學家一般,繪制漂亮圖表的能力。

為了實作這一目标,Penrose圍繞兩個設計原則來實作:

  • 通過從數學符号到視覺圖示的映射來規定圖表;
  • 通過求解相關有限制的優化問題來合成圖表。
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第一步,是用程式設計語言來規定數學對象及其可視化表示。

具體而言分為三個部分:

Substance:類似于HTML,用來指定内容。

Style:類似于CSS,用于調整外觀和可視化表示。

Domain:聲明數學領域中可用的對象、關系和符号。

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需要說明的是,這并不意味着使用者想要上手Penrose,必須學會三種語言。

實際上,大多數使用者隻要掌握Substance語言,類似這樣:

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Domain和Style就交給專業人士,要用的時候調用軟體包就行了。

第二步,使用限制性優化來合成滿足給定規範的圖。

該方法主要受到手繪圖的啟發。

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3500星,登上GitHub熱榜

Penrose展現的效果,得到了網友們的點贊。

目前,Penrose的GitHub已經有3500标星,在Hacker News上也有399的熱度。

有網友認為,想要了解數學概念,可視化是非常重要的手段,而Penrose可能會給數學教育帶來很大的幫助。

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不過,也有網友指出,簡單的示例說明了系統的思想,但還是希望看到Penrose實作的更為複雜的數學概念可視化,以證明其确實可以表達數學領域的複雜關系。

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原文釋出時間:2020-06-07

本文作者:魚羊

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