发现个有趣的东西：Tweetable Mathematical Art（用三个140字符以内的函数生成一个1024尺寸的图片）

2024-09-06 23:32
文章标签 函数 图片 生成 发现 三个 字符 东西 有趣 尺寸 1024 以内 art 140 mathematical tweetable

本文主要是介绍发现个有趣的东西：Tweetable Mathematical Art（用三个140字符以内的函数生成一个1024尺寸的图片），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

发现

我是在看《构建之法》这本书时，看到作者提到这个：

好厉害！用三段140字符以内的代码生成一张1024×1024的图片_IT新闻_博客园

这是2014年一个人在 Code Golf Stack Exchange (a question and answer site for programming puzzle enthusiasts and code golfers) 发起的编程挑战：math - Tweetable Mathematical Art - Code Golf Stack Exchange
里面各位大神给出的答案令我吃惊，因为我完全没法想象那些看起来很复杂的图像可以由这么短的三行代码画出。

Integer math can generate amazing patterns when laid out over a grid. Even the most basic functions can yield stunningly elaborate designs!

本篇的目标是尝试运行起来这些代码。

另外，原代码是生成了ppm格式的图片，可以用PS打开。而我想生成bmp格式的图片，因为我想直接用画图工具打开。关于如何生成bmp图片参考《做一个用python脚本生成bmp位图的小工具》的【步骤1】。

原始的版本

原版代码：

// NOTE: compile with g++ filename.cpp -std=c++11
//    also, if this doesn't work for you, try the alternate char-based version#include <iostream>
#include <cmath>
#define DIM 1024
#define DM1 (DIM-1)
#define _sq(x) ((x)*(x))                           // square
#define _cb(x) abs((x)*(x)*(x))                    // absolute value of cube
#define _cr(x) (unsigned short)(pow((x),1.0/3.0))  // cube rootunsigned short GR(int,int);
unsigned short BL(int,int);unsigned short RD(int i,int j){// YOUR CODE HERE
}
unsigned short GR(int i,int j){// YOUR CODE HERE
}
unsigned short BL(int i,int j){// YOUR CODE HERE
}void pixel_write(int,int);
FILE *fp;
int main(){fp = fopen("MathPic","wb");fprintf(fp, "P6\n%d %d\n1023\n", DIM, DIM);for(int j=0;j<DIM;j++)for(int i=0;i<DIM;i++)pixel_write(i,j);fclose(fp);return 0;
}
void pixel_write(int i, int j){static unsigned short color[3];color[0] = RD(i,j)&DM1;color[1] = GR(i,j)&DM1;color[2] = BL(i,j)&DM1;fwrite(color, 2, 3, fp);
}

挑战是：写RD，GR，BL 三个函数（140字符以内）。这三个函数会用来生成特定位置(i,j)的 红，绿，蓝 颜色值。

我增加了些注释，并做了稍许改动，并作为测试，输出一个全紫色的图片：

//头文件
#include <iostream>
#include <cmath>//图片尺寸：
#define DIM 1024
//图片尺寸-1
#define DM1 (DIM-1)//作者为了方便运算而事先定义的宏：
#define _sq(x) ((x)*(x))                           // 平方
#define _cb(x) abs((x)*(x)*(x))                    // 立方的绝对值
#define _cr(x) (unsigned short)(pow((x),1.0/3.0))  // 立方根//前向声明：
unsigned char GR(int, int);
unsigned char BL(int, int);//**********你的代码：********************//Red红
unsigned char RD(int i, int j)
{return 255;
}
//Green绿：
unsigned char GR(int i, int j)
{return 0;
}
//Blue蓝：
unsigned char BL(int i, int j)
{return 255;
}//****************************************//文件指针
FILE* fp; //写(i,j)位置的像素值：
void pixel_write(int i, int j)
{static unsigned char color[3];color[0] = RD(i, j) & 255;color[1] = GR(i, j) & 255;color[2] = BL(i, j) & 255;fwrite(color, 1, 3, fp);
}int main() 
{//打开文件fopen_s(&fp, "MathPic.ppm", "wb");//文件头：fprintf(fp, "P6\n%d %d\n255\n", DIM, DIM);for (int j = 0; j < DIM; j++)for (int i = 0; i < DIM; i++)pixel_write(i, j);//关闭文件：fclose(fp);return 0;
}

将其中代码修改成math - Tweetable Mathematical Art - Code Golf Stack Exchange中的范例即可以看到效果，例如：

unsigned char RD(int i, int j) {return DIM - BL(2 * i, 2 * j);
}
unsigned char GR(int i, int j) {return BL(j, i) + 128;
}
unsigned char BL(int i, int j) {i -= 512; j -= 512; int d = sqrt(i * i + j * j); return d + atan2(j, i) * 82 + sin(_cr(d * d)) * 32 + sin(atan2(j, i) * 10) * 64;
}

在这里插入图片描述

修改成输出bmp的版本

我修改成输出为bmp的格式，并且最后让程序自动打开图片。另外，还输出了计算的进度，用于观察那些比较慢的操作。

#include <iostream>#pragma pack(2)//影响了“对齐”。可以实验前后 sizeof(BITMAPFILEHEADER) 的差别typedef unsigned char  BYTE;
typedef unsigned short WORD;
typedef unsigned long  DWORD;
typedef long    LONG;//图片尺寸：
#define DIM 1024
//图片尺寸-1
#define DM1 (DIM-1)//作者为了方便运算而事先定义的宏：
#define _sq(x) ((x)*(x))                           // 平方
#define _cb(x) abs((x)*(x)*(x))                    // 立方的绝对值
#define _cr(x) (unsigned short)(pow((x),1.0/3.0))  // 立方根//BMP文件头：
struct BITMAPFILEHEADER
{WORD  bfType;		//文件类型标识，必须为ASCII码“BM”DWORD bfSize;		//文件的尺寸，以byte为单位WORD  bfReserved1;	//保留字，必须为0WORD  bfReserved2;	//保留字，必须为0DWORD bfOffBits;	//一个以byte为单位的偏移，从BITMAPFILEHEADER结构体开始到位图数据
};//BMP信息头：
struct BITMAPINFOHEADER
{DWORD biSize;			//这个结构体的尺寸LONG  biWidth;			//位图的宽度LONG  biHeight;			//位图的长度WORD  biPlanes;			//The number of planes for the target device. This value must be set to 1.WORD  biBitCount;		//一个像素有几位DWORD biCompression;    //0：不压缩，1：RLE8，2：RLE4DWORD biSizeImage;      //4字节对齐的图像数据大小LONG  biXPelsPerMeter;  //用象素/米表示的水平分辨率LONG  biYPelsPerMeter;  //用象素/米表示的垂直分辨率DWORD biClrUsed;        //实际使用的调色板索引数，0：使用所有的调色板索引DWORD biClrImportant;	//重要的调色板索引数，0：所有的调色板索引都重要
};//一个像素的颜色信息
struct RGBColor
{char B;		//蓝char G;		//绿char R;		//红
};//将颜色数据写到一个BMP文件中
//FileName:文件名
//ColorBuffer:颜色数据
//ImageWidth:图像宽度
//ImageHeight:图像长度
void WriteBMP(const char* FileName, RGBColor* ColorBuffer, int ImageWidth, int ImageHeight)
{//颜色数据总尺寸：const int ColorBufferSize = ImageHeight * ImageWidth * sizeof(RGBColor);//文件头BITMAPFILEHEADER fileHeader;fileHeader.bfType = 0x4D42;	//0x42是'B'；0x4D是'M'fileHeader.bfReserved1 = 0;fileHeader.bfReserved2 = 0;fileHeader.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + ColorBufferSize;fileHeader.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);//信息头BITMAPINFOHEADER bitmapHeader = { 0 };bitmapHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);bitmapHeader.biHeight = ImageHeight;bitmapHeader.biWidth = ImageWidth;bitmapHeader.biPlanes = 1;bitmapHeader.biBitCount = 24;bitmapHeader.biSizeImage = ColorBufferSize;bitmapHeader.biCompression = 0; //BI_RGBFILE* fp;//文件指针//打开文件（没有则创建）fopen_s(&fp, FileName, "wb");//写入文件头和信息头fwrite(&fileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, fp);fwrite(&bitmapHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fp);//写入颜色数据fwrite(ColorBuffer, ColorBufferSize, 1, fp);fclose(fp);
}//前向声明：
unsigned char GR(int, int);
unsigned char BL(int, int);//**********你的代码：********************unsigned char RD(int i, int j) {return DIM - BL(2 * i, 2 * j);
}
unsigned char GR(int i, int j) {return BL(j, i) + 128;
}
unsigned char BL(int i, int j) {i -= 512; j -= 512; int d = sqrt(i * i + j * j); return d + atan2(j, i) * 82 + sin(_cr(d * d)) * 32 + sin(atan2(j, i) * 10) * 64;
}//****************************************int main()
{int ImageWidth = DIM;	//图片宽度int ImageHeight = DIM;	//图片长度const char* FileName = "test.bmp";//输出图片名字//颜色数据RGBColor* ColorBuffer = new RGBColor[ImageWidth * ImageWidth];int percentage = 0;//百分比（用于显示调试）//--------------------图片中颜色数据--------------------//暂时用C++代码写，之后期望被替换为python脚本的逻辑for (int y = 0; y < ImageHeight; y++)for (int x = 0; x < ImageWidth; x++){int index = x + y * ImageWidth;ColorBuffer[index].R = RD(x, ImageWidth - y - 1);ColorBuffer[index].G = GR(x, ImageWidth - y - 1);ColorBuffer[index].B = BL(x, ImageWidth - y - 1);//完成百分比if (index > ImageHeight * ImageWidth / 100 * (percentage + 1)){percentage++;std::cout << "完成：" << percentage << "%" << std::endl;}}//------------------------------------------------------//写入BMP文件：WriteBMP(FileName, ColorBuffer, ImageWidth, ImageHeight);//打开文件：system(FileName);return 0;
}

在这里插入图片描述

尝试一些

尝试了一些例子，不过不怎么顺利。

  • 分形相关的速度都较慢，我没有等待执行完
  • 有些失败了，还没查明原因
  • 原版的颜色值是一个 unsigned short ，但是我这里是unsigned char。我还不清楚原因，（难道颜色值不应该是一个8位的值吗？）
  • 有些虽然成功运行了，但是效果和给出的不一样

下面是一些运行时间可以接受的测试：

unsigned char RD(int i, int j) {
#define r(n)(rand()%n)static char c[1024][1024]; return!c[i][j] ? c[i][j] = !r(999) ? r(256) : RD((i + r(2)) % 1024, (j + r(2)) % 1024) : c[i][j];
}
unsigned char GR(int i, int j) {static char c[1024][1024]; return!c[i][j] ? c[i][j] = !r(999) ? r(256) : GR((i + r(2)) % 1024, (j + r(2)) % 1024) : c[i][j];
}
unsigned char BL(int i, int j) {static char c[1024][1024]; return!c[i][j] ? c[i][j] = !r(999) ? r(256) : BL((i + r(2)) % 1024, (j + r(2)) % 1024) : c[i][j];
}

在这里插入图片描述

unsigned char RD(int i, int j) {static double k; k += rand() / 1. / RAND_MAX; int l = k; l %= 512; return l > 255 ? 511 - l : l;
}
unsigned char GR(int i, int j) {static double k; k += rand() / 1. / RAND_MAX; int l = k; l %= 512; return l > 255 ? 511 - l : l;
}
unsigned char BL(int i, int j) {static double k; k += rand() / 1. / RAND_MAX; int l = k; l %= 512; return l > 255 ? 511 - l : l;
}

在这里插入图片描述

unsigned char RD(int i, int j) {return (unsigned char)sqrt((double)(_sq(i - DIM / 2) * _sq(j - DIM / 2)) * 2.0);
}
unsigned char GR(int i, int j) {return (unsigned char)sqrt((double)((_sq(i - DIM / 2) | _sq(j - DIM / 2)) *(_sq(i - DIM / 2) & _sq(j - DIM / 2))));
}
unsigned char BL(int i, int j) {return (unsigned char)sqrt((double)(_sq(i - DIM / 2) & _sq(j - DIM / 2)) * 2.0);
}

(和作者展示的效果不太一样)
在这里插入图片描述

unsigned char RD(int i, int j) {static int r[DIM]; int p = rand() % 9 - 4; r[i] = i & r[i] ? (r[i] + r[i - 1]) / 2 : i ? r[i - 1] : 512; r[i] += r[i] + p > 0 ? p : 0; return r[i] ? r[i] < DIM ? r[i] : DM1 : 0;
}
unsigned char GR(int i, int j) {static int r[DIM]; int p = rand() % 7 - 3; r[i] = i & r[i] ? (r[i] + r[i - 1]) / 2 : i ? r[i - 1] : 512; r[i] += r[i] + p > 0 ? p : 0; return r[i] ? r[i] < DIM ? r[i] : DM1 : 0;
}
unsigned char BL(int i, int j) {static int r[DIM]; int p = rand() % 15 - 7; r[i] = i & r[i] ? (r[i] + r[i - 1]) / 2 : i ? r[i - 1] : 512; r[i] += r[i] + p > 0 ? p : 0; return r[i] ? r[i] < DIM ? r[i] : DM1 : 0;
}

（和作者展示的效果有很大不同，但我觉得现在也挺酷的）
在这里插入图片描述

这篇关于发现个有趣的东西：Tweetable Mathematical Art（用三个140字符以内的函数生成一个1024尺寸的图片）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1143426。

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