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Trasformazione del fornaio: il caos che mescola le immagini

Stirare, comprimere, ricomporre: osserva con immagini e punti come una regola deterministica produce un mescolamento sorprendente.

Sezione: Algebra Aggiornato:
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Trasformazione del fornaio: il caos che mescola le immagini

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Immagina di avere un quadrato diviso in quattro colori. La trasformazione del fornaio lo separa in due metà verticali, stira ciascuna metà fino alla larghezza iniziale, la comprime in altezza e colloca le parti una sopra l’altra. Ripetendo il gesto, i colori sembrano mescolarsi sempre di più. Nel laboratorio interattivo puoi partire da una griglia 8×8 e dai quattro quadranti colorati, poi provare risoluzioni maggiori o una tua immagine.

La regola per un punto

Per coordinate 0≤x,y<1, se x<1/2 la mappa manda (x,y) in (2x,y/2). Se x≥1/2, lo manda in (2x−1,(y+1)/2). Per esempio (0.3,0.4)→(0.6,0.2)→(0.2,0.6)→(0.4,0.3). La seconda immagine dell’orbita è nella metà destra, dunque la sua coordinata verticale sale nella fascia inferiore.

Area conservata, ordine sempre più difficile da vedere

Ogni metà viene stirata orizzontalmente di un fattore 2 e compressa verticalmente di un fattore 1/2. Il prodotto vale 1, quindi l’area si conserva. Nulla viene scelto a caso: la posizione successiva è determinata dalla posizione precedente. Eppure due punti inizialmente vicini possono allontanarsi rapidamente. È un esempio classico di caos deterministico e sensibilità alle condizioni iniziali.

Il segreto delle cifre binarie

Scrivendo x=0.b₁b₂b₃… in base 2, la nuova coordinata orizzontale è 0.b₂b₃…: la prima cifra viene scartata dalla coordinata x e determina in quale fascia va il punto. Questo è il Bernoulli shift. Il laboratorio permette di cliccare sull’immagine e seguire l’orbita del punto, mostrando anche alcune cifre binarie iniziali.

Un’immagine digitale è diversa dal quadrato continuo

Su una griglia N×N i pixel sono finiti. Il laboratorio usa una permutazione reversibile: le due metà si allargano, le righe si intercalano e ogni pixel trova una sola nuova posizione. Nessun colore viene perso dopo il ritaglio e il ridimensionamento iniziali. Proprio perché gli stati sono finiti, prima o poi un’immagine deve ripetersi: il mescolamento visivo non è casualità vera né cifratura.

Prova tu

Scegli fra quattro immagini demo, carica facoltativamente un JPG, PNG o WebP, seleziona una griglia da 8×8 a 512×512 e fai avanzare la trasformazione. Puoi tornare indietro, usare lo slider temporale, confrontare con l’originale, osservare i sei passaggi didattici, cliccare un punto e scaricare il risultato in PNG. La tua immagine resta nel browser. Apri il laboratorio della trasformazione del fornaio →