Ispirato da vi.sualize.us

Obbiettivo

L'input è un'immagine in scala di grigi e l'output è un'immagine in bianco e nero. L'immagine di output è costituita da una sola curva chiusa (loop) che non è autorizzata a intersecarsi con se stessa o toccarsi. La larghezza della linea deve essere costante in tutta l'immagine. La sfida qui è trovare un algoritmo per farlo. L'output deve solo rappresentare l'immagine di input, ma con qualsiasi libertà artistica. La risoluzione non è così importante ma le proporzioni dovrebbero rimanere pressoché invariate.

Esempio

Altre immagini di prova

Java: stile a matrice di punti

Dato che nessuno ha ancora risposto alla domanda, ci proverò. Prima volevo riempire una tela con curve di Hilbert, ma alla fine ho optato per un approccio più semplice:

Ecco il codice:

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);
        }
    }
}

Aggiornamento : ora crea un ciclo, non solo una singola riga

Python: curva di Hilbert ( 373361 )

Ho deciso di disegnare una curva di Hilbert con granularità variabile a seconda dell'intensità dell'immagine:

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()

In realtà ho pianificato di prendere decisioni su diversi livelli di dettaglio, come "Questo punto è così luminoso, fermerò la ricorsione e passerò al blocco successivo!". Ma valutare l'intensità dell'immagine localmente portando a grandi movimenti è molto impreciso e sembra brutto. Quindi ho deciso solo se saltare il livello 1 o disegnare un altro ciclo di Hilbert.

Ecco il risultato sulla prima immagine di prova:

Grazie a @githubphagocyte il rendering è piuttosto veloce (usando turtle.tracer). Quindi non devo aspettare tutta la notte per un risultato e posso andare nel mio meritato letto. :)

Qualche codice golf

@flawr: "programma corto"? Non hai visto la versione da golf! ;)

Quindi, solo per divertimento:

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)

( 373361 caratteri. Ma ci vorrà un'eternità poiché rimuovo il turte.tracer(...)comando!)

Animazione di flawr

flawr: il mio algoritmo è leggermente modificato rispetto a quello che mi ha detto @DenDenDo: ho dovuto eliminare alcuni punti in ogni iterazione perché la convergenza avrebbe rallentato drasticamente. Ecco perché la curva si interseca da sola.

Python 3.4 - Problema del commesso viaggiatore

Il programma crea un'immagine retinata dall'originale:

Per ogni pixel nero viene generato casualmente un punto vicino al centro del pixel e questi punti vengono trattati come un problema del commesso viaggiatore . Il programma salva un file html contenente un'immagine SVG a intervalli regolari mentre tenta di ridurre la lunghezza del percorso. Il percorso inizia autointersecandosi e gradualmente diventa meno per un certo numero di ore. Alla fine il percorso non si interseca più:

'''
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')

Il programma utilizza 3 diversi approcci per migliorare la soluzione e misura le prestazioni al secondo per ciascuno. Il tempo assegnato a ciascun approccio è adeguato per dare la maggior parte del tempo a qualsiasi approccio abbia le migliori prestazioni in quel momento.

Inizialmente ho provato a indovinare quale percentuale di tempo assegnare a ciascun approccio, ma risulta che l'approccio più efficace varia considerevolmente nel corso del processo, quindi fa una grande differenza continuare ad adeguarsi automaticamente.

I tre semplici approcci sono:

1. Scegli due punti a caso e scambiali se questo non aumenta la lunghezza totale.
2. Scegli un punto a caso e un offset casuale lungo l'elenco di punti e spostalo se la lunghezza non aumenta.
3. Scegli una linea a caso e controlla se un'altra linea la attraversa, invertendo qualsiasi sezione del percorso che provoca una croce.

Per l'approccio 3 viene utilizzata una griglia, che elenca tutte le linee che attraversano una determinata cella. Invece di dover controllare ogni linea sulla pagina per intersezione, vengono controllati solo quelli che hanno una cella della griglia in comune.

Ho avuto l'idea di utilizzare il problema del commesso viaggiatore da un post sul blog che ho visto prima che questa sfida fosse pubblicata, ma non sono riuscito a rintracciarlo quando ho pubblicato questa risposta. Credo che l'immagine della sfida sia stata prodotta anche con un approccio da commesso viaggiatore, combinato con una sorta di smussamento del percorso per rimuovere le curve strette.

Non riesco ancora a trovare il post specifico del blog, ma ora ho trovato un riferimento ai documenti originali in cui è stata utilizzata la Gioconda per dimostrare il problema del venditore ambulante .

L'implementazione di TSP qui è un approccio ibrido che ho sperimentato per divertimento per questa sfida. Non avevo letto i documenti collegati quando l'ho pubblicato. Il mio approccio è dolorosamente lento al confronto. Nota che la mia immagine qui usa meno di 10.000 punti e impiega molte ore a convergere abbastanza da non avere linee di attraversamento. L'immagine di esempio nel collegamento ai documenti utilizza 100.000 punti ...

Sfortunatamente la maggior parte dei collegamenti sembra essere morta ora, ma l'articolo "TSP Art" di Craig S Kaplan e Robert Bosch 2005 funziona ancora e offre un'interessante panoramica di diversi approcci.

Java - Oscillazioni

Il programma traccia un percorso chiuso e aggiunge oscillazioni la cui ampiezza e frequenza si basano sulla luminosità dell'immagine. Gli "angoli" del percorso non hanno oscillazioni per assicurarsi che il percorso non si intersechi.

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;
    }
}

Di seguito un algoritmo comparabile basato su una spirale. ( So che il percorso non si chiude e che sicuramente si interseca , lo metto solo per il bene dell'arte :-)

Java - Percorso ricorsivo

Comincio da un percorso chiuso 2x3. Eseguo la scansione di ogni cella del percorso e la divido in un nuovo sotto-percorso 3x3. Provo ogni volta a scegliere il sotto-percorso 3x3 che "assomiglia" all'immagine originale. Ripeto il procedimento sopra descritto 4 volte.

Ecco il codice:

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;
        }

    }
}