Lấy cảm hứng từ vi.sualize.us

Mục tiêu

Đầu vào là hình ảnh thang độ xám và đầu ra là hình ảnh đen trắng. Hình ảnh đầu ra chỉ bao gồm một đường cong kín (vòng lặp) không được phép giao nhau với chính nó hoặc chạm vào chính nó. Chiều rộng của dòng sẽ không đổi trong toàn bộ hình ảnh. Thách thức ở đây là tìm ra một thuật toán để làm như vậy. Đầu ra chỉ phải đại diện cho hình ảnh đầu vào, nhưng với bất kỳ sự tự do nghệ thuật nào. Độ phân giải không quá quan trọng nhưng tỷ lệ khung hình nên giữ nguyên.

Thí dụ

Thêm hình ảnh thử nghiệm

Java: Kiểu ma trận điểm

Vì chưa ai trả lời câu hỏi nên tôi sẽ cho nó một phát. Đầu tiên tôi muốn lấp đầy một khung vẽ bằng các đường cong Hilbert, nhưng cuối cùng tôi đã chọn cách tiếp cận đơn giản hơn:

Đây là mã:

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);
        }
    }
}

Cập nhật : Bây giờ nó tạo ra một chu kỳ, không chỉ là một dòng

Python: Đường cong Hilbert ( 373 361)

Tôi quyết định vẽ một đường cong Hilbert với độ chi tiết thay đổi tùy thuộc vào cường độ hình ảnh:

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()

Trên thực tế, tôi đã lên kế hoạch để đưa ra quyết định về các mức độ chi tiết khác nhau, như "Điểm này rất sáng, tôi sẽ dừng việc đệ quy và chuyển sang khối tiếp theo!". Nhưng đánh giá cường độ hình ảnh cục bộ dẫn đến các chuyển động lớn là rất không chính xác và trông xấu xí. Vì vậy, tôi đã kết thúc với việc chỉ quyết định bỏ qua cấp 1 hoặc vẽ một vòng lặp Hilbert khác.

Đây là kết quả trên hình ảnh thử nghiệm đầu tiên:

Nhờ @githubphagocyte, kết xuất đồ họa khá nhanh (sử dụng turtle.tracer). Do đó, tôi không phải chờ đợi cả đêm để có kết quả và có thể đi đến chiếc giường xứng đáng của mình. :)

Một số mã golf

@flawr: "chương trình ngắn"? Bạn chưa thấy phiên bản chơi gôn! ;)

Vì vậy, chỉ để cho vui:

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 ký tự. Nhưng sẽ mất mãi mãi kể từ khi tôi xóa turte.tracer(...)lệnh!)

Hoạt hình bởi flawr

flawr: Thuật toán của tôi được sửa đổi một chút so với những gì @DenDenDo nói với tôi: Tôi phải xóa một số điểm trong mỗi lần lặp vì sự hội tụ sẽ chậm lại đáng kể. Đó là lý do tại sao đường cong sẽ giao nhau.

Python 3.4 - Vấn đề nhân viên bán hàng du lịch

Chương trình tạo ra một hình ảnh hoà sắc từ bản gốc:

Đối với mỗi pixel đen, một điểm được tạo ngẫu nhiên gần trung tâm pixel và những điểm này được coi là một vấn đề của nhân viên bán hàng du lịch . Chương trình lưu tệp html chứa hình ảnh SVG theo chu kỳ khi nó cố gắng giảm độ dài đường dẫn. Con đường bắt đầu tự giao nhau và dần dần trở nên ít hơn trong một số giờ. Cuối cùng, đường dẫn không còn tự giao nhau:

'''
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')

Chương trình sử dụng 3 cách tiếp cận khác nhau để cải thiện giải pháp và đo hiệu suất mỗi giây cho mỗi giải pháp. Thời gian được phân bổ cho mỗi cách tiếp cận được điều chỉnh để dành phần lớn thời gian cho bất kỳ cách tiếp cận nào có hiệu quả tốt nhất tại thời điểm đó.

Ban đầu tôi đã thử đoán tỷ lệ thời gian để phân bổ cho mỗi cách tiếp cận, nhưng hóa ra cách tiếp cận nào hiệu quả nhất thay đổi đáng kể trong quá trình thực hiện, do đó, điều này tạo ra sự khác biệt lớn để tiếp tục điều chỉnh tự động.

Ba cách tiếp cận đơn giản là:

1. Chọn ngẫu nhiên hai điểm và trao đổi chúng nếu điều này không làm tăng tổng chiều dài.
2. Chọn một điểm ngẫu nhiên và một điểm bù ngẫu nhiên dọc theo danh sách các điểm và di chuyển điểm đó nếu độ dài không tăng.
3. Chọn một dòng ngẫu nhiên và kiểm tra xem có bất kỳ dòng nào khác đi qua nó không, đảo ngược bất kỳ phần nào của đường dẫn gây ra một đường chéo.

Đối với cách tiếp cận 3, một lưới được sử dụng, liệt kê tất cả các dòng đi qua một ô đã cho. Thay vì phải kiểm tra từng dòng trên trang để tìm giao điểm, chỉ những người có chung một ô lưới mới được kiểm tra.

Tôi có ý tưởng sử dụng vấn đề nhân viên bán hàng du lịch từ một bài đăng trên blog mà tôi đã thấy trước khi thử thách này được đăng, nhưng tôi không thể theo dõi nó khi tôi đăng câu trả lời này. Tôi tin rằng hình ảnh trong thử thách cũng được tạo ra bằng cách tiếp cận nhân viên bán hàng du lịch, kết hợp với một số cách làm mịn đường để loại bỏ các khúc cua sắc nét.

Tôi vẫn không thể tìm thấy bài đăng trên blog cụ thể nhưng hiện tại tôi đã tìm thấy tài liệu tham khảo cho các giấy tờ gốc trong đó Mona Lisa được sử dụng để chứng minh vấn đề nhân viên bán hàng du lịch .

Việc triển khai TSP ở đây là một cách tiếp cận hỗn hợp mà tôi đã thử nghiệm để giải trí cho thử thách này. Tôi đã không đọc các giấy tờ liên kết khi tôi đăng này. Cách tiếp cận của tôi là đau đớn chậm bằng cách so sánh. Lưu ý rằng hình ảnh của tôi ở đây sử dụng ít hơn 10.000 điểm và mất nhiều giờ để hội tụ đủ để không có đường chéo. Hình ảnh ví dụ trong liên kết đến các bài viết sử dụng 100.000 điểm ...

Thật không may, hầu hết các liên kết dường như đã chết, nhưng bài báo "TSP Art" của Craig S Kaplan & Robert Bosch 2005 vẫn hoạt động và đưa ra một cái nhìn tổng quan thú vị về các phương pháp khác nhau.

Java - Dao động

Chương trình vẽ một đường dẫn kín và thêm các dao động có biên độ và tần số dựa trên độ sáng của hình ảnh. Các "góc" của đường dẫn không có dao động để đảm bảo đường dẫn không tự cắt nhau.

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;
    }
}

Dưới đây là một thuật toán so sánh dựa trên một vòng xoắn ốc. ( Tôi biết đường dẫn không đóng và nó chắc chắn giao nhau , tôi chỉ đăng nó vì mục đích nghệ thuật :-)

Java - Đường dẫn đệ quy

Tôi bắt đầu từ một con đường khép kín 2x3. Tôi quét từng ô của đường dẫn và chia nó thành một đường dẫn phụ 3x3 mới. Tôi cố gắng mỗi lần để chọn đường dẫn phụ 3x3 "trông giống như" ảnh gốc. Tôi lặp lại quá trình trên 4 lần.

Đây là mã:

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;
        }

    }
}