Schreiben Sie ein Programm, das eine Ganzzahl von 0 bis 65535 (2 ¹⁶ -1) aufnimmt und ein eindeutiges 500 × 500-Pixel-Bild erzeugt, das diesen 6 realen Bildern von rissigem Boden so ähnlich wie möglich ist:

^{Dies sind Miniaturansichten. Klicken Sie darauf, um die 500 × 500-Bilder in voller Größe anzuzeigen.}

Ziel ist es , Ihre computergenerierten Bilder so fotorealistisch wie möglich zu gestalten . Wenn also eines der von Ihrem Programm ausgegebenen Bilder mit den obigen 6 Bildern gemischt würde, könnte jemand, der die Bilder zum ersten Mal sieht, die computergenerierten Bilder nicht von den realen unterscheiden.

Perfekter Fotorealismus ist jedoch schwierig, tun Sie also einfach das Beste, was Sie können. Dies ist ein Beliebtheitswettbewerb , bei dem Antworten mit realistischeren Ergebnissen eher positiv bewertet werden und mit höherer Wahrscheinlichkeit gewinnen.

Regeln

• Sie können Bildverarbeitungsfunktionen oder Bibliotheken verwenden.

• Sie können Ihren Algorithmus auf gesammelte Informationen aus den 6 Beispielbildern, aber Ihre 65536 (Basis 2 ¹⁶ ) möglich Ausgabebilder sollten visuell verschieden voneinander sein und die Musterbilder, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung der Risse. Sie müssen Ihre Bilder wirklich erstellen, nicht nur eine Auswahl aus einem bereits vorhandenen Foto drehen und übersetzen.

• Ansonsten sollten Sie Ihre Ausgaben nicht hart codieren. Ein generischer Algorithmus sollte verwendet werden und Zahlen größer als 65535 sollten theoretisch gültige Ausgaben liefern. (Ich habe es nur auf ganzzahlige Typen mit kleinem Maximum beschränkt.)

• Die eingegebene Ganzzahl kann als ein Keim angesehen werden, der zu einem zufälligen, gebrochenen Bodenausgabebild führt. Es sollte jedoch deterministisch sein, sodass dieselbe Eingabe immer dieselbe Ausgabe zur Folge haben sollte.

• Die Ausgabebilder müssen genau 500 × 500 Pixel groß sein.

• Die Ausgabebilder können in jedem gängigen Bilddateiformat gespeichert oder einfach angezeigt werden.

• Stellen Sie sicher, dass Sie Ihrer Antwort einige Beispielbilder und die entsprechenden Eingabenummern hinzufügen.

• Die Antwort mit den meisten Stimmen gewinnt. Die Wähler sollten natürlich die Antworten positiv bewerten, die versuchen, Bilder zu erzeugen, die den 6 Mustern ähneln, und die Antworten negativ bewerten, die gegen die Regeln verstoßen oder inkonsistente Ergebnisse liefern.

Die 6 Beispielbilder stammen von texturelib.com . Eine Auswahl von 1000 × 1000 Pixelflächen wurde aus zwei größeren Bildern von rissigem Boden getroffen und dann auf 500 × 500 verkleinert. Sie können die Analyse dieser größeren Bilder in Ihrem Programm verwenden, die Ausgabe sollte jedoch speziell die 6 ausgewählten Beispielbilder imitieren.

Mathematica

Ein Voronoi-Diagramm sieht wie folgt aus: Wikipedia zeigt 19 Zellen mit jeweils einem Startpunkt. Eine Zelle besteht aus dem Teilbereich von Punkten, zu denen der jeweilige Erzeugungspunkt näher liegt als zu jedem anderen Startpunkt.

Der folgende Code generiert ein Diagramm aus 80 zufälligen Punkten (im quadratischen Bereich, der durch (-1, -1) und (1,1) begrenzt ist).

Es verwendet die Polygonprimitive (in 2D) im Diagramm, um Polyeder (in 3D) zu erstellen. Stellen Sie sich vor, dass jedes Polygon direkt unter sich eine Übersetzung (-.08 in z) von sich hat. Stellen Sie sich die beiden Polygone als die Ober- und Unterseite eines Polyeders vor. "Seitenflächen" werden dann hinzugefügt, um das Polyeder zu vervollständigen.

Jedes Polyeder wird dann von der Bildmitte in der xy-Ebene nach außen verschoben. es bewegt sich von der Mitte weg. Die Größe der Verschiebung ändert sich direkt mit dem Abstand zwischen dem ursprünglichen, zufälligen Punkt des Polyeders und der Mitte des Bildschirms. Diese "Ausbreitung" der Polyeder in der xy-Ebene führt zu Spalten.

crackedMud[1]

crackedMud[65535]

Code

ClearAll[polyhedronFromPolygon, voronoiPolygons, generatingPointFromPolygon, crackedMud]


(* polyhedronFromPolygon returns a single polyhedron from a polygon *)

polyhedronFromPolygon[polygon_] :=      
 Module[{twoPolygons, verticesOfUpperPolygonCell, nVertices, n = 1},
 verticesOfUpperPolygonCell = Join @@ (polygon[[1]] /. {x_, y_} :> {{x, y, 0}, {x, y, -.08}});
 (* number of vertices in a single *Voronoi* cell *)
 nVertices = Length[verticesOfUpperPolygonCell]/2;   

(*vertex indices of the upper and lower polygon faces *)  
twoPolygons = Select[Range@(2*nVertices), #] & /@ {OddQ, EvenQ};    

(*vertex indices of a rectangular face of the polyhedron *)
While[n < nVertices + 1, AppendTo[twoPolygons,
    {twoPolygons[[1, n]], twoPolygons[[2, n]], 
     twoPolygons[[2, If[n + 1 < nVertices + 1, n + 1, 1]]], 
     twoPolygons[[1, If[n + 1 < nVertices + 1, n + 1, 1]]]}]; n++];
(*the graphics complex returned is a polyhedron, even though it says Polygon *)
 GraphicsComplex[verticesOfUpperPolygonCell, Polygon[twoPolygons]] ] 


(* takes two dimensional coordinates and returns all of the cells of a Voronoi diagram *)

voronoiPolygons[pts_] := 
Module[{voronoiRegion, data},
  voronoiRegion = VoronoiMesh[pts, ImageSize -> Medium, 
  PlotTheme -> "Lines", Axes -> True, AxesOrigin -> {0, 0}];
  data = Join @@ (MeshPrimitives[voronoiRegion, 2][[All, 1]] /. {x_, y_} :> {{x, y, 0}, {x, y, .04}});
 (* the mesh primitives are the polygons *)
  MeshPrimitives[voronoiRegion, 2]]   

(* Returns, in 3D, the point which was used to generate the nth Voronoi cell. *)
generatingPointFromPolygon[n_, points_, pgons_] := 
 FirstCase[points, {x_, y_} /; RegionMember[pgons[[n]], {x, y}] :> {x,y,0}]

crackedMud[seedNumber_] :- 
 Module[{pts, pts3D, geometricImage, nPts, polygons, polyhedra, centerPtinImage},
  SeedRandom[seedNumber];
  nPts = 80;
  pts = RandomReal[{-1, 1}, {nPts, 2}];
  pts3D = pts /. {x_, y_} :> {x, y, .0};
  polygons = voronoiPolygons[pts];
  polyhedra = polyhedronFromPolygon /@ polygons;
  centerPtinImage =   (Mean /@ (PlotRange /. 
        AbsoluteOptions[
         Graphics3D[{polyhedra, Blue, Point@pts3D}, Axes -> False, 
         Boxed -> False]])) /. {x_Real, y_, _} :> {x, y, 0};
  geometricImage =
  Graphics3D[{RGBColor[0.75, 0.75, 0.8], EdgeForm[Darker@Gray],
        (* # is the nth polygon which yields the nth polyhedron *)
        (* generatingPointFromPolygon returns the point the generated the #th polygon *)

     GeometricTransformation[{polyhedronFromPolygon[polygons[[#]]]},   
        TranslationTransform[(generatingPointFromPolygon[#, pts, polygons] - centerPtinImage)/5]] & /@ Range@nPts},
         Axes -> False,  Boxed -> False, ViewPoint -> {0., -1, 1.5}, 
         Background -> Black, ImageSize -> 1200];

     (*ImageTrim returns a 500 by 500 pixel clip from the center of the image *)
     ImageTrim[
        (*ImageEffect speckles the image *)
        ImageEffect[Rasterize[geometricImage], {"Noise", 1/5}], 
     {{250, 250}, {750, 750}}]
  ] 

Java

Ich habe einen Ansatz verwendet, der auf rekursiven Voronoi-Diagrammen basiert. Die Ausgaben sehen nicht sehr realistisch aus, aber ich denke, sie sind in Ordnung.

Hier sind einige Beispielbilder (Größe auf 250x250 angepasst, damit nicht der gesamte Bildschirm ausgefüllt wird):

0:

1:

Weitere Details zum Algorithmus:

Alle Bilder in diesem Abschnitt verwenden denselben Startwert.

Der Algorithmus generiert zunächst ein Voronoi-Diagramm mit 5 Punkten:

Wenn wir uns die Originalbilder in der Challenge ansehen, können wir sehen, dass die Linien nicht alle so gerade sind. Wir wägen den Abstand also mit einem zufälligen Wert, basierend auf dem Winkel zum Punkt. Außerdem ergeben engere Winkel engere Werte :

Jetzt zeichnen wir diese Arten von Voronoi-Diagrammen innerhalb jeder Region rekursiv mit einer dünneren und transparenteren Linie und entfernen den Hintergrund mit einer maximalen Rekursionstiefe von 3, und wir erhalten:

Jetzt fügen wir nur noch den hellbraunen Hintergrund hinzu und wir sind fertig!

Code:

Der Code besteht aus drei Klassen Main.java, VoronoiPoint.javaund Vector.java:

Main.java:

import java.awt.Desktop;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.Random;

import javax.imageio.ImageIO;

public class Main {
    public static int WIDTH = 500;
    public static int HEIGHT = 500;
    public static int RECURSION_LEVELS = 3;
    public static int AMOUNT_OF_POINTS = 5;
    public static int ROTATION_RESOLUTION = 600;
    public static int ROTATION_SMOOTHNESS = 10;
    public static int BACKGROUND = 0xFFE0CBAD;

    public static Random RAND;

    public static void main(String[] args) {

        int seed = new Random().nextInt(65536);
        if (args.length == 1) {
            System.out.println(Arrays.toString(args));
            seed = Integer.parseInt(args[0]);
        } else {
            System.out.println("Generated seed: " + seed);
        }
        RAND = new Random(seed);

        ArrayList<Vector> points = new ArrayList<Vector>();
        for (int x = 0; x < WIDTH; x++) {
            for (int y = 0; y < HEIGHT; y++) {
                points.add(new Vector(x, y));
            }
        }
        BufferedImage soil = generateSoil(WIDTH, HEIGHT, seed, points, AMOUNT_OF_POINTS, RECURSION_LEVELS);

        BufferedImage background = new BufferedImage(WIDTH, HEIGHT, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
        for (int x = 0; x < background.getWidth(); x++) {
            for (int y = 0; y < background.getHeight(); y++) {
                background.setRGB(x, y, BACKGROUND ^ (RAND.nextInt(10) * 0x010101));
            }
        }

        Graphics g = background.getGraphics();
        g.drawImage(soil, 0, 0, null);
        g.dispose();

        String fileName = "soil";
        File output = new File(fileName + ".png");
        for (int i = 0; output.exists(); i++) {
            output = new File(fileName + i + ".png");
        }
        try {
            ImageIO.write(background, "png", output);
            Desktop.getDesktop().open(output);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Done. Saved as " + output);
    }

    private static BufferedImage generateSoil(int width, int height, int seed, ArrayList<Vector> drawPoints,
            int amountOfPoints, int recursionLevel) {

        BufferedImage result = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

        ArrayList<VoronoiPoint> points = new ArrayList<VoronoiPoint>();
        for (int i = 0; i < amountOfPoints; i++) {
            points.add(new VoronoiPoint(drawPoints.get(RAND.nextInt(drawPoints.size()))));
        }

        HashMap<Integer, ArrayList<Vector>> pointMaps = new HashMap<Integer, ArrayList<Vector>>();
        for (VoronoiPoint point : points) {
            pointMaps.put(point.hashCode(), new ArrayList<Vector>());
        }
        System.out.println(pointMaps);

        System.out.println(points);

        for (Vector v : drawPoints) {
            VoronoiPoint closest = null;
            VoronoiPoint secondClosest = null;

            for (VoronoiPoint point : points) {
                double distance = point.getMultiplicativeDistanceTo(v);
                if (closest == null || distance < closest.getMultiplicativeDistanceTo(v)) {
                    secondClosest = closest;
                    closest = point;
                } else if (secondClosest == null || distance < secondClosest.getMultiplicativeDistanceTo(v)) {
                    secondClosest = point;
                }
            }

            int col = 0;
            if (Math.abs(closest.getMultiplicativeDistanceTo(v)
                    - secondClosest.getMultiplicativeDistanceTo(v)) < (recursionLevel * 5 / RECURSION_LEVELS)) {
                col = 0x01000000 * (recursionLevel * 255 / RECURSION_LEVELS);
            } else {
                pointMaps.get(closest.hashCode()).add(v);
            }
            result.setRGB((int) v.getX(), (int) v.getY(), col);
        }
        Graphics g = result.getGraphics();
        if (recursionLevel > 0) {
            for (ArrayList<Vector> pixels : pointMaps.values()) {
                if (pixels.size() > 10) {
                    BufferedImage img = generateSoil(width, height, seed, pixels, amountOfPoints,
                            recursionLevel - 1);
                    g.drawImage(img, 0, 0, null);
                }
            }
        }
        g.dispose();

        return result;
    }

    public static int modInts(int a, int b) {
        return (int) mod(a, b);
    }

    public static double mod(double a, double b) {
        a = a % b;
        while (a < 0)
            a += b;
        return a;
    }
}

VoronoiPoint.java:

public class VoronoiPoint {

    private Vector pos;
    private double[] distances;

    public VoronoiPoint(Vector pos) {
        this.pos = pos;
        distances = new double[Main.ROTATION_RESOLUTION];
        for (int i = 0; i < distances.length; i++)
            distances[i] = Main.RAND.nextFloat() / 2 + 0.51;

        for (int iter = 0; iter < Main.ROTATION_SMOOTHNESS; iter++) {
            for (int i = 0; i < distances.length; i++) {
                distances[i] = (distances[Main.modInts(i - Main.RAND.nextInt(4) - 2, distances.length)] + distances[i]
                        + distances[Main.modInts(i + Main.RAND.nextInt(4) - 2, distances.length)]) / 3;
            }
        }
    }

    public Vector getPos() {
        return pos;
    }

    public double getRotationFromAngle(double radians) {
        return distances[(int) (Main.mod(Math.toDegrees(radians) / 360, 1) * distances.length)];
    }

    public double getRotationFromVector(Vector vec) {
        return getRotationFromAngle(Math.atan2(pos.getY() - vec.getY(), -(pos.getX() - vec.getX())));
    }

    public double getMultiplicativeDistanceTo(Vector other) {
        return pos.getLengthTo(other) * getRotationFromVector(other);
    }

    public String toString() {
        return "VoronoiPoint(pos=[" + pos.getX() + ", " + pos.getY() + "])";
    }

    public int hashCode() {
        return distances.hashCode() ^ pos.hashCode();
    }
}

Vector.java: (Diese Klasse wurde aus einem meiner anderen Projekte kopiert und enthält daher unnötigen Code.)

package com.loovjo.soil;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;

public class Vector {
    private static final float SMALL = 1f / Float.MAX_EXPONENT * 100;
    private float x, y;

    public Vector(float x, float y) {
        this.setX(x);
        this.setY(y);
    }

    public Vector(int x, int y) {
        this.setX(x);
        this.setY(y);
    }

    public Vector(double x, double y) {
        this.setX((float) x);
        this.setY((float) y);
    }

    public float getY() {
        return y;
    }

    public void setY(float y) {
        this.y = y;
    }

    public float getX() {
        return x;
    }

    public void setX(float x) {
        this.x = x;
    }

    /*
     * Gets the length ^ 2 This is faster than getting the length.
     */
    public float getLengthToSqrd(float x, float y) {
        return (float) ((this.x - x) * (this.x - x) + (this.y - y) * (this.y - y));
    }

    public float getLengthToSqrd(Vector v) {
        return getLengthToSqrd(v.x, v.y);
    }

    public float getLengthSqrd() {
        return getLengthToSqrd(0, 0);
    }

    public float getLengthTo(float x, float y) {
        return (float) Math.sqrt(getLengthToSqrd(x, y));
    }

    public float getLengthTo(Vector v) {
        return getLengthTo(v.x, v.y);
    }

    public float getLength() {
        return getLengthTo(0, 0);
    }

    public Vector setLength(float setLength) {
        float length = getLength();
        x *= setLength / length;
        y *= setLength / length;
        return this;
    }

    public float getFastLengthTo(float x, float y) {
        return getFastLengthTo(new Vector(x, y));
    }

    public float getFastLengthTo(Vector v) {
        float taxiLength = getTaxiCabLengthTo(v);
        float chebyDist = getChebyshevDistanceTo(v);
        return Float.min(taxiLength * 0.7f, chebyDist);
    }

    public float getFastLength() {
        return getLengthTo(0, 0);
    }

    public Vector setFastLength(float setLength) {
        float length = getFastLength();
        x *= setLength / length;
        y *= setLength / length;
        return this;
    }

    public float getTaxiCabLengthTo(float x, float y) {
        return Math.abs(this.x - x) + Math.abs(this.y - y);
    }

    public float getTaxiCabLengthTo(Vector v) {
        return getTaxiCabLengthTo(v.x, v.y);
    }

    public float getTaxiCabLength() {
        return getTaxiCabLengthTo(0, 0);
    }

    public Vector setTaxiCabLength(float setLength) {
        float length = getTaxiCabLength();
        x *= setLength / length;
        y *= setLength / length;
        return this;
    }

    public Vector absIfBoth() {
        if (x < 0 && y < 0)
            return new Vector(-x, -y);
        return this;
    }

    public Vector abs() {
        return new Vector(x < 0 ? -x : x, y < 0 ? -y : y);
    }

    public float getChebyshevDistanceTo(float x, float y) {
        return Math.max(Math.abs(this.x - x), Math.abs(this.y - y));
    }

    public float getChebyshevDistanceTo(Vector v) {
        return getChebyshevDistanceTo(v.x, v.y);
    }

    public float getChebyshevDistance() {
        return getChebyshevDistanceTo(0, 0);
    }

    public Vector setChebyshevLength(float setLength) {
        float length = getChebyshevDistance();
        x *= setLength / length;
        y *= setLength / length;
        return this;
    }

    public Vector sub(Vector v) {
        return new Vector(this.x - v.getX(), this.y - v.getY());
    }

    public Vector add(Vector v) {
        return new Vector(this.x + v.getX(), this.y + v.getY());
    }

    public Vector mul(Vector v) {
        return new Vector(this.x * v.getX(), this.y * v.getY());
    }

    public Vector mul(float f) {
        return mul(new Vector(f, f));
    }

    public Vector div(Vector v) {
        return new Vector(this.x / v.getX(), this.y / v.getY());
    }

    public Vector div(float f) {
        return div(new Vector(f, f));
    }

    public Vector mod(Vector v) {
        return new Vector(this.x % v.getX(), this.y % v.getY());
    }

    public Vector mod(int a, int b) {
        return mod(new Vector(a, b));
    }

    public Vector mod(int a) {
        return mod(a, a);
    }

    public String toString() {
        return "Vector(" + getX() + ", " + getY() + ")";
    }

    /*
     * Returns a list with vectors, starting with this, ending with to, and each
     * one having length between them
     */
    public ArrayList<Vector> loop(Vector to, float length) {
        Vector delta = this.sub(to);
        float l = delta.getLength();
        ArrayList<Vector> loops = new ArrayList<Vector>();
        for (float i = length; i < l; i += length) {
            delta.setLength(i);
            loops.add(delta.add(to));
        }
        loops.add(this);

        return loops;
    }

    public boolean intersects(Vector pos, Vector size) {
        pos.sub(this);
        if (pos.getX() < getX())
            return false;
        if (pos.getY() < getY())
            return false;
        return true;
    }

    public Vector copy() {
        return new Vector(x, y);
    }

    public void distort(float d) {
        x += Math.random() * d - d / 2;
        y += Math.random() * d - d / 2;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (o instanceof Vector) {
            Vector v = (Vector) o;
            return getLengthToSquared(v) < SMALL * SMALL;
        }
        return false;
    }

    private float getLengthToSquared(Vector v) {
        return sub(v).getLengthSquared();
    }

    private float getLengthSquared() {
        return x * x + y * y;
    }

    public boolean kindaEquals(Vector o, int i) {
        if (o.x + i < x)
            return false;
        if (o.x - i > x)
            return false;
        if (o.y + i < y)
            return false;
        if (o.y - i > y)
            return false;
        return true;
    }
    /*
     * Gets the direction, from 0 to 8.
     */
    public int getDirection() {
        return (getDirectionInDegrees()) / (360 / 8);
    }
    /*
     * Gets the direction in degrees.
     */
    public int getDirectionInDegrees() {
        return (int) positize((float) Math.toDegrees(Math.atan2(x, -y)), 360f);
    }

    private float positize(float f, float base) {
        while (f < 0)
            f += base;
        return f;
    }
    // 0 = north,
            // 1 = northeast,
            // 2 = east,
            // 3 = southeast,
            // 4 = south,
            // 5 = southwest,
            // 6 = west,
            // 7 = northwest
    public Vector moveInDir(int d) {
        d = d % 8;
        d = (int) positize(d, 8);

        if (d == 0)
            return this.add(new Vector(0, -1));
        if (d == 1)
            return this.add(new Vector(1, -1));
        if (d == 2)
            return this.add(new Vector(1, 0));
        if (d == 3)
            return this.add(new Vector(1, 1));
        if (d == 4)
            return this.add(new Vector(0, 1));
        if (d == 5)
            return this.add(new Vector(-1, 1));
        if (d == 6)
            return this.add(new Vector(-1, 0));
        if (d == 7)
            return this.add(new Vector(-1, -1));
        return this;
    }
    /*
     * Gets the angle in degrees to o.
     */
    public float getRotationTo(Vector o) {
        float d = (float) Math.toDegrees((Math.atan2(y - o.y, -(x - o.x))));
        while (d < 0)
            d += 360;
        while (d > 360)
            d -= 360;
        return d;
    }
    public float getRotation() {
        return getRotationTo(new Vector(0, 0));
    }
    /*
     * In degrees
     */
    public Vector rotate(double n) {
        n = Math.toRadians(n);
        float rx = (float) ((this.x * Math.cos(n)) - (this.y * Math.sin(n)));
        float ry = (float) ((this.x * Math.sin(n)) + (this.y * Math.cos(n)));
        return new Vector(rx, ry);
    }

    public int hashCode() {
        int xx = (int) x ^ (int)(x * Integer.MAX_VALUE);
        int yy = (int) y ^ (int)(y * Integer.MAX_VALUE);
        return new Random(12665 * xx).nextInt() ^ new Random(5349 * yy).nextInt() + new Random((30513 * xx) ^ (19972 * yy)).nextInt();
    }

    public boolean isPositive() {
        return x >= 0 && y >= 0;
    }

    public Vector clone() {
        return new Vector(x, y);
    }
}

Aber ich möchte nicht ein paar Java-Klassen kompilieren!

Hier ist eine JAR-Datei, die Sie ausführen können, um diese Bilder selbst zu generieren. Ausführen als java -jar Soil.jar number, wo numbersich der Startwert befindet (kann bis zu 2 ³¹ -1 betragen) oder Ausführen als java -jar Soil.jar, und der Startwert wird von selbst ausgewählt. Es wird einige Debug-Ausgaben geben.

Python 3 (mit Kivy-Bibliothek und GLSL)

Erstes generiertes Bild

Python-Code:

import os
os.environ['KIVY_NO_ARGS'] = '1'

from kivy.config import Config
Config.set('input','mouse','mouse,disable_multitouch')
Config.set('graphics', 'width', '500')
Config.set('graphics', 'height', '500')
Config.set('graphics', 'resizable', '0')
Config.set('graphics', 'borderless', '1')
Config.set('graphics', 'fbo', 'force-hardware')

from kivy.app import App
from kivy.graphics import RenderContext, Fbo, Color, Rectangle
from kivy.clock import Clock
from kivy.uix.floatlayout import FloatLayout
from kivy.factory import Factory
from kivy.core.window import Window

class ShaderSurface(FloatLayout):
    seed = 0.

    def __init__(self, **kwargs):
        self.canvas = RenderContext(use_parent_projection=True, use_parent_modelview=True)
        with self.canvas:
            self.fbo = Fbo(size=Window.size, use_parent_projection=True)

        with self.fbo:
            Color(0,0,0)
            Rectangle(size=Window.size)

        self.texture = self.fbo.texture

        super(ShaderSurface, self).__init__(**kwargs)
        self.keyboard = Window.request_keyboard(self.keyboard_closed, self)
        self.keyboard.bind(on_key_down=self.on_key_down)
        Clock.schedule_once(self.update_shader,-1)

    def keyboard_closed(self):
        self.keyboard.unbind(on_key_down=self.on_key_down)
        self.keyboard = None

    def update_shader(self, dt=0.):
        self.canvas['resolution'] = list(map(float, self.size))
        self.canvas['seed'] = self.seed
        self.canvas.ask_update()

    def on_key_down(self, keyboard, keycode, text, modifiers):
        if keycode[1] == 'spacebar':
            self.seed += 1.
            self.update_shader()
            Window.screenshot()

Factory.register('ShaderSurface', cls=ShaderSurface)

class RendererApp(App):
    def build(self):
        self.root.canvas.shader.source = 'cracks_sub.glsl'

if __name__ == '__main__':
    RendererApp().run()

KV-Datei:

#:kivy 1.9

ShaderSurface:
    canvas:
        Color:
            rgb: 1, 1, 1
        Rectangle:
            size: self.size
            pos: self.pos
            texture: root.fbo.texture

GLSL-Code:

---VERTEX---
uniform vec2        resolution;
in vec2             vPosition;

void main()
{
    gl_Position = vec4(vPosition.xy-resolution/2., 0, 1);
}
---FRAGMENT---
#version 330
precision highp float;

out vec4 frag_color;

uniform vec2 resolution;
uniform float seed;

vec2 tr(vec2 p)
{
    p /= resolution.xy;
    p = -1.0+2.0*p;
    p.y *= resolution.y/resolution.x;
    return p;
}

float hash( float n ){
    return fract(sin(n)*43758.5453);
}

float noise( vec2 uv ){
    vec3 x = vec3(uv, 0);

    vec3 p = floor(x);
    vec3 f = fract(x);

    f       = f*f*(3.0-2.0*f);
    float n = p.x + p.y*57.0 + 113.0*p.z;

    return mix(mix(mix( hash(n+0.0), hash(n+1.0),f.x),
                   mix( hash(n+57.0), hash(n+58.0),f.x),f.y),
               mix(mix( hash(n+113.0), hash(n+114.0),f.x),
                   mix( hash(n+170.0), hash(n+171.0),f.x),f.y),f.z);
}

mat2 m = mat2(0.8,0.6,-0.6,0.8);

float fbm(vec2 p)
{
    float f = 0.0;
    f += 0.5000*noise( p ); p*=m*2.02;
    f += 0.2500*noise( p ); p*=m*2.03;
    f += 0.1250*noise( p ); p*=m*2.01;
    f += 0.0625*noise( p );
    f /= 0.9375;
    return f;
}

vec2 hash2( vec2 p )
{
    return fract(sin(vec2(dot(p,vec2(127.1,311.7)),dot(p,vec2(269.5,183.3))))*43758.5453);
}

float voronoi(vec2 x, out vec2 rt)
{
    vec2 p = floor(x);
    vec2 f = fract(x);

    vec2 mb, mr;

    float res = 8.0;
    for( int j=-1; j<=1; j++)
    for( int i=-1; i<=1; i++)
    {
        vec2 b = vec2(float(i),float(j));
        vec2 r = b+hash2(p+b)-f;
        float d = dot(r,r);

        if( d<res )
        {
            res = d;
            mr = r;
            mb = b;
            rt=r;
        }
    }


    res = 8.0;
    for( int j=-2; j<=2; j++ )
    for( int i=-2; i<=2; i++ )
    {
        vec2 b = mb + vec2(float(i),float(j));
        vec2 r = b + hash2(p+b)-f;
        float d = dot((res*res)*(mr+r),normalize(r-mr));

        res = min(res,d);
    }


    return res;
}

float crack(vec2 p)
{
    float g = mod(seed,65536./4.);
    p.x+=g;
    p.y-=seed-g;
    p.y*=1.3;
    p.x+=noise(p*4.)*.08;
    float k = 0.;
    vec2 rb = vec2(.0);
    k=voronoi(p*2.,rb);
    k=smoothstep(.0,.3,k*.05);
    float v = 0.;
    v=voronoi(rb*4.,rb);
    v=smoothstep(.0,.5,v*.05);
    k*=v;
    k-=fbm(p*128.)*.3;
    return k;
}

void main( void )
{
    vec2 fc = gl_FragCoord.xy;
    vec2 p = tr(fc);
    vec3 col = vec3(.39,.37,.25);

    vec3 abb = vec3(.14,.12,.10)/5.;

    p*=(1.+length(p)*.1);

    col.r*=crack(vec2(p.x+abb.x,p.y));
    col.g*=crack(vec2(p.x+abb.y,p.y));
    col.b*=crack(vec2(p.x+abb.z,p.y));

    col*=smoothstep(4.,1.2,dot(p,p));
    col*=exp(.66);

    //col=vec3(crack(p));
    frag_color = vec4(col,1.);
}

Die Voronoi- Funktion im GLSL-Code stammt von Íñigo Quílez. Jede Voronoi-bezogene Berechnung geschieht im Fragment-Shader vollständig mit einigen prozeduralen Rauschfunktionen, um Flecken zu erzeugen und die Linien des Voronoi-Musters ein wenig zu stören.

Durch Drücken der Leertaste wird der Startwert um 1 erhöht und ein neues Bild erstellt und als .pngDatei gespeichert.

Update: Objektivverzerrung, Vignettierung und chromatische Aberration hinzugefügt, um das Bild fotorealistischer zu machen. Sub-Voronoi-Muster hinzugefügt.

Java

import java.awt.Color;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

import javax.imageio.ImageIO;

public class CrackedSoil {
    static BufferedImage b;
    static Random rand;
    public static int distance(int col1,int col2){
        Color a=new Color(col1);
        Color b=new Color(col2);
        return (int)(Math.pow(a.getRed()-b.getRed(), 2)+Math.pow(a.getGreen()-b.getGreen(), 2)+Math.pow(a.getBlue()-b.getBlue(), 2));
    }
    public static void edge(){
        boolean[][] edges=new boolean[500][500];
        int threshold=125+rand.nextInt(55);
        for(int x=1;x<499;x++){
            for(int y=1;y<499;y++){
                int rgb=b.getRGB(x, y);
                int del=0;
                for(int i=-1;i<=1;i++){
                    for(int j=-1;i<=j;i++){
                        del+=distance(rgb,b.getRGB(x+i, y+j));
                    }
                }
                edges[x][y]=del>threshold;
            }
        }
        for(int x=0;x<500;x++){
            for(int y=0;y<500;y++){
                if(edges[x][y])b.setRGB(x, y,new Color(4+rand.nextInt(4),4+rand.nextInt(4),4+rand.nextInt(4)).getRGB());
            }
        }
    }
    public static void main(String[]arg) throws IOException{
        b=new BufferedImage(500,500,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        rand=new Random(scanner.nextInt());
        int numPoints=10+rand.nextInt(15);
        Color[]c=new Color[numPoints];
        int[][]ints=new int[numPoints][2];
        int[]weights=new int[numPoints];
        for(int i=0;i<numPoints;i++){
            switch(i%4){
            case 0:ints[i]=new int[]{251+rand.nextInt(240),7+rand.nextInt(240)};break;
            case 1:ints[i]=new int[]{7+rand.nextInt(240),7+rand.nextInt(240)};break;
            case 2:ints[i]=new int[]{7+rand.nextInt(240),251+rand.nextInt(240)};break;
            case 3:ints[i]=new int[]{251+rand.nextInt(240),251+rand.nextInt(240)};break;
            }

            c[i]=new Color(40+rand.nextInt(200),40+rand.nextInt(200),40+rand.nextInt(200));
            weights[i]=50+rand.nextInt(15);
        }
        for(int x=0;x<500;x++){
            for(int y=0;y<500;y++){
                double d=999999;
                Color col=Color.BLACK;
                for(int i=0;i<numPoints;i++){
                    double d2=weights[i]*Math.sqrt((x-ints[i][0])*(x-ints[i][0])+(y-ints[i][1])*(y-ints[i][1]));
                    if(d2<d){
                        d=d2;
                        col=c[i];
                    }
                }
                b.setRGB(x, y,col.getRGB());
            }
        }
        //ImageIO.write(b,"png",new File("voronoi1.png"));
        for(int i=0;i<numPoints/3;i++){
            ints[i]=new int[]{7+rand.nextInt(490),7+rand.nextInt(490)};
            c[i]=new Color(40+rand.nextInt(200),40+rand.nextInt(200),40+rand.nextInt(200));
            weights[i]=50+rand.nextInt(5);
        }
        for(int x=0;x<500;x++){
            for(int y=0;y<500;y++){
                double d=999999;
                Color col=Color.BLACK;
                for(int i=0;i<numPoints/3;i++){
                    double d2=weights[i]*Math.sqrt((x-ints[i][0])*(x-ints[i][0])+(y-ints[i][1])*(y-ints[i][1]));
                    if(d2<d){
                        d=d2;
                        col=c[i];
                    }
                }
                Color col3=new Color(b.getRGB(x, y));
                b.setRGB(x, y,new Color((col3.getRed()+col.getRed()*3)/4,(col3.getGreen()+col.getGreen()*3)/4,(col3.getBlue()+col.getBlue()*3)/4).getRGB());
            }
        }
        //ImageIO.write(b,"png",new File("voronoi2.png"));
        for(int i=2+rand.nextInt(3);i>0;i--)edge();
        //ImageIO.write(b,"png",new File("voronoi_edge.png"));
        for(int x=0;x<500;x++){
            for(int y=0;y<500;y++){
                Color col=new Color(b.getRGB(x, y));
                if(col.getRed()+col.getBlue()+col.getGreen()>50){
                    if(rand.nextDouble()<0.95){
                        b.setRGB(x, y,new Color(150+rand.nextInt(9),145+rand.nextInt(9),135+rand.nextInt(9)).getRGB());
                    }else{
                        b.setRGB(x, y,new Color(120+col.getRed()/7+rand.nextInt(12),115+col.getGreen()/7+rand.nextInt(12),105+col.getBlue()/7+rand.nextInt(12)).getRGB());
                    }
                }
            }
        }
        ImageIO.write(b,"png",new File("soil.png"));
    }
}

Erstellt eine Zusammenstellung von zwei Zufallsdiagrammen, die dann eine einfache Kantenerkennung durchlaufen und schließlich in das Endergebnis konvertiert werden.

Einige Ausgaben:

Einige der Zwischenschritte für diesen letzten:

(Das erste voronoi Diagramm)

(Die Zusammensetzung der beiden Voronoi-Diagramme)

(Nach dem Kantenerkennungsschritt, aber vor dem endgültigen Umfärben)