Агрегация с ограничением диффузии (DLA) - это процесс, при котором частицы совершают случайное блуждание из-за кластера броуновского движения вместе, чтобы сформировать агрегаты таких частиц. Эта теория, предложенная Т.А. Виттеном-младшим и Л.М. Сандером в 1981 году, применима к агрегации в любой системе, где диффузия является основным средством транспорта в системе. DLA можно наблюдать во многих системах, таких как электроосаждение, поток Хеле-Шоу, минеральные отложения и пробой диэлектрика.
Кластеры, сформированные в процессах DLA, называются броуновскими деревьями. Эти кластеры являются примером фрактала. В 2D эти фракталы демонстрируют размерность приблизительно 1,71 для свободных частиц, которые не ограничены решеткой, однако компьютерное моделирование DLA на решетке немного изменит фрактальную размерность для DLA в том же измерении встраивания. Некоторые вариации также наблюдаются в зависимости от геометрии нароста, будь то, например, из одной точки радиально наружу или из плоскости или линии. Два примера агрегатов, сгенерированных с помощью микрокомпьютера, позволяя случайным блуждающим людям придерживаться агрегата (первоначально (i) прямая линия, состоящая из 1300 частиц и (ii) одна частица в центре), показаны справа.
Компьютерное моделирование DLA - одно из основных средств изучения этой модели. Для этого доступны несколько методов. Моделирование может быть выполнено на решетке любой желаемой геометрии встраиваемого измерения (это было сделано до 8 измерений), или моделирование может быть выполнено в большей степени, чем стандартное моделирование молекулярной динамики, где частица может свободно случайным образом блуждать. до тех пор, пока он не попадет в определенный критический диапазон, после чего он будет втянут в кластер. Решающее значение имеет то, что количество частиц, совершающих броуновское движение в системе, остается очень низким, так что присутствует только диффузионный характер системы.
Броуновское дерево, название которого происходят от Роберта Брауна с помощью броуновского движения, является формой компьютерного искусства, который был на короткое время популярной в 1990 - х годах, когда домашние компьютеры стали иметь достаточную мощность для имитации броуновского движения. Броуновские деревья - это математические модели дендритных структур, связанные с физическим процессом, известным как агрегация, ограниченная диффузией.
Броуновское дерево строится с помощью следующих шагов: сначала где-то на экране помещается «семя». Затем частица помещается в случайное положение на экране и перемещается случайным образом, пока не упрется в семя. Частица остается там, а другая частица помещается в случайное положение и перемещается, пока не наткнется на затравку или любую предыдущую частицу, и так далее.
В результате дерево может иметь много разных форм в зависимости от трех основных факторов:
Цвет частиц может меняться между итерациями, что дает интересные эффекты.
Во время их популярности (чему способствовала статья в Scientific American в разделе «Компьютерные развлечения», декабрь 1988 г.) обычному компьютеру требовались часы и даже дни, чтобы создать небольшое дерево. Современные компьютеры могут генерировать деревья с десятками тысяч частиц за минуты или секунды.
Эти деревья также можно легко выращивать в ячейке электроосаждения, и они являются прямым результатом агрегации, ограниченной диффузией.
Сложные и органичные формы, которые могут быть созданы с помощью алгоритмов агрегирования с ограничением распространения, были исследованы художниками. Simutils, часть библиотеки с открытым исходным кодомxiclibs для языка программирования Java, разработанной Карстеном Шмидтом, позволяет пользователям применять процесс DLA к заранее заданным руководящим принципам или кривым в пространстве моделирования и через различные другие параметры динамически направлять рост 3D-форм.