Натхненний vi.sualize.us

Мета

Вхід - це зображення в градаціях сірого, а вихід - чорно-біле зображення. Вихідне зображення складається лише з однієї закритої кривої (петлі), якій не дозволяється перетинатися з собою або торкатися себе. Ширина лінії повинна бути постійною протягом усього зображення. Завдання тут - пошук алгоритму для цього. Вихід повинен просто представляти вхідне зображення, але з будь-якою художньою свободою. Роздільна здатність не так важлива, але співвідношення сторін має залишатися приблизно однаковим.

Приклад

Більше тестових зображень

Java: стиль матричної крапки

Оскільки ще ніхто не відповів на запитання, я його сфотографую. Спочатку я хотів заповнити полотно кривими Гільберта, але врешті-решт я вибрав простіший підхід:

Ось код:

import java.awt.Color;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;

import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;

public class LineArt extends JPanel {
    private BufferedImage ref;
    //Images are stored in integers:
    int[] images = new int[] {31, 475, 14683, 469339};
    int[] brightness = new int[] {200,170,120,0};

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new LineArt(args[0]);
    }

    public LineArt(String filename) throws Exception {
        ref = ImageIO.read(new File(filename));
        JFrame frame = new JFrame();
        frame.setVisible(true);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setSize(ref.getWidth()*5, ref.getHeight()*5);
        this.setPreferredSize(new Dimension((ref.getWidth()*5)+20, (ref.getHeight()*5)+20));
        frame.add(new JScrollPane(this));
    }

    @Override
    public void paint(Graphics g) {
        Graphics2D g2d = (Graphics2D) g;
        g2d.setColor(Color.WHITE);
        g2d.fillRect(0, 0, getWidth(), getHeight());
        g2d.translate(10, 10);
        g2d.setColor(Color.BLACK);
        g2d.drawLine(0, 0, 4, 0);
        g2d.drawLine(0, 0, 0, ref.getHeight()*5);

        for(int y = 0; y<ref.getHeight();y++) {
            for(int x = 1; x<ref.getWidth()-1;x++) {
                int light = new Color(ref.getRGB(x, y)).getRed();
                int offset = 0;
                while(brightness[offset]>light) offset++;
                for(int i = 0; i<25;i++) {
                    if((images[offset]&1<<i)>0) {
                        g2d.drawRect((x*5)+i%5, (y*5)+(i/5), 0,0);
                    }
                }
            }
            g2d.drawLine(2, (y*5), 4, (y*5));
            g2d.drawLine((ref.getWidth()*5)-5, (y*5), (ref.getWidth()*5)-1, (y*5));
            if(y%2==0) {
                g2d.drawLine((ref.getWidth()*5)-1, (y*5), (ref.getWidth()*5)-1, (y*5)+4);
            } else {
                g2d.drawLine(2, (y*5), 2, (y*5)+4);
            }
        }
        if(ref.getHeight()%2==0) {
            g2d.drawLine(0, ref.getHeight()*5, 2, ref.getHeight()*5);
        } else {
            g2d.drawLine(0, ref.getHeight()*5, (ref.getWidth()*5)-1, ref.getHeight()*5);
        }
    }
}

Оновлення : тепер він створює цикл, а не лише один рядок

Пітон: крива Гільберта ( 373 361)

Я вирішив намалювати криву Гільберта зі змінною зернистістю залежно від інтенсивності зображення:

import pylab as pl
from scipy.misc import imresize, imfilter
import turtle

# load image
img = pl.flipud(pl.imread("face.png"))

# setup turtle
levels = 8
size = 2**levels
turtle.setup(img.shape[1] * 4.2, img.shape[0] * 4.2)
turtle.setworldcoordinates(0, 0, size, -size)
turtle.tracer(1000, 0)

# resize and blur image
img = imfilter(imresize(img, (size, size)), 'blur')

# define recursive hilbert curve
def hilbert(level, angle = 90):
    if level == 0:
        return
    if level == 1 and img[-turtle.pos()[1], turtle.pos()[0]] > 128:
        turtle.forward(2**level - 1)
    else:
        turtle.right(angle)
        hilbert(level - 1, -angle)
        turtle.forward(1)
        turtle.left(angle)
        hilbert(level - 1, angle)
        turtle.forward(1)
        hilbert(level - 1, angle)
        turtle.left(angle)
        turtle.forward(1)
        hilbert(level - 1, -angle)
        turtle.right(angle)

# draw hilbert curve
hilbert(levels)
turtle.update()

Насправді я планував приймати рішення на різних рівнях деталізації, на кшталт "Ця пляма така яскрава, я зупиню рекурсію і перейду до наступного блоку!". Але оцінка інтенсивності зображення на місцях, що веде до великих рухів, дуже неточна і виглядає некрасиво. Тож я вирішив лише пропустити рівень 1 або намалювати ще одну петлю Гільберта.

Ось результат на першому тестовому зображенні:

Завдяки @githubphagocyte візуалізація відбувається досить швидко (за допомогою turtle.tracer). Таким чином, мені не доведеться чекати всю ніч результату і можу йти до свого заслуженого ліжка. :)

Якийсь код гольфу

@flawr: "коротка програма"? Ви не бачили версії для гольфу! ;)

Тож для розваги:

from pylab import*;from scipy.misc import*;from turtle import*
i=imread("f.p")[::-1];s=256;h=i.shape;i=imfilter(imresize(i,(s,s)),'blur')
setup(h[1]*4.2,h[0]*4.2);setworldcoordinates(0,0,s,-s);f=forward;r=right
def h(l,a=90):
 x,y=pos()
 if l==1and i[-y,x]>128:f(2**l-1)
 else:
  if l:l-=1;r(a);h(l,-a);f(1);r(-a);h(l,a);f(1);h(l,a);r(-a);f(1);h(l,-a);r(a)
h(8)

( 373 361 символ. Але це займе назавжди, оскільки я видалю turte.tracer(...)команду!)

Анімація вадою

flawr: Мій алгоритм трохи змінений на те, що мені сказав @DenDenDo: Я повинен був видалити деякі пункти в кожній ітерації, оскільки конвергенція різко сповільниться. Ось чому крива буде перетинатися сама.

Python 3.4 - Проблема продавця подорожей

Програма створює зрізане зображення з оригіналу:

Для кожного чорного пікселя точка утворюється випадковим чином біля центру пікселів, і ці точки розглядаються як проблема продавця подорожі . Програма зберігає файл HTML, що містить SVG-зображення через рівні проміжки часу, намагаючись зменшити довжину шляху. Шлях починається з самопересічення і поступово стає менше, ніж протягом декількох годин. Врешті-решт шлях вже не перетинається:

'''
Traveling Salesman image approximation.
'''

import os.path

from PIL import Image   # This uses Pillow, the PIL fork for Python 3.4
                        # https://pypi.python.org/pypi/Pillow

from random import random, sample, randrange, shuffle
from time import perf_counter


def make_line_picture(image_filename):
    '''Save SVG image of closed curve approximating input image.'''
    input_image_path = os.path.abspath(image_filename)
    image = Image.open(input_image_path)
    width, height = image.size
    scale = 1024 / width
    head, tail = os.path.split(input_image_path)
    output_tail = 'TSP_' + os.path.splitext(tail)[0] + '.html'
    output_filename = os.path.join(head, output_tail)
    points = generate_points(image)
    population = len(points)
    save_dither(points, image)
    grid_cells = [set() for i in range(width * height)]
    line_cells = [set() for i in range(population)]
    print('Initialising acceleration grid')
    for i in range(population):
        recalculate_cells(i, width, points, grid_cells, line_cells)
    while True:
        save_svg(output_filename, width, height, points, scale)
        improve_TSP_solution(points, width, grid_cells, line_cells)


def save_dither(points, image):
    '''Save a copy of the dithered image generated for approximation.'''
    image = image.copy()
    pixels = list(image.getdata())
    pixels = [255] * len(pixels)
    width, height = image.size
    for p in points:
        x = int(p[0])
        y = int(p[1])
        pixels[x+y*width] = 0
    image.putdata(pixels)
    image.save('dither_test.png', 'PNG')


def generate_points(image):
    '''Return a list of points approximating the image.

    All points are offset by small random amounts to prevent parallel lines.'''
    width, height = image.size
    image = image.convert('L')
    pixels = image.getdata()
    points = []
    gap = 1
    r = random
    for y in range(2*gap, height - 2*gap, gap):
        for x in range(2*gap, width - 2*gap, gap):
            if (r()+r()+r()+r()+r()+r())/6 < 1 - pixels[x + y*width]/255:
                        points.append((x + r()*0.5 - 0.25,
                                       y + r()*0.5 - 0.25))
    shuffle(points)
    print('Total number of points', len(points))
    print('Total length', current_total_length(points))
    return points


def current_total_length(points):
    '''Return the total length of the current closed curve approximation.'''
    population = len(points)
    return sum(distance(points[i], points[(i+1)%population])
               for i in range(population))


def recalculate_cells(i, width, points, grid_cells, line_cells):
    '''Recalculate the grid acceleration cells for the line from point i.'''
    for j in line_cells[i]:
        try:
            grid_cells[j].remove(i)
        except KeyError:
            print('grid_cells[j]',grid_cells[j])
            print('i',i)
    line_cells[i] = set()
    add_cells_along_line(i, width, points, grid_cells, line_cells)
    for j in line_cells[i]:
        grid_cells[j].add(i)


def add_cells_along_line(i, width, points, grid_cells, line_cells):
    '''Add each grid cell that lies on the line from point i.'''
    population = len(points)
    start_coords = points[i]
    start_x, start_y = start_coords
    end_coords = points[(i+1) % population]
    end_x, end_y = end_coords
    gradient = (end_y - start_y) / (end_x - start_x)
    y_intercept = start_y - gradient * start_x
    total_distance = distance(start_coords, end_coords)
    x_direction = end_x - start_x
    y_direction = end_y - start_y
    x, y = start_x, start_y
    grid_x, grid_y = int(x), int(y)
    grid_index = grid_x + grid_y * width
    line_cells[i].add(grid_index)
    while True:
        if x_direction > 0:
            x_line = int(x + 1)
        else:
            x_line = int(x)
            if x_line == x:
                x_line = x - 1
        if y_direction > 0:
            y_line = int(y + 1)
        else:
            y_line = int(y)
            if y_line == y:
                y_line = y - 1
        x_line_intersection = gradient * x_line + y_intercept
        y_line_intersection = (y_line - y_intercept) / gradient
        x_line_distance = distance(start_coords, (x_line, x_line_intersection))
        y_line_distance = distance(start_coords, (y_line_intersection, y_line))
        if (x_line_distance > total_distance and
            y_line_distance > total_distance):
            break
        if x_line_distance < y_line_distance:
            x = x_line
            y = gradient * x_line + y_intercept
        else:
            y = y_line
            x = (y_line - y_intercept) / gradient
        grid_x = int(x - (x_direction < 0) * (x == int(x)))
        grid_y = int(y - (y_direction < 0) * (y == int(y)))
        grid_index = grid_x + grid_y * width
        line_cells[i].add(grid_index)


def improve_TSP_solution(points, width, grid_cells, line_cells,
                         performance=[0,0,0], total_length=None):
    '''Apply 3 approaches, allocating time to each based on performance.'''
    population = len(points)
    if total_length is None:
        total_length = current_total_length(points)

    print('Swapping pairs of vertices')
    if performance[0] == max(performance):
        time_limit = 300
    else:
        time_limit = 10
    print('    Aiming for {} seconds'.format(time_limit))
    start_time = perf_counter()
    for n in range(1000000):
        swap_two_vertices(points, width, grid_cells, line_cells)
        if perf_counter() - start_time > time_limit:
            break
    time_taken = perf_counter() - start_time
    old_length = total_length
    total_length = current_total_length(points)
    performance[0] = (old_length - total_length) / time_taken
    print('    Time taken', time_taken)
    print('    Total length', total_length)
    print('    Performance', performance[0])

    print('Moving single vertices')
    if performance[1] == max(performance):
        time_limit = 300
    else:
        time_limit = 10
    print('    Aiming for {} seconds'.format(time_limit))
    start_time = perf_counter()
    for n in range(1000000):
        move_a_single_vertex(points, width, grid_cells, line_cells)
        if perf_counter() - start_time > time_limit:
            break
    time_taken = perf_counter() - start_time
    old_length = total_length
    total_length = current_total_length(points)
    performance[1] = (old_length - total_length) / time_taken
    print('    Time taken', time_taken)
    print('    Total length', total_length)
    print('    Performance', performance[1])

    print('Uncrossing lines')
    if performance[2] == max(performance):
        time_limit = 60
    else:
        time_limit = 10
    print('    Aiming for {} seconds'.format(time_limit))
    start_time = perf_counter()
    for n in range(1000000):
        uncross_lines(points, width, grid_cells, line_cells)
        if perf_counter() - start_time > time_limit:
            break
    time_taken = perf_counter() - start_time        
    old_length = total_length
    total_length = current_total_length(points)
    performance[2] = (old_length - total_length) / time_taken
    print('    Time taken', time_taken)
    print('    Total length', total_length)
    print('    Performance', performance[2])


def swap_two_vertices(points, width, grid_cells, line_cells):
    '''Attempt to find a pair of vertices that reduce length when swapped.'''
    population = len(points)
    for n in range(100):
        candidates = sample(range(population), 2)
        befores = [(candidates[i] - 1) % population
                   for i in (0,1)]
        afters = [(candidates[i] + 1) % population for i in (0,1)]
        current_distance = sum((distance(points[befores[i]],
                                         points[candidates[i]]) +
                                distance(points[candidates[i]],
                                         points[afters[i]]))
                               for i in (0,1))
        (points[candidates[0]],
         points[candidates[1]]) = (points[candidates[1]],
                                   points[candidates[0]])
        befores = [(candidates[i] - 1) % population
                   for i in (0,1)]
        afters = [(candidates[i] + 1) % population for i in (0,1)]
        new_distance = sum((distance(points[befores[i]],
                                     points[candidates[i]]) +
                            distance(points[candidates[i]],
                                     points[afters[i]]))
                           for i in (0,1))
        if new_distance > current_distance:
            (points[candidates[0]],
             points[candidates[1]]) = (points[candidates[1]],
                                       points[candidates[0]])
        else:
            modified_points = tuple(set(befores + candidates))
            for k in modified_points:
                recalculate_cells(k, width, points, grid_cells, line_cells)
            return


def move_a_single_vertex(points, width, grid_cells, line_cells):
    '''Attempt to find a vertex that reduces length when moved elsewhere.'''
    for n in range(100):
        population = len(points)
        candidate = randrange(population)
        offset = randrange(2, population - 1)
        new_location = (candidate + offset) % population
        before_candidate = (candidate - 1) % population
        after_candidate = (candidate + 1) % population
        before_new_location = (new_location - 1) % population
        old_distance = (distance(points[before_candidate], points[candidate]) +
                        distance(points[candidate], points[after_candidate]) +
                        distance(points[before_new_location],
                                 points[new_location]))
        new_distance = (distance(points[before_candidate],
                                 points[after_candidate]) +
                        distance(points[before_new_location],
                                 points[candidate]) +
                        distance(points[candidate], points[new_location]))
        if new_distance <= old_distance:
            if new_location < candidate:
                points[:] = (points[:new_location] +
                             points[candidate:candidate + 1] +
                             points[new_location:candidate] +
                             points[candidate + 1:])
                for k in range(candidate - 1, new_location, -1):
                    for m in line_cells[k]:
                        grid_cells[m].remove(k)
                    line_cells[k] = line_cells[k - 1]
                    for m in line_cells[k]:
                        grid_cells[m].add(k)
                for k in ((new_location - 1) % population,
                          new_location, candidate):
                    recalculate_cells(k, width, points, grid_cells, line_cells)
            else:
                points[:] = (points[:candidate] +
                             points[candidate + 1:new_location] +
                             points[candidate:candidate + 1] +
                             points[new_location:])
                for k in range(candidate, new_location - 3):
                    for m in line_cells[k]:
                        grid_cells[m].remove(k)
                    line_cells[k] = line_cells[k + 1]
                    for m in line_cells[k]:
                        grid_cells[m].add(k)
                for k in ((candidate - 1) % population,
                          new_location - 2, new_location - 1):
                    recalculate_cells(k, width, points, grid_cells, line_cells)
            return


def uncross_lines(points, width, grid_cells, line_cells):
    '''Attempt to find lines that are crossed, and reverse path to uncross.'''
    population = len(points)
    for n in range(100):
        i = randrange(population)
        start_1 = points[i]
        end_1 = points[(i + 1) % population]
        if not line_cells[i]:
            recalculate_cells(i, width, points, grid_cells, line_cells)
        for cell in line_cells[i]:
            for j in grid_cells[cell]:
                if i != j and i != (j+1)%population and i != (j-1)%population:
                    start_2 = points[j]
                    end_2 = points[(j + 1) % population]
                    if are_crossed(start_1, end_1, start_2, end_2):
                        if i < j:
                            points[i + 1:j + 1] = reversed(points[i + 1:j + 1])
                            for k in range(i, j + 1):
                                recalculate_cells(k, width, points, grid_cells,
                                                  line_cells)
                        else:
                            points[j + 1:i + 1] = reversed(points[j + 1:i + 1])
                            for k in range(j, i + 1):
                                recalculate_cells(k, width, points, grid_cells,
                                                  line_cells)
                        return


def are_crossed(start_1, end_1, start_2, end_2):
    '''Return True if the two lines intersect.'''
    if end_1[0]-start_1[0] and end_2[0]-start_2[0]:
        gradient_1 = (end_1[1]-start_1[1])/(end_1[0]-start_1[0])
        gradient_2 = (end_2[1]-start_2[1])/(end_2[0]-start_2[0])
        if gradient_1-gradient_2:
            intercept_1 = start_1[1] - gradient_1 * start_1[0]
            intercept_2 = start_2[1] - gradient_2 * start_2[0]        
            x = (intercept_2 - intercept_1) / (gradient_1 - gradient_2)
            if (x-start_1[0]) * (end_1[0]-x) > 0 and (x-start_2[0]) * (end_2[0]-x) > 0:
                return True


def distance(point_1, point_2):
    '''Return the Euclidean distance between the two points.'''
    return sum((point_1[i] - point_2[i]) ** 2 for i in (0, 1)) ** 0.5


def save_svg(filename, width, height, points, scale):
    '''Save a file containing an SVG path of the points.'''
    print('Saving partial solution\n')
    with open(filename, 'w') as file:
        file.write(content(width, height, points, scale))


def content(width, height, points, scale):
    '''Return the full content to be written to the SVG file.'''
    return (header(width, height, scale) +
            specifics(points, scale) +
            footer()
            )


def header(width, height,scale):
    '''Return the text of the SVG header.'''
    return ('<?xml version="1.0"?>\n'
            '<!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 1.0//EN"\n'
            '    "http://www.w3.org/TR/2001/REC-SVG-20010904/DTD/svg10.dtd">\n'
            '\n'
            '<svg width="{0}" height="{1}">\n'
            '<title>Traveling Salesman Problem</title>\n'
            '<desc>An approximate solution to the Traveling Salesman Problem</desc>\n'
            ).format(scale*width, scale*height)


def specifics(points, scale):
    '''Return text for the SVG path command.'''
    population = len(points)
    x1, y1 = points[-1]
    x2, y2 = points[0]
    x_mid, y_mid = (x1 + x2) / 2, (y1 + y2) / 2
    text = '<path d="M{},{} L{},{} '.format(x1, y1, x2, y2)
    for i in range(1, population):
        text += 'L{},{} '.format(*points[i])
    text += '" stroke="black" fill="none" stroke-linecap="round" transform="scale({0},{0})" vector-effect="non-scaling-stroke" stroke-width="3"/>'.format(scale)
    return text


def footer():
    '''Return the closing text of the SVG file.'''
    return '\n</svg>\n'


if __name__ == '__main__':
    import sys
    arguments = sys.argv[1:]
    if arguments:
        make_line_picture(arguments[0])
    else:
        print('Required argument: image file')

Програма використовує 3 різних підходи до вдосконалення рішення та вимірює продуктивність за секунду для кожного. Час, відведений для кожного підходу, регулюється таким чином, щоб приділяти більшість часу тому, який підхід найкраще виконує на той час.

Я спочатку намагався вгадати, яку частку часу виділити кожному підходу, але виявилося, що найбільш ефективний підхід значно змінюється в ході процесу, тому велике значення має автоматичне налаштування.

Три прості підходи:

1. Виберіть навмання дві точки і поміняйте їх, якщо це не збільшує загальну довжину.
2. Виберіть одну крапку навмання та випадкове зміщення уздовж списку пунктів та перемістіть її, якщо довжина не збільшується.
3. Виберіть лінію навмання і перевірте, чи перетинає її будь-яка інша лінія, перевернувши будь-який ділянку шляху, який викликає перехрестя.

Для підходу 3 використовується сітка, в якій перераховані всі лінії, що проходять через дану комірку. Замість того, щоб перевіряти кожний рядок на сторінці для перетину, перевіряються лише ті, у яких спільна комірка сітки.

У мене з’явилася ідея використовувати проблему продавця подорожі з допису в блозі, який я бачив перед тим, як цей виклик був опублікований, але я не зміг його відстежити, коли опублікував цю відповідь. Я вважаю, що образ у виклику був створений, використовуючи підхід продавця подорожей, також у поєднанні з деяким згладжуванням шляху, щоб усунути різкі повороти.

Я досі не можу знайти конкретну публікацію в блозі, але зараз я знайшов посилання на оригінальні статті, в яких Mona Lisa використовувалася для демонстрації проблеми продавця подорожі .

Впровадження TSP тут - це гібридний підхід, з яким я цікаво експериментував над цим завданням. Я не читав пов'язані документи, коли я розміщував це. Мій підхід болісно повільний у порівнянні. Зауважте, що в моєму зображенні тут використовується менше 10 000 точок і потрібно багато годин, щоб сходитися досить, щоб не було перехресних ліній. Приклад зображення у посиланні на документи використовує 100 000 балів ...

На жаль, більшість посилань зараз здається мертвими, але стаття "TSP Art" Craig S Kaplan & Robert Bosch 2005 все ще працює і дає цікавий огляд різних підходів.

Java - коливання

Програма малює замкнутий шлях та додає коливання, амплітуда та частота яких ґрунтуються на яскравості зображення. "Кути" шляху не мають коливань, щоб переконатися, що шлях не перетинається.

package trace;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

import snake.Image;

public class Main5 {


    private final static int MULT = 3;
    private final static int ROWS = 80; // must be an even number
    private final static int COLS = 40;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedImage src = ImageIO.read(Image.class.getClassLoader().getResourceAsStream("input.png"));
        BufferedImage dest = new BufferedImage(src.getWidth()*MULT, src.getHeight()*MULT, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);

        int [] white = {255, 255, 255};
        for (int y = 0; y < dest.getHeight(); y++) {
            for (int x = 0; x < dest.getWidth(); x++) {
                dest.getRaster().setPixel(x, y, white);
            }
        }
        for (int j = 0; j < ROWS; j++) {
            if (j%2 == 0) {
                for (int i = j==0 ? 0 : 1; i < COLS-1; i++) {
                    drawLine(dest, src, (i+.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS, (i+1.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS,
                            i > 1 && i < COLS-2);
                }

                drawLine(dest, src, (COLS-.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS, (COLS-.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+1.5)*dest.getHeight()/ROWS, false);
            } else {
                for (int i = COLS-2; i >= (j == ROWS - 1 ? 0 : 1); i--) {
                    drawLine(dest, src, (i+.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS, (i+1.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS,
                            i > 1 && i < COLS-2);
                }
                if (j < ROWS-1) {
                    drawLine(dest, src, (1.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS, (1.5)*dest.getWidth()/COLS, (j+1.5)*dest.getHeight()/ROWS, false);
                }
            }
            if (j < ROWS-1) {
                drawLine(dest, src, 0.5*dest.getWidth()/COLS, (j+.5)*dest.getHeight()/ROWS, 0.5*dest.getWidth()/COLS, (j+1.5)*dest.getHeight()/ROWS, false);
            }
        }
        ImageIO.write(dest, "png", new File("output.png"));
    }

    private static void drawLine(BufferedImage dest, BufferedImage src, double x1, double y1, double x2, double y2, boolean oscillate) {
        int [] black = {0, 0, 0};

        int col = smoothPixel((int)((x1*.5 + x2*.5) / MULT), (int)((y1*.5+y2*.5) / MULT), src);
        int fact = (255 - col) / 32;
        if (fact > 5) fact = 5;
        double dx = y1 - y2;
        double dy = - (x1 - x2);
        double dist = 2 * (Math.abs(x1 - x2) + Math.abs(y1 - y2)) * (fact + 1);
        for (int i = 0; i <= dist; i++) {
            double amp = oscillate ? (1 - Math.cos(fact * i*Math.PI*2/dist)) * 12 : 0;
            double x = (x1 * i + x2 * (dist - i)) / dist;
            double y = (y1 * i + y2 * (dist - i)) / dist;
            x += dx * amp / COLS;
            y += dy * amp / ROWS;
            dest.getRaster().setPixel((int)x, (int)y, black);
        }
    }

    public static int smoothPixel(int x, int y, BufferedImage src) {
        int sum = 0, count = 0;
        for (int j = -2; j <= 2; j++) {
            for (int i = -2; i <= 2; i++) {
                if (x + i >= 0 && x + i < src.getWidth()) {
                    if (y + j >= 0 && y + j < src.getHeight()) {
                        sum += src.getRGB(x + i, y + j) & 255;
                        count++;
                    }
                }
            }
        }
        return sum / count;
    }
}

Нижче порівнянний алгоритм, заснований на спіралі. ( Я знаю, що шлях не закривається і що він, безумовно, перетинається , я просто розміщую його заради мистецтва :-)

Java - рекурсивний шлях

Я починаю з 2х3 закритої стежки. Я сканую кожну клітинку шляху і поділяю її на нову підпорожню 3x3. Я намагаюся кожного разу вибирати 3х3 підпуть, який "схожий" на вихідну картину. Я повторюю вищевказаний процес 4 рази.

Ось код:

package divide;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

import javax.imageio.ImageIO;

import snake.Image;

public class Divide {

    private final static int MULT = 3;
    private final static int ITERATIONS = 4;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedImage src = ImageIO.read(Image.class.getClassLoader().getResourceAsStream("input.png"));
        BufferedImage dest = new BufferedImage(src.getWidth() * MULT, src.getHeight() * MULT, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        for (int y = 0; y < src.getHeight() * MULT; y++) {
            for (int x = 0; x < src.getWidth() * MULT; x++) {
                dest.getRaster().setPixel(x, y, new int [] {255, 255, 255});
            }
        }
        List<String> tab = new ArrayList<String>();
        tab.add("rg");
        tab.add("||"); 
        tab.add("LJ");

        for (int k = 1; k <= ITERATIONS; k++) {
            boolean choose = k>=ITERATIONS-1;
            // multiply size by 3
            tab = iterate(src, tab, choose);
            // fill in the white space - if needed
            expand(src, tab, " r", " L", "r-", "L-", choose);
            expand(src, tab, "g ", "J ", "-g", "-J", choose);
            expand(src, tab, "LJ", "  ", "||", "LJ", choose);
            expand(src, tab, "  ", "rg", "rg", "||", choose);
            expand(src, tab, "L-J", "   ", "| |", "L-J", choose);
            expand(src, tab, "   ", "r-g", "r-g", "| |", choose);
            expand(src, tab, "| |", "| |", "Lg|", "rJ|", choose);
            expand(src, tab, "--", "  ", "gr", "LJ", choose);
            expand(src, tab, "  ", "--", "rg", "JL", choose);
            expand(src, tab, "| ", "| ", "Lg", "rJ", choose);
            expand(src, tab, " |", " |", "rJ", "Lg", choose);

            for (String s : tab) {
                System.out.println(s);
            }
            System.out.println();
        }

        for (int j = 0; j < tab.size(); j++) {
            String line = tab.get(j);
            for (int i = 0; i < line.length(); i++) {
                char c = line.charAt(i);
                int xleft = i * dest.getWidth() / line.length();
                int xright = (i+1) * dest.getWidth() / line.length();
                int ytop = j * dest.getHeight() / tab.size();
                int ybottom = (j+1) * dest.getHeight() / tab.size();
                int x = (xleft + xright) / 2;
                int y = (ytop + ybottom) / 2;
                if (c == '|') {
                    drawLine(dest, x, ytop, x, ybottom);
                }
                if (c == '-') {
                    drawLine(dest, xleft, y, xright, y);
                }
                if (c == 'L') {
                    drawLine(dest, x, y, xright, y);
                    drawLine(dest, x, y, x, ytop);
                }
                if (c == 'J') {
                    drawLine(dest, x, y, xleft, y);
                    drawLine(dest, x, y, x, ytop);
                }
                if (c == 'r') {
                    drawLine(dest, x, y, xright, y);
                    drawLine(dest, x, y, x, ybottom);
                }
                if (c == 'g') {
                    drawLine(dest, x, y, xleft, y);
                    drawLine(dest, x, y, x, ybottom);
                }
            }

        }

        ImageIO.write(dest, "png", new File("output.png"));

    }


    private static void drawLine(BufferedImage dest, int x1, int y1, int x2, int y2) {
        int dist = Math.max(Math.abs(x1 - x2), Math.abs(y1 - y2));
        for (int i = 0; i <= dist; i++) {
            int x = (x1*(dist - i) + x2 * i) / dist;
            int y = (y1*(dist - i) + y2 * i) / dist;
            dest.getRaster().setPixel(x, y, new int [] {0, 0, 0});
        }
    }

    private static void expand(BufferedImage src, List<String> tab, String p1, String p2, String r1, String r2, boolean choose) {
        for (int k = 0; k < (choose ? 2 : 1); k++) {
            while (true) {
                boolean again = false;
                for (int j = 0; j < tab.size() - 1; j++) {
                    String line1 = tab.get(j);
                    String line2 = tab.get(j+1);
                    int baseScore = evaluateLine(src, j, tab.size(), line1) + evaluateLine(src, j+1, tab.size(), line2);
                    for (int i = 0; i <= line1.length() - p1.length(); i++) {
                        if (line1.substring(i, i + p1.length()).equals(p1)
                                && line2.substring(i, i + p2.length()).equals(p2)) {
                            String nline1 = line1.substring(0,  i) + r1 + line1.substring(i + p1.length());
                            String nline2 = line2.substring(0,  i) + r2 + line2.substring(i + p2.length());
                            int nScore = evaluateLine(src, j, tab.size(), nline1) + evaluateLine(src, j+1, tab.size(), nline2);
                            if (!choose || nScore > baseScore) {
                                tab.set(j, nline1);
                                tab.set(j+1, nline2);
                                again = true;
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    if (again) break;
                }
                if (!again) break;
            }
            String tmp1 = r1;
            String tmp2 = r2;
            r1 = p1;
            r2 = p2;
            p1 = tmp1;
            p2 = tmp2;
        }
    }

    private static int evaluateLine(BufferedImage src, int j, int tabSize, String line) {
        int [] color = {0, 0, 0};
        int score = 0;
        for (int i = 0; i < line.length(); i++) {
            char c = line.charAt(i);
            int x = i*src.getWidth() / line.length();
            int y = j*src.getHeight() / tabSize;
            src.getRaster().getPixel(x, y, color);
            if (c == ' ' && color[0] >= 128) score++;
            if (c != ' ' && color[0] < 128) score++;
        }
        return score;
    }



    private static List<String> iterate(BufferedImage src, List<String> tab, boolean choose) {
        int [] color = {0, 0, 0};
        List<String> tab2 = new ArrayList<String>();
        for (int j = 0; j < tab.size(); j++) {
            String line = tab.get(j);
            String l1 = "", l2 = "", l3 = "";
            for (int i = 0; i < line.length(); i++) {
                char c = line.charAt(i);
                List<String []> candidates = replace(c);
                String [] choice = null;
                if (choose) {

                    int best = 0;
                    for (String [] candidate : candidates) {
                        int bright1 = 0;
                        int bright2 = 0;
                        for (int j1 = 0; j1<3; j1++) {
                            int y = j*3+j1;
                            for (int i1 = 0; i1<3; i1++) {
                                int x = i*3+i1;
                                char c2 = candidate[j1].charAt(i1);
                                src.getRaster().getPixel(x*src.getWidth()/(line.length()*3), y*src.getHeight()/(tab.size()*3), color);
                                if (c2 != ' ') bright1++;
                                if (color[0] > 128) bright2++;
                            }
                        }
                        int score = Math.abs(bright1 - bright2);
                        if (choice == null || score > best) {
                            best = score;
                            choice = candidate;
                        }

                    }
                } else {
                    choice = candidates.get(0);
                }
                //String [] r = candidates.get(rand.nextInt(candidates.size()));
                String [] r = choice;
                l1 += r[0];
                l2 += r[1];
                l3 += r[2];
            }
            tab2.add(l1);
            tab2.add(l2);
            tab2.add(l3);
        }
        return tab2;
    }

    private static List<String []> replace(char c) {
        if (c == 'r') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    "r-g",
                    "| L",
                    "Lg "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    " r-",
                    " | "}, 
                    new String[] {
                    "   ",
                    "r--",
                    "Lg "}, 
                    new String[] {
                    " rg",
                    " |L",
                    " | "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "  r",
                    " rJ"});            
        } else if (c == 'g') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    "r-g",
                    "J |",
                    " rJ"},                 
                    new String[] {
                    "   ",
                    "-g ",
                    " | "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "--g",
                    " rJ"},
                    new String[] {
                    "rg ",
                    "J| ",
                    " | "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "g  ",
                    "Lg "});
        } else if (c == 'L') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "| r",
                    "L-J"},
                    new String[] {
                    " | ",
                    " L-",
                    "   "},
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "L--",
                    "   "},
                    new String[] {
                    " | ",
                    " |r",
                    " LJ"},
                    new String[] {
                    " Lg",
                    "  L",
                    "   "});
        } else if (c == 'J') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    " Lg",
                    "g |",
                    "L-J"},
                    new String[] {
                    " | ",
                    "-J ",
                    "   "},
                    new String[] {
                    " Lg",
                    "--J",
                    "   "},
                    new String[] {
                    " | ",
                    "g| ",
                    "LJ "},
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "J  ",
                    "   "});
        } else if (c == '-') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    " rg",
                    "g|L",
                    "LJ "},
                    new String[] {
                    "rg ",
                    "J|r",
                    " LJ"},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "---",
                    "   "},
                    new String[] {
                    "r-g",
                    "J L",
                    "   "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "g r",
                    "L-J"},
                    new String[] {
                    "rg ",
                    "JL-",
                    "   "},
                    new String[] {
                    " rg",
                    "-JL",
                    "   "},                 
                    new String[] {
                    "   ",
                    "gr-",
                    "LJ "},
                    new String[] {
                    "   ",
                    "-gr",
                    " LJ"}                                      
                    );                      
        } else if (c == '|') {
            return Arrays.asList(
                    new String[] {
                    " Lg",
                    "r-J",
                    "Lg "},
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "L-g",
                    " rJ"},
                    new String[] {
                    " | ",
                    " | ",
                    " | "},
                    new String[] {
                    " Lg",
                    "  |",
                    " rJ"},
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "|  ",
                    "Lg "},
                    new String[] {
                    " Lg",
                    " rJ",
                    " | "},
                    new String[] {
                    " | ",
                    " Lg",
                    " rJ"},
                    new String[] {
                    "rJ ",
                    "Lg ",
                    " | "},
                    new String[] {
                    " | ",
                    "rJ ",
                    "Lg "}                  
                    );
        } else {
            List<String []> ret = new ArrayList<String []>();
            ret.add(
                    new String[] {
                    "   ",
                    "   ",
                    "   "});
            return ret;
        }

    }
}