Тридцать шесть градусов красоты

2018-09-01 в 13:44, admin, рубрики: визуализация данных, золотое сечение, математика, мозаика пенроуза

Сеточные системы координат, в которых плоскость делится на одинаковые симметричные элементы — на квадраты, треугольники, шестиугольники, достаточно известны. Им соответствуют квадратная, треугольная, шестиугольная симметрия. Но еще существует симметрия десятиугольная.
В ней плоскость не делится на десятиугольники, вместо этого все линии расположены под углами кратными 36°. Координаты в этой системе можно записывать целыми числами, по два целых числа на горизонтальное и вертикальное направление.

Расскажу как это нарисовать.

Количество единичных векторов по всем направлениям в этой системе отсчета десять. Если учесть симметрию обратного направления, то пять. Если учесть горизонтальную симметрию, то три. Обозначим их как $(1,0), (x,y), (m,n)$ и выведем для них аналитические выражения.

Обычная формула расчета координат при повороте:
$\x_a=cos(a) x - sin(a) y\ y_a=sin(a) x + cos(a) y$

Двойной угол по этой формуле:
$\m=x x - y y=x ^ 2 - y ^ 2 \n=y x + x y=2 x y$

Значит
$\m=x ^ 2 - (1 - x ^ 2)\ m=2 x ^ 2 - 1$

И исходя из того что существует разница координат $d$
$\m=x - d$
Получим квадратное уравнение
$\2 x ^ 2 - 1=x - d\ 2 x ^ 2 - x - (1 - d)=0$

Которое решается
$\x=left (1 pm sqrt{1 + 8(1 - d)}right )/4$

Это говорит о том, что существует как положительное так и отрицательное значение координаты $x$ , при которых различие координат двойного и одинарного угла $d=x - m$ то же самое.

У десятиугольника такая симметрия, что разница горизонтальной координаты между одинарным и двойным углом при увеличении углов в три раза, то есть, между тройным углом и шестикратным, сохраняет точно такую же величину. Абсолютные значения координат m и x в парном решении меняются местами и меняют свой знак, оставляя значение у разницы тем же самым. Так что, можно связать второе решение квадратного уравнения с тройным углом.

Используя что
$m_1=x_1 - d=-x_2\ m_2=x_2 - d=-x_1$

Получим
$\d=x_1 + x_2=1 / 2$

И сразу получим остальные значения.

$\x=(1 + sqrt{5})/ 4 ;;;;;;;;;;=varPhi / 2 ;;;;;;;;;;;;=varphi / 2 + 1 / 2 \y=sqrt{(5 - sqrt{5}) / 2} / 2 ;;;=sqrt{3 - varPhi} / 2 ;;;;=sqrt{2 - varphi} / 2 \m=(sqrt{5} - 1)/ 4 ;;;;;;;;;=varPhi / 2 - 1 / 2 ;;;;=varphi / 2 ;;;;;;;;;; \n=sqrt{(5 + sqrt{5}) / 2} / 2;;;=sqrt{2 + varPhi} / 2 ;;;;=sqrt{3 + varphi} / 2$

Число $varphi$ это малый коэффициент золотого сечения.
Число это большой коэффициент золотого сечения.

Их основные свойства:
$\varphi ^ 2=1 - varphi \varphi + 1=varPhi=1 / varphi \1 + varPhi=varPhi ^ 2 \varphi + varPhi=sqrt{5} \2varphi + 1=sqrt{5}=2varPhi - 1$

Координатная система в которой координаты целые числа, и при этом можно делать повороты на 36° определяется так:
${n_1,n_2,n_3,n_4}=(n_1cdot C_{xa}+n_2 cdot C_{xb},n_3 cdot C_{ya} + n_4 cdot C_{yb})$

Используемые константы равны
$C_{xa}=1 / 2 \C_{xb}=varphi / 2 \C_{ya}=sqrt{3 + varphi} / 2 \C_{yb}=sqrt{2 - varphi} / 2$

Это позволяет представить три базовых вектора $(1,0), (x,y), (m,n)$ как
$(2 cdot C_{xa};;;;;;,0;;;)={2,0,0,0}\ (C_{xa}+C_{xb},C_{yb})={1,1,0,1}\ (C_{xb};;;;;;;;;;,C_{ya})={0,1,1,0}$

При комбинации единичных векторов групповая чётность координат сохраняется, и может быть только одного из следующих типов:
${0,0,0,0},{1,1,0,1},{0,1,1,0},{1,0,1,1}$ .

То есть, на координаты накладываются ограничения
$x=k_1 + k_2varphi ;;;;;;;;;;;leftrightarrow y=k_3 K_3 + k_4 K_2 \x=k_1 + k_2varphi pm frac{1pmvarphi}{2} leftrightarrow y=k_3 K_3 + k_4 K_2 pm frac{K_2}{2} \x=k_1 + k_2varphi pm ;; frac{varphi}{2} ;;leftrightarrow y=k_3 K_3 + k_4 K_2 pm frac{K_3}{2} \x=k_1 + k_2varphi pm ;;frac{1}{2} ;;leftrightarrow y=k_3 K_3 + k_4 K_2 pm frac{K_3 pm K_2}{2}$

где $k$ — целые числа.
$\K_3=2 C_{ya}=sqrt{3 + varphi} \K_2=2 C_{yb}=sqrt{2 - varphi} \K_3 K_2=sqrt{5} \K_3 varphi=K_2$

Преобразуя таблицу умножения

*	1	φ	K₃	K₂
1	1	φ	K₃	K₂
φ	φ	1-φ	K₂	K₃-K₂
K₃	K₃	K₂	3+φ	1+2φ
K₂	K₂	K₃-K₂	1+2φ	2-φ

можно получить целочисленную трёхмерную матрицу для умножения векторов.

Используя эту координатную систему мы позиционируем точки с идеальной точностью целых чисел.

Еще немного теории о связи чисел: степень числа фи и последовательность фибоначчи.

При всей схожести формул
$varPhi^{n - 1} + varPhi^{n}=varPhi^{n + 1}$
$Ф_{n - 1} + Ф_{n}=Ф_{n + 1}$
они, конечно, различаются.

Функция $varPhi^n$ это степенная функция, которая строго больше нуля. А в последовательности фибоначчи $Ф_n$ присутствует ноль, и из-за этого все предшествующие ему числа чередуют знак.

Для решения уравнения $f(x-1) + f(x)=f(x+1)$ подходит не только $f(x)=varPhi^x$ , но и $f(x)=(-varPhi)^{-x}=(-varphi)^x$ . Причем, они подходят одновременно. $f(x)=k_1varPhi^x+k_2(-varphi)^{x}$ . Если $f(0)=0$ и $f(-1)=f(1)=1$ , то коэффициенты $k_1=frac{1}{sqrt5}, k_2=-frac{1}{sqrt5}$ .

Так что, существует формула, которая связывает последовательность фибоначчи и степенную функцию числа фи (формула бине):
$Ф_n=frac{varPhi^{n}}{sqrt5} - frac{left(-varphiright)^{n}}{sqrt5}$

Для чисел с положительными номерами значение задается преимущественно левым слагаемым, и правое выравнивает до целого числа. Для чисел с отрицательным номером основной вклад идёт от правого слагаемого.

Обратная формула, получения степени числа $varPhi$ из последовательности фибоначчи:
$varPhi ^ {n}=Ф_{n-1} + Ф_{n}varPhi$

Для числа $varphi$ , которое в высоких степенях приближается к нулю, используется различие знака чисел с отрицательными номерами и примерное равенство соотношения соседних чисел самому числу $varphi$ .
$varphi ^ {n}=Ф_{-n+1} + Ф_{-n}varphi$

В системе целых координат это находит выражение в том, что базовые вектора с множителем
$varphi^n$ выражаются в целых коэффициентах, взятых из последовательности фибоначчи:
$varphi^n;V_0={2Ф_{-n+1},2Ф_{-n};;,0;;;;;;;;,0;;;;;;} \varphi^n;V_1={Ф_{-n+2};;,Ф_{-n+1},Ф_{-n};;;,Ф_{-n-1}} \varphi^n;V_2={Ф_{-n};;;;;,Ф_{-n-1},Ф_{-n+1},Ф_{-n};;;}$
На такие вектора можно и делить.

Теперь можно попробовать составить треугольники.

Треугольников в котором углы кратны 36° не так много, всего два. Сумма углов в треугольнике 180°, в долях сумма углов должна быть равна пяти. Как 5 поделить на три целых числа? Единица должна быть, потому что без нее даже минимум, три двойки — это уже перебор. Оставшиеся 4 доли можно поделить только как 1 + 3 и 2 + 2. Оба треугольника равнобедренные, имеют в себе пару одинаковых углов.

Обозначим треугольники как T₁ и T₂, в соответствии размера в долях того угла который повторяется.

Теперь можно попробовать треугольники разбить.

Треугольник T₁ можно поделить на два треугольника: Т₁ и Т₂.

Треугольник T₂ можно поделить на два треугольника: T₁ и T₂.

Треугольник T₁ можно поделить еще и на три треугольника: T₁, T₂, T₁. Причем, такого разбиения два: симметричное и антисимметричное.

Эти разбиения уменьшают боковые стороны треугольников на один и тот же коэффициент $varphi$ .

Из таких треугольников можно построить мозаику пенроуза.

Для построения можно исходить из следующих правил:

1. Для каждого уровня разбиения все треугольники имеют одинаковую длину боковых сторон, а основанием соединены с таким же треугольником, который на более детальный уровень разбивается симметрично исходному. Именно из-за этого правила мозаику пенроуза можно представлять равносторонними ромбами.

2. Для разбиения треугольника T₁ используется только несимметричный вариант.
Именно поэтому мозаику пенроуза можно представлять разбиением на дельтоиды:
У получившегося T₁ обязательно есть парный треугольник, который образует с исходным уголок, «дротик» (dart). А у получившегося T₂ парный треугольник вместе с соседним образуют выпуклый дельтоид «воздушный змей» (kite).

Хотя сами по себе могут быть получены делением ромба, дельтоиды в мозаике расположены так, что никогда не соединяются в ромб. У сложной формы дельтоидов есть преимущество: ромб при одной форме может иметь два возможных направления, а у дельтоидов оно задано явно.

Если у нас соединены треугольники Т₁ и Т₂, то дальнейшее построение имеет два варианта: либо они вместе образуют Т₂ и значит на общем уровне он имеет свое отражение. Либо Т₁ и Т₂ составляют вместе часть разбиения Т₁, и тогда продолжение выглядит менее симметрично.

Поэтому мозаику пенрозуа удобнее строить не достраиванием во вне, а делением внутрь.

Относительно деления треугольники различаются не только по форме, но и по направлению симметрии. «Правый» и «Левый» треугольники режутся противоположным образом. Поэтому надо сразу выяснить, какого типа треугольники получаются при самом делении.
Мы получим правила

$\T_{1A} rightarrow T_{1A}+T_{2A}+T_{1B} \T_{1B} rightarrow T_{1B}+T_{2B}+T_{1A} \T_{2B} rightarrow T_{1A}+T_{2B} \T_{2A} rightarrow T_{1B}+T_{2A}$

Получается, у ромбов четыре вида сторон: те которые при разбиении делятся — со сдвинутым местом разбиения вправо или влево, и те, которые не делятся, а образуют диагональ для Т₁ — либо правого, либо левого. Зная какие стороны стыкуются можно раскрашивать плитки мозаики так, чтобы линии рисунка стыковались на границах, и тогда получаются симпатичные узоры.

У мозаики пенроуза несколько представлений, но как универсальный можно использовать вид из шести треугольников, четыре из которых повторяют показанное разбиение из треугольников, а два дополнительных, вида Т₁, аналогичны по разбиению первому и второму, но отличаются тем, что на предыдущем уровне разбиения были частью Т₁ точно такого же типа — левый из левого, правый из правого.

Такие треугольники можно объединять в различные виды мозаики: и в ромбы, и в дельтоиды, и в различающиеся стороной треугольники, и в фигуры HBS. А для представления Р1, для представления из прямых линий и для набора четырёхугольников нужно сопоставить двум базовым треугольникам линии разбиения.

Универсальный вид

Список представлений:

Из двух треугольников (четырёх видов) с одинаковыми боковыми сторонами
Из двух треугольников (четырёх видов) с различными боковыми сторонами
Из пары ромбов, представление Р3
Из ромба и уголка двух видов
Из пары дельтоидов, представление Р2: дротик/воздушный змей
Представление P1: четыре вида пятиугольников, звезда, лодочка
Представление «шестиугольник, лодка, звезда», HBS
Особое представление: просто пересекающиеся прямые линии
Семь четырёхугольников (Семь видов четырехугольников, количество форм только шесть)

Чтобы изобразить на компьютере мозаику достаточно в текстовом редакторе написать html-страничку с кодом на javascript и открыть эту страничку в браузере.

Весь текст странички без кода:

<html><canvas id="a" width="640" height="320"></canvas><script>
</script></html>

Получаем «контекст», объектный интерфейс для рисования на плоскости:

var canvas = document.getElementById("a");
var b = canvas.getContext("2d");

Программа будет рассчитывать фигуры, а потом их отрисовывать в зависимости от заданных настроек.

Функции для упрощения команд рисования:

// начать описание контура
function begin(){b.beginPath();}
// начать линию с точки
function from(p) {b.moveTo(s[8] + p[0], s[9] - p[1]);}
// привести линию к точке
function to(p){b.lineTo(s[8] + p[0], s[9] - p[1]);} 
// привести линию к начальной точке, не требуется если выполняется только заливка
function close(){b.closePath();}
// заливка
function fill(color){b.fillStyle = color; b.fill();}
// обводка контура линией
function line(){b.strokeStyle = "#444"; b.lineWidth = 0.5; b.stroke();}
function line_white(){b.strokeStyle = "#fff"; b.lineWidth = 1; b.stroke();}
function line_black(){b.strokeStyle = "#444"; b.lineWidth = 1.5; b.stroke();}

Мозаика будет состоять из фигур, они хранятся как массив данных: тип фигуры, от 0 до 5, координаты угла привязки, массив четырех целых чисел, и направление, 0 до 9. В функции отрисовки масштаб координат и размер шага рисования стороны фигуры задаются отдельно.

Прежде всего нужно задать используемые константы.

var s;
function prepare()
{
    var sqrt = Math.sqrt;
    var fi = (sqrt(5) - 1) / 2;
    var fb = (sqrt(5) + 1) / 2;
    var f3 = sqrt(3 + fi);
    var f2 = sqrt(2 - fi);
    //координаты базовых векторов для всех десяти направлений
    var vt = [[ 2, 0, 0, 0], [ 1, 1, 0, 1], [ 0, 1, 1, 0], [ 0,-1, 1, 0], [-1,-1, 0, 1],
              [-2, 0, 0, 0], [-1,-1, 0,-1], [ 0,-1,-1, 0], [ 0, 1,-1, 0], [ 1, 1, 0,-1]];
    // Константы множители координат
    var c = [1/2, fi/2, f3/2, f2/2]
    // Общий массив констант
    // нулевой элемент для контекста
    // седьмой для дополнительных данных рисования.
    // восьмой и девятый для указания центра рисования
    // десятый для размера шага.
    var s = [0, vt, c, fi, f3, f2, 0, 0, 0, 0];
    return s;
}

s = prepare();
s[0] = b; 
s[7] = 1;      // доля последнего уровня
s[8] = 500/2; // сдвих координаты x
s[9] = 320/2;  // сдвиг координаты y

Сначала зададим базовую фигуру из шести треугольников.

Код заполнения первого уровня

var f = []; // слои разбиения.
f[0] = [];
f[0].push([0,[ 0, 0, 0, 0],0]); 
f[0].push([1,[ 0, 0, 0, 0],0]);
f[0].push([2,[ 0, 0, 0, 0],3]);
f[0].push([3,[ 0, 0, 0, 0],3]);
f[0].push([2,[ 0, 0, 0, 0],7]);
f[0].push([3,[ 0, 0, 0, 0],7]);

Код расчета и отрисовки уровней


fi = s[3]; // берем из констант коэффициент
var levels = 3; // количество расчетных уровней
s[7] = 0.1 * 10; // степень проявления уровня
s[10] = 24 * 6 * fi * fi; // длина линии
//s[10] = 24 * 6 * fi
//s[10] = 24 * 6;

// для отображения полного поля нужно изменить размер шага, размер канвы, место центра и поменять местами p[0] и p[1] в функциях from() и to(). 
//s[10] = 24; 

mode = 12; // режим рисования

// разбиение
var n = 0, m;
for(; n < levels; n++) 
{   m = n + 1; 
    f[m] = []; 
    for(var k = 0; k < f[n].length; k++) 
        zd(f[n][k], s, f[m]);
}
// отображение
n = m - 1;
// предыдущий уровень
if(s[7] != 1) 
    for(var i = 0; i < f[n].length; i++) {paint(f[n][i], mode, 1);}
// последний уровень
for(var i = 0; i < f[m].length; i++) {paint(f[m][i], mode, 0);}
// Для 11 режима подчеркиваются линии
if(mode == 11) {d = 3; for(var i = 0; i < f[m-d].length; i++) {paint(f[m-d][i], mode, d);}}

Функция разбиения

function zd(a, s, f)
{
    var t = a[0]; // тип фигуры
    var vt = s[1]; // таблица векторов

    if (t > 3) t = t - 4; // типы фигур 4 и 5 обрабатываются как 0 и 1

    // направление первого шага в зависимости от типа фигуры, в виде смещения направления
    sht = [ 1,-1, 2,-2];
    var shift = sht[t];

         if(t == 0) {t1 = 0; t2 = 3; t3 = 5;} // типы получившихся фигур
    else if(t == 1) {t1 = 1; t2 = 2; t3 = 4;}
    else if(t == 2) {t1 = 4; t2 = 2;}
    else if(t == 3) {t1 = 5; t2 = 3;}

    if (t < 2)
    {
        pos = a[1];
        v1 = a[2]; // общее направление
        v2 = (v1 + shift + 10) % 10; // направление первого шага
        v3 = (v1 - shift + 10) % 10; // направление второго шага
        v4 = (v2 + 5) % 10; // обратное направление первому
        v5 = (v1 + 5) % 10; // обратное направление общему (не второму)
        
        p1 = add(pos, vt[v2]); // позиция после первого шага
        p2 = add(p1, vt[v3]);  // позиция после второго шага
        p3 = mul(p1,[2,2,0,0]); // масштабирование
        p4 = mul(p2,[2,2,0,0]); // масштабирование

        f.push([t1, p3, v4]);
        f.push([t2, p3, v3]);
        f.push([t3, p4, v5]);
    }
    else
    {
        pos = a[1];
        v1 = a[2];
        v2 = (v1 + shift + 10) % 10; // направление первого шага
        v3 = (v1 - shift + 10) % 10; // направление второго шага
        v4 = (v2 + 5) % 10; // обратное направление первому
        v5 = (v3 + 5) % 10; // обратное направление второму
        
        p1 = add(pos, vt[v2]); // позиция после первого шага
        p2 = add(p1, vt[v3]);  // позиция после второго шага
        p3 = mul(p1,[2,2,0,0]); // масштабирование
        p4 = mul(p2,[2,2,0,0]); // масштабирование

        f.push([t1, p3, v4]);
        f.push([t2, p4, v5]);
    }

    return f;
}

Используемые функции сложения и умножения векторов

function mul(v1, v2)
{
    mt = [[[1, 0, 0, 0],[0, 1, 0, 0],[ 0, 0, 1, 0],[ 0, 0, 0, 1]],
          [[0, 1, 0, 0],[1,-1, 0, 0],[ 0, 0, 0, 1],[ 0, 0, 1,-1]],
          [[0, 0, 1, 0],[0, 0, 0, 1],[-3, 1, 0, 0],[-1,-2, 0, 0]],
          [[0, 0, 0, 1],[0, 0, 1,-1],[-1,-2, 0, 0],[-2, 1, 0, 0]]]
    var v3 = [0, 0, 0, 0];
    for(var i = 0; i < 4; i++) 
        for(var j = 0; j < 4; j++) 
            for(var k = 0; k < 4; k++) 
                v3[k] = v3[k] + v1[i] * v2[j] * mt[i][j][k];

    for(var i = 0; i < 4; i++) v3[i] = v3[i] / 2;
        
    return v3;

}

function add(v1, v2)
{   // нельзя к первому к первому аргументу добавить второй и вернуть, 
    // потому что аргументы принимаются по ссылке и значит будут изменены.
    var v3 = [0, 0, 0, 0]; 
    for(var i = 0; i < 4; i++) v3[i] = v3[i] + v1[i];
    for(var i = 0; i < 4; i++) v3[i] = v3[i] + v2[i];
    return v3;
}

Функция нахождения точки между двумя, с заданным коэффициентом.

function mean(p1, p2, d)
{   var p3 = [(p2[0] - p1[0]) * d + p1[0],(p2[1] - p1[1]) * d + p1[1]];
    return p3;
}

Осталось задать режимы, как именно фигуры могут отображаться.

Функция отрисовки фигуры


function paint(a, mode, level = 0)
{
    vt = s[1];    // таблица векторов
    c  = s[2];    // массив координатных констант
    fi = s[3];    // константа фи
    pr = s[7];    // доля проявления уровня
    b  = s[0]; // контекст рисования
    
    var st = s[10];

    // шесть цветов на выбор
    colors = [["#BCE"],["#BBE"],["#ECE"],["#EBE"],["#CEF"],["#EEF"]];

    type = a[0]; // оригинальный тип фигуры
    tn = type;   // тип свернутый до 4
    if(tn > 3) tn = tn - 4;
    
    // цвет
    color = colors[type];

    // направление первого шага, в виде сдвига направления
    sht = [ 1,-1, 2,-2];
    var shift = sht[tn];

    p = a[1]; // точка привязки
    
    v0 = a[2]; // направление
    v0 = (10 + v0 % 10) % 10; // направление выравнено в пределы 0-10
    v1 = (10 + (v0 + shift) % 10) % 10; // направление первого шага
    v2 = (10 + (v0 - shift) % 10) % 10; // направление второго шага
    
    // коэффициенты масштабирования для позциции и для сторон.
    var kop = 0; 
    var koe = 0; 
    pr1 = 1 - pr; // доля предыдущего уровня.
    if(level == 0) {kop = st; koe = pr;}
    if(level == 1) {kop = st / fi; koe = pr1 / fi; } // проступание соседнего уровня
    
    if(level == 3) {kop = st / fi / fi / fi; koe = pr / fi / fi / fi; } // линии на три уровня меньше
        
    st = st * koe; // масштабирование фигур.

    // координаты начала линии
    p0 = [kop * (p[0] * c[0] + p[1] * c[1]), kop * (p[2] * c[2] + p[3] * c[3])]
    // координаты конца первой линии
    s1 = vt[v1]; p1 = [p0[0] + st * (s1[0] * c[0] + s1[1] * c[1]), p0[1] + st * (s1[2] * c[2] + s1[3] * c[3])];
    // координаты конца второй линии
    s2 = vt[v2]; p2 = [p1[0] + st * (s2[0] * c[0] + s2[1] * c[1]), p1[1] + st * (s2[2] * c[2] + s2[3] * c[3])];
    
    // таблица рисовать ли фон
    modes = [1, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,1, 1,1,1];
    y = modes[mode];

    // заливка, сразу можно грани рисовать
    if(level < 3) // если сдвинутый на три уровень, то фон не отрисовывается, только линии 11 режима.
    if(y || mode == 0)
    {   begin(); from(p0); to(p1); to(p2); close();
        if(y) {fill(color);}
        if(mode == 0) line();
        if(mode == 12) line_white();
    }
    
    // четырехугольники
    if(mode == 1) 
    {   p3 = mean(p0, p2, 0.5);
        begin(); from(p0); to(p2); from(p1); to(p3); line_black();
    }

    // дальняя сторона, фигуры HBS
    if(mode == 2) 
    {   begin(); from(p1); to(p2); line();
    }
    if(mode == 6) // ромбы
    {   begin(); 
        if(tn == 0 || tn == 2)
        {   color = colors[tn * 2];
            // четвертый угол ромба
            p3 = mean(p0, p2, 0.5);
            p4 = mean(p1, p3, 2);
            from(p0); to(p1); to(p2); to(p4); close(); fill(color);
        }
        line();
    }

    if(mode == 7) // дельтоиды
    {   if(type == 0)
        {   // расчет дополнительного угла уголка
            p3 = mean(p0, p1, 1 + fi);
            p4 = mean(p2, p3, 1 + fi);
            begin(); from(p0); to(p1); to(p4); to(p2); close(); fill(colors[0]); line();
        }
        if(type == 2)
        {   // расчет углов фигуры воздушный змей
            p3 = mean(p0, p2, 2 + fi)
            p4 = [p0[0] + (p2[0] - p1[0]), p0[1] + (p2[1] - p1[1])];
            begin(); from(p0); to(p1); to(p3); to(p4); close(); fill(colors[4]); line();
        }
    }

    if(mode == 8) // разные треугольники
    {   if(type < 2)
        {   begin(); from(p0); to(p1); to(p2); close(); fill(colors[0]); line();
        }
        if(type == 4 || type == 5)
        {   p3 = mean(p0, p1, 1 + fi);
            begin(); from(p0); to(p3); to(p2); close(); fill(colors[4]); line();
        }
    }

    if(mode == 9) // ромб и уголки
    {   if(type == 0)
        {   p3 = mean(p0, p1, 1 + fi);
            p4 = mean(p2, p3, 1 + fi);
            begin(); from(p0); to(p1); to(p4); to(p2); close(); fill(colors[0]); line();
        }
        if(type == 2)
        {   p3 = [p0[0] - p1[0] + p2[0], p0[1] - p1[1] + p2[1]];
            begin(); from(p0); to(p1); to(p2); to(p3); close(); fill(colors[4]); line();
        }

        if(type == 4)
        {   p3 = mean(p2, p1, 1 + fi);
            p4 = mean(p0, p3, 1 + fi);
            begin(); from(p0); to(p4); to(p1); to(p2); close(); fill(colors[0]); line();
        }
    }

    if(mode == 10)
    {
        p4 = mean(p1, p0, fi);
        p5 = mean(p0, p2, fi);
        p6 = mean(p2, p0, 1 / 2 + fi / 2);
        p7 = mean(p1, p2, 0.5);
        begin(); if(tn < 2) {from(p4); to(p5);} else {from(p6); to(p4);} to(p7); line();
    }

    if(mode == 11)
    {
        k1 = 1 / 2;  
        k2 = (fi + 1) / 2;
        k3 = (4 - fi) / 4;
        k4 = (fi + 1) / 4;
        k5 = (3 - 2 * fi) / 2;
        k6 = 1 / 4;
        if(tn < 2) 
        {
            p3 = mean(p0, p2, k4);
            p4 = mean(p0, p1, k2);
            p5 = mean(p1, p2, k1);
            p6 = mean(p0, p2, k5);
            p7 = mean(p1, p2, k3);
            begin(); from(p3); to(p4); to(p5); to(p6); to(p7);
        }
        else
        {   
            p3 = mean(p2, p1, k3);
            p4 = mean(p0, p1, k2);
            p5 = mean(p1, p2, k1);
            p6 = mean(p2, p0, k6);
            begin(); from(p3); to(p4); to(p5); to(p6);    
        }
        
        line();
    }        
}

Код можно скопировать со статьи в файл фрагмент за фрагментом и он заработает.

Так как каждый треугольник имеет парный треугольник (кроме тех, которые на границе), то для лучшей прорисовки можно добавить режим, в котором один из пары треугольников отображается ромбом, а второй не отображается. Так же можно сделать и с дельтоидами и с треугольником объединенным из двух.

Для разбиения P1 нужно задать по две линии на треугольник.

Для представления мозаики из линий нужно задать следующее разбиение:

Через три уровня линии повторяются:

Из этого можно вывести коэффициенты пропорций деления линией сторон в месте пересечения. После смещения на три уровня сторона треугольника становится $varphi^3=2varphi - 1$ . Решая уравнение $k=1 - k(2varphi - 1)$ получим $k(1 + 2varphi - 1)=1$ , и коэффициент будет равен $k=frac{1}{2varphi}=frac{varPhi}{2}$ .
Получаются пропорции деления:
$K_1:frac{1}{2} + frac{1}{2}=1$ — деление стороны посередине.
$K_2: frac{varPhi}{2} + frac{1-varphi}{2}=1$ — деление единичной диагонали.
$K_3: frac{5-varPhi}{4} + frac{varphi}{4}=1$ — проекция диагонали на сторону.
$K_4: frac{varPhi}{4} + frac{3-varphi}{4}=1$ — первая проекция на диагональ широкого ромба.
$K_5: frac{5 - 2varPhi}{2} + frac{2varphi-1}{2}=1$ — вторая проекция на диагональ широкого ромба.
$K_6: frac{1}{4} +frac{3}{4}=1$ — проекция на диагональ узкого ромба

Оказывается, что треугольники, у которых совпадают углы привязки образуют фигуры HBS. И для отрисовки разбиения на HBS достаточно выводить дальнюю грань. Если треугольники масштабировать без изменения привязки, то вокруг фигур образуется пустое пространство. В этом пустом пространстве можно вывести фигуры предыдущего уровня, смасштабировав так, чтобы они касались фигур этого уровня. Именно так нарисовано первое изображение статьи.