2022 Hackathon: 字符画与康威生命游戏

苏州大学计算机爱好者协会 Hackathon 2022 赛题

以下两题请任选一题完成：

Q1: 字符画

背景

字符画/ASCII艺术，是指在计算机中使用字符组成图片的一种艺术形式。其大致可以分为以下几种：

1. 西方式表情符号：受限于ASCII字符集，其组成的图像与表达的意思都较为简单，通常需要旋转90°阅读。

2. 东方式表情符号/颜文字：得益于东方语言丰富的字符与标点符号，其在形式和含义上都较前者更加复杂。

   (⁄ ⁄•⁄ω⁄•⁄ ⁄) (≧∇≦)/ ∩(·ω·)∩ (Ｔ▽Ｔ) (^._.)~
   (=^・・=) (－‸ლ) （ ﾟ Дﾟ) (づ￣ ³￣)づ
   (ノಠ益ಠ)ノ彡┻━┻ ┬─┬ノ( º _ ºノ)

以上二者都是单行的字符画，常在社交平台上的日常对话中被使用（不过近几年国内外emoji和表情包等图片式表情符号的发展使它们日渐式微）。

3. 打字机风格/打字机艺术（Typewriter Art）：这是最早的字符画之一，下图中展示了1875年1月6日美国一份报纸上刊登的广告（来源：wikipedia - ASCII art），它们都利用打字机艺术使广告引人注目。

4. 灰度字符画：即按照相同大小的不同ASCII字符所占面积组成灰度级，并用这些灰度级组合成一张图片。下图为这种形式的土星（来源：ASCII art）。在支持对单个字符指定颜色的软件内，这种方式也可以被用来制作彩色字符画。

5. 矢量字符画：这些字符画通常会在图中加入一些线形字符来对线条作视觉引导，并使用灰度字符画的方式对色块进行填充，下图为这种形式的初音未来（来源：Ascii Art Archives for Recycle）。

此外，这种形式也被用于制作命令行界面中展示的标题文字，且有各种风格。例如（来源：Text to ASCII Art Generator）：

题目

1. 绘制一幅字符画，或者选择一幅你们喜欢的图片并将其转化为字符画。
2. 编写程序，使其能自动将文字或图片转化为字符画，并尽可能优化结果的观感。你可以选择完善我们提供的示例程序。
3. 【可选】改进程序，将生成的字符画渲染为 PNG/JPEG（位图）、html（网页）、pdf（文档）或svg（矢量图）等格式，使其在不同环境的呈现效果一致。
4. 【可选】改进程序，使其能逐帧处理视频，并将结果渲染到视频内。

关于本题的帮助请参见：2022 Hackathon: 字符画 示例程序与帮助

参考资料

下面是可能有用的资料：

1. Emojipedia（测试图片可以从这里获取）
2. 方块元素 - 维基百科
3. ASCII艺术 - 维基百科
4. 等宽字体 - 维基百科
5. Pillow 库官方文档
6. colorama 库 | Github
7. svgwrite 库 | Github
8. argparse - Python 3.11 官方文档
9. Text to ASCII Art Generator
10. Jave：使用Java编写的字符画编辑器
11. HTML（超文本标记语言） | MDN
12. HTML 简介 - 学习 Web 开发 | MDN

Q2: 康威生命游戏

背景

康威生命游戏（Conway’s Game of Life），又称康威生命棋，是英国数学家 John Horton Conway 在1970年发明的元胞自动机。康威生命游戏在充分大的棋盘（模拟世界）上运行，棋盘的每个格子被称为一个细胞，对于棋盘内的每个细胞，只有五条规则：

• 每个细胞有存活与死亡两种状态，每个细胞只与以自身为中心的周围八格细胞产生互动；
• 当前细胞为存活状态时，当周围的存活细胞低于2个时（不包含2个），该细胞变成死亡状态（模拟生命数量稀少）；
• 当前细胞为存活状态时，当周围有2个或3个存活细胞时，该细胞保持原样；
• 当前细胞为存活状态时，当周围有超过3个存活细胞时，该细胞变成死亡状态（模拟生命数量过多）；
• 当前细胞为死亡状态时，当周围有3个存活细胞时，该细胞变成存活状态（模拟繁殖）。

整个游戏从t=0开始模拟，每一步模拟会对棋盘上所有细胞运用上述五条规则，得到下一步的棋盘。在这个游戏中，玩家是这个模拟世界里的神，可以旁观模拟世界内细胞的发展、随意向棋盘中添加、删除细胞，甚至是通过编程改变模拟世界的规则。

题目

我们编写了一个康威生命游戏的模拟程序，你可以在比赛中使用它，也可以随意更改代码实现你期望的效果。关于代码与使用说明请见：2022 Hackathon: 康威生命游戏 示例程序与使用说明

除了我们编写的模拟程序之外，你也可以使用其它模拟程序，例如：

• https://playgameoflife.com/
• https://conwaylife.com/
• https://wavjaby.github.io/GameOfLife/
• https://github.com/thearn/game-of-life/

以下是你在本题可以尝试探索的几个方向：

1. 游玩康威生命游戏，并尝试在其中创建能稳定存在并增殖的生命（可以使用已发现的模式，见 https://conwaylife.com/wiki/ ）。
2. 尝试构建高生存力的生命体，即最大化一定时间内增殖的细胞数与初始细胞数之比。
3. 编写程序，修改或添加生命游戏的规则，例如：
   • 改变基础规则的阈值；
   • 扩大单个细胞的互动范围；
   • 每过一定时间随机消灭世界内一半的活细胞；
4. 改进程序或为程序添加功能，例如：
   • 利用方块元素中的半高方块代替两个全高方块（也就是每一行字符对应模拟世界里的两行细胞），让程序可以在相同大小的命令行界面中展示四倍的细胞；
   • 活细胞死亡后在地图上留下标记；
   • 跟踪种群（初始状态聚集在一起的一群细胞）的发展，并使用颜色（colorama 库）标记不同种群（通过规则5诞生的细胞的颜色与周围细胞中占多数的颜色相同），这样可以展示不同种群争夺生存资源（地盘）的过程。

参考资料

1. LifeWiki
2. Numpy 官方文档：英文 中文
3. argparse - Python 3.11 官方文档
4. colorama 库 | Github
5. Conway’s Game of Life - Wikipedia
6. 【科普】康威生命游戏——孤独会致命，拥挤也一样 - 知乎

比赛规则

本次比赛你可以查阅任意资料，但是请尽可能避免直接照搬网上的代码的情况。

请在星期日（7月6日）15:00之前完成你们的作品，期间你可以（非强制）在比赛场地（博远楼104-107）讨论交流与编写代码，会有工作人员现场负责技术指导。如果遇到了技术问题，你可以在比赛场地寻找技术指导，或是在比赛群内询问。7月6日15:00之后是作品展示环节，届时各组将上台展示作品、运行代码，并由评委对作品打分，打分的结果将作为最终成绩。

比赛期间请密切关注比赛群内的消息，关于比赛的任何消息我们都会在群内通知。