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新蒲京客户端网站:使用Java 2D API制作艺术动画



择要:Paul Reiners 展示了若何经由过程 Java 2D API 和细胞自念头(cellular automata)以独特的艺术要领制作图像动画。在这个历程中,他演示了用 Java 代码实现图像操作器并先容了轮回空间(cyclic space ),轮回空间是一种 2D 细胞自念头。您可以根据本文的思路创建自己的图像操作器,并应用 Java 技巧创建艺术利用法度榜样。

本文阐明若何经由过程实现 BufferedImageOp 接口来编写自定义 Java 2D 图像处置惩罚类。它应用一个 2D 细胞自念头(CA),即轮回空间,来构造图像处置惩罚利用法度榜样。CA 会 “操作” 图像(例如,一个PEG文件),使图像赓续地按有趣的要领转换。我盼望本文能坦荡您的视野,使您能编写一个全新的图像处置惩罚利用法度榜样类。

2D 细胞自念头

2D 细胞自念头由散播在 2D 网格(平日称为结构)中的细胞 组成。每个细胞都有一个状态,可所以 0 到 n 之间的随意率性整数。清单 1 显示了若何用 Java 代码声明一个细胞自念头结构:

清单 1. 定义 TwoDCellularAutomaton.universe

protected int[][] universe;

所有细胞每个时候都同时更新状态。一个细胞的新状态取决于该细胞确当前状态和它相邻细胞确当前状态,状态的转换根据特定的规则进行。清单 2 更新了下一时候的结构:

清单 2. TwoDCellularAutomaton 类(部分清单)

public void update() {

int[][] newUniverse = new int[rowCount][colCount];

for (int row = 0; row

不合类型的 CA 更新单个细胞所用的规则不相同。规则的定义由子类完成。

轮回空间

轮回空间是由麦迪逊市威斯康星大年夜学数学系的 David Griffeath 发明的,并由 A. K. Dewdney 在 Scientific American 的一个专栏中推广。

在轮回空间中,每个细胞都有一个状态,它是 n 种状态中的一种。每个细胞的初始状态平日是随机定义的,也便是说,是 0 和 n - 1(包括 0 和 n - 1)之间的一个随机数字。细胞的邻居定义为 von Neumann 邻居:包括它的高低阁下 4 个左近细胞。

清单 3 经由过程给出每个细新蒲京客户端网站胞邻居和细胞本身的不合坐标来定义该细胞的 von Neumann 邻居:

清单 3. 定义 TwoDCellularAutomaton.VON_NEUMANN_NEIGHBORHOOD

protected static final int[][] VON_NEUMANN_NEIGHBORHOOD = { { -1, 0 },

{ 1, 0 }, { 0, -1 }, { 0, 1 } };

轮回空间由以下规则定义:

假如一个细胞的状态是 k,它有一个邻居的状态是 k + 1,那么该状态鄙人一时候将会有一个新的状态 k + 1.否则,该细胞的状态将维持不变。

这个规则是轮回的,是以,假如一个细胞处于状态 n - 1,而且有一个状态为 0 的邻居,那么该细胞鄙人一时候的状态将为 0.

ConvolveOp 算是一个细胞自念头

Java 2D API 的 ConvolveOp 类代表一个空间螺旋新蒲京客户端网站:每个目标像素的颜色经由过程对应的源像素及其邻居像素的颜色来确定。

您是不是感觉这个定义很认识呢?这与 2D 细胞自念头基础上是同一个器械,但不尽相同。例如,状态(颜色)是继续的而不是分散的(也不完全如斯:RGB 值的个数是无限的,但很靠近继续)。这使得该类更像是一个继续自念头。而且您不能应用像 CA 那样细的粒度节制基于细胞及其邻居细胞当前状态的新状态。

是以,您无法应用一个 ConvolveOp 定义轮回空间,但它仍旧是很有趣的。它是查看 ConvolveOp 的另一种要领。

这个简单规则会导请安想不到的繁杂行径。清单 4 实现了在轮回空间中更新细胞的规则:

清单 4. 定义 CyclicSpace.updateCell(int, int)

protected int updateCell(int row, int col) {

int[] neighborStates = getNeighborStates(row, col, neighborhood);

int currentState = universe[row][col];

for (int i = 0; i

我曾说过,轮回空间结构的初始状态是随机的。细胞会被 “更大年夜的” 细胞 “吃掉落”,着末会再次轮回回到状态 0.在这个历程中,区域自行组织并展开,成为波浪形。着末,会呈现一个稳定的波浪图案。这些波浪呈对角线在结构中移动,看上去有点像纸风车。

创建图像操作器

java.awt.image.BufferedImageOp 接口容许您创建自己的图像操作器(也称为过滤器)。本文只评论争论 BufferedImageOp 的一个措施:

BufferedImage filter(BufferedImage src, BufferedImage dest)

src 和 dest 是 2D 像素网格。实现此措施时,您可以按随意率性要领从 src 构建 dest.普遍做法是在 src 中迭代像素,并按照必然规则在 dest 中创建响应的像素。这便是在图像处置惩罚利用法度榜样中必要做的工作,我根据闻名的法国画家 Georges-Pierre Seurat 将它命名为 Seurat(拜见 下载 获取完备的示例代码)。

Seurat 利用法度榜样

您可能知道图像像素与 CA 中的细胞存在映射关系。它们都以 2D 网格形式存在,每个都有状态,对付像素便是它的红绿蓝(RGB)值。我将在 filter(BufferedImage src, BufferedImage dest) 实现中探究这种映射关系。对付 src 中的每个像素,我会根据必然规则将该像素的 RGB 值与 CA 中响应细胞的状态组合起来,创建 dest 中响应像素的新 RGB 值。这个规则将定义一个过滤器。

清单 5 显示若何迭代 src 中的所有像素并在 dest 中构建像素。抽象措施 getNewRGB(Color) 由零丁的过滤器定义。它为输入颜色谋略并返回颠末过滤的 RGB 值。

清单 5. CellularAutomataFilter 类(部分清单)

public BufferedImage filter(BufferedImage src, BufferedImage dest) {

if (dest == null)

dest = createCompatibleDestImage(src, null);

int srcHeight = src.getHeight();

int srcWidth = src.getWidth();

for (int y = 0; y

您可能会发明我没有使用图像中的像素与 CA 中的细胞之间的一对一映射关系。更确切地讲,CA 是粗粒度的(至少大年夜多半环境如斯)。我最初这样做是出于机能斟酌。然则,应用不合大年夜小的 CA 结构可以得到有趣的像素效果。

清单 6 显示了 getNewRGB(Color) 的一种特殊实新蒲京客户端网站现。它谋略 “RGB 互补(complement)”,但这不是实际的颜色互补(谋略真正颜色互补的过滤器也很有趣,但将其编写成代码则没有这么简单)。

清单 6. RGBComplementFilter 类(部分清单)

protected int[] getNewRGB(Color c) {

int red = c.getRed();

int newRed = getComplement(red);

int green = c.getGreen();

int newGreen = getComplement(green);

int blue = c.getBlue();

int newBlue = getComplement(blue);

return new int[] { newRed, newGreen, newBlue };

}

private int getComplement(int colorVal)新蒲京客户端网站 {

// 'Reflect' colorVal across the mid-point 128.

int maxDiff = colorVal >= 128 ? -colorVal : 255 - colorVal;

// Divide by 2.0 to make the effect more subtle. Could also just use

// maxDiff for a more garish effect.

int diff = (int) Math.round(maxDiff / 2.0);

int newColorVal = colorVal + diff;

return newColorVal;

}

我已经扩展 getNewRGB(Color),使其不仅可以传入要转换的像素颜色,而且可以传入 8 个邻居像素的颜色。这容许我创建某些效果,比如隐隐效果或检测边缘,此中过滤的像素颜色取决于它的邻居的颜色。这将是一个很好的增强功能。

着末,我将共同 CA 时钟更新图像来动画图像。为此,我应用了一个 javax.swing.Timer(这是制作变更图像动画的简单要领,但不是最好的要领。Jonathan Knudsen 的著作 Java 2D Graphics 供给了一种更好更繁杂的要领来创建动画)。

运行 Seurat

图 1 是 Georges Seurat 于 1884 年创作的点画法名作 “A Sunday Afternoon on the Island of La Grand Jatte” 的照片:

图 1. Georges Seurat 的 “A Sunday Afternoon on the Island of La Grand Jatte”

现在我将应用 RGB 互补过滤器在 Seurat 丹青上运行 Seurat 利用法度榜样。图 2 显示了过滤后的丹青,此时轮回空间处于它的初始随机状态:

图 2. 应用轮回空间过滤丹青的无组织随机状态

图 3 显示了过滤后的丹青,此时轮回空间开始进入有序模式,但仍旧带有很大年夜的随机性:

图 3. 应用轮回空间过滤丹青的中心状态

图 4 显示了过滤丹青的终极稳定状态:

图 4. 应用轮回空间在稳定状态下过滤的丹青

不过,静态图片不能真正实现过滤器/CA(终究,这个利用法度榜样是为动画 静态图像而编写的)。我建议您运行实际的 Java applet 来查看运行中的过滤器/CA。

历程艺术与算法艺术

为编写 Seurat(我最初称它为 “Blue Poles”),我涉猎了大年夜量有关 Jackson Pollock 的资料。我老是会碰着术语历程艺术。我无邪地觉得它表示基于算法或规则的艺术,艺术家据此设计一组规则并根据某些初始前提运行它们,从而创作出艺术作品,如画作。但我发明历程艺术与艺术天下中最通俗的含义大年夜不相同。根据 Guggenheim Collection 术语,它的含义如下:

“历程艺术强调艺术创作的 ‘历程’(而不是预订的作品或计划)以及变更和电光石火的效果,如一些艺术家在他们作品中阐述的那样,包括 Lynda Benglis、Eva Hesse、Robert Morris、Bruce Nauman、Ala新蒲京客户端网站n Saret、Richard Serra、Robert Smithson 和 Keith Sonnier。”

是以,假如算法(或法度榜样)的中心状态具有艺术意见意义,那么基于算法和规则的艺术可以被觉得是一种历程艺术形式,而 算轨则是运行历程 。

作为法度榜样员,我们只得当创建历程艺术或赞助艺术家创建它。

审美留意事变

一些人可能会觉得在 “A Sunday Afternoon on the Island of La Grand Jatte” 之类的巨大年夜作品上运行图像过滤器利用法度榜样是一种侮慢。我当然很附和此不雅点。但我只因此这幅画为例子。我的主要目标是展示若何应用一种简单的细胞自念头器,以有趣而繁杂的要领来制作图像动画,以一副认识的名画作为例子会对照好。

我曾在许多类型的画上运行过 Seurat,在抽象艺术和具象艺术方面都获得了有趣的结果。然则,彷佛在今世艺术 — 分外是盛行艺术方面效果更好。例如,当您在 Jasper Johns 的 “Flag” 画上运行 Seurat 时,会呈现有趣的图案。轮回空间的对角线能根据 “Flag” 画中的直线很好地事情。在 Jackson Pollock 的水点画中,运行 Seurat 时也会孕育发生有趣的结果。例如,跟着轮回空间 CA 超出 Pollock 的 “Blue Poles”,它会暗藏、显示、再暗藏这幅繁杂画作的细节,让您在不合光阴集中留意不合的部位。这对比片同样适用。我爱好在 Ralph Eugene Meatyard 超现实主义的照片上运行 Seurat.

在运行 Seurat 这样的利用法度榜样时,您有 3 种选择:2D 细胞自念头类型、过滤器和原始图像。在这篇文章中,我只应用了轮回空间,然则也可以应用其他类型的 2D 细胞自念头(如 Hodgepodge)。只要发挥您的想象力,就能编写出各类过滤器法度榜样。我主要实践了操作颜色的过滤器,但变动图像空间关系的过滤器也很有趣。例如,您可以编写一个污蔑图像外面的过滤器法度榜样,创建类似于披头士的 Rubber Soul 专辑的封面那种效果。着末,您可以应用随意率性图像,比如照片。对付给定的图像,各类过滤器和 CA 类型的组合可以天生更好或更差的结果。我盼望本文能鼓起您体验的欲望。

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参考资料

您可以参阅本文在 developerWorks 举世网站上的 英文原文。

The Magic Machine: A Handbook of Computer Sorcery (A. K. Dewdney,W. H. Freeman,1990 年):这本书网络了 Dewdney 在 Scientific American 的 “Computer Recreations” 专栏上颁发的文章,此中有一章讲轮回空间,有一章讲 Hodgepodge。当 20 世纪 80 年代首次呈现这个专栏时,我在我的 Amiga 500 上用 AmigaBASICI 编写了所有这些算法。

Primordial Soup Kitchen:跟 David Griffeath 进修更多有关细胞自念头的内容。轮回空间便是他发明的。

Java 2D Graphics (Jonathan Knudsen,O'Reilly Media,1999 年):这本书是先容本文主题的优秀指南。

Seurat:考试测验 Seurat Java applet。

Java 2D API:查看有关 Java 2D 的文档、示例和其他参考资料。

Art: The Way It Is, 3rd ed.(John Adkins Richardson、Prentice Hall 和 Harry N. Abrams,1973 年):假如必要懂得 Seurat 和其他艺术家的更多信息,可以涉猎这本书。

“Java 2D 简介”(Mitch Goldstein,developerWorks,2002 年 7 月):这本教程供给一个慢慢指南,先容高档绘图、文本结构和图像操作的优点。它们是 Java 2D 给 GUI 编程带来的优点。

“在二维动画中应用基于图像的路径”(Barry Feigenbaum 和 Tom Brunet,developerWorks,2004 年 1 月):结合应用无丧掉图像、Swing 技巧和基于 Java 的动画引擎来为 2D 动画中的固定工具天生移动序列。

“Creating Java2D composites for rollover effects”(Joe Winchester 和 Renee Schwartz,developerWorks,2002 年 9 月):懂得应用 Java 2D API 创建和操作图像的更多信息。

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