CellZoo

CodeCultures 2003 MQW

Einleitung

Das Bild unten besteht aus 40 mal 40 quadratischen Zellen. Jede dieser Zellen kann sich in einem von 4 Zuständen (manchmal sogar 6 Zuständen) befinden. Die einzelnen Zustände werden durch die unterschiedlichen Farben dargestellt. Die Zellen sind in einem regelmäßigen Raster angeordnet, so dass jede Zelle 8 direkt angrenzende Nachbarn besitzt (diagonal gilt auch als direkt benachbart). 

Die Zustände der Zellen sind nicht statisch. Sie verändern sich in regelmäßigen Zeitabständen (Sie können die Dauer dieser Abstände mit den Tasten variieren), wobei diese Veränderungen nach ganz genau festgelegten Regeln vor sich gehen. Welchen Zustand eine Zelle annehmen wird, hängt nur von den Zuständen ihrer 8 Nachbarzellen ab. Eine mögliche Kombination von Zuständen der Nachbarzellen nennt man Nachbarschaft. Der Computer besitzt eine riesige Tabelle in der für jede mögliche Nachbarschaft der Zustand verzeichnet ist, den die mittlere Zelle im nächsten Schritt annehmen soll. 

So eine Tabelle nennt man auch einen zellulären Automaten. Die platonische Idee der zellulären Automaten, welche diesem Zoo zugrunde liegt, stammt vom polnischen Mathematiker Stanislaw Ulam. John von Neumann, der geistige Vater der modernen Computer, beschäftigte sich vor etwa 50 Jahren sehr ausführlich mit zellulären Automaten und konstruierte eine gigantische Zell-Maschine mit 29 Zuständen, die imstande ist, mit von einem Zellband eingelesen Daten andere Zell-Maschinen (sich eingeschlossen) zu bauen. In den 70er Jahren erfand John Conway, ein Mathematikprofessor, eine Regel für einen zellulären Automaten mit nur 2 Zuständen, die er Game of Life nannte. Game of Life ist einer der vielen zellulären Automaten, die Sie hier im CellZoo beobachten können. Es ist die einzige Regel mit nur zwei Farben: dunkel- und hellgrün. Die Regeln für Game of Life sind sehr einfach. Ist eine Zelle tot (dunkel) und besitzt genau 3 lebende (helle) Nachbarn, dann wird die Zelle ebenfalls beginnen zu leben (hell werden). Ist eine Zelle lebendig und hat nicht entweder 2 oder 3 lebendige Nachbarn, dann stirbt die Zelle wieder. Heute forschen auf der ganzen Welt Wissenschaftler an zellulären Automaten, die sich selbst replizieren und Berechnungen anstellen können. 

Zum Projekt

Der CellZoo entstand im Rahmen des seit März 2004 laufenden Projekts „LIP“. Living Information Patterns. Unser Ziel war es, zelluläre Automaten durch eine ansprechende visuelle Darstellung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Um die Regeln, die Sie hier im CellZoo beobachten können, zu erzeugen, haben wir ein Programm geschrieben, das es ermöglicht, zelluläre Automaten zu simulieren und die Regeln zu bearbeiten. Da die Regeln aber viel zu komplex und zu groß wurden um sie „mit der Hand“ zu designen (eine Regel benötigt bis zu 9 Megabyte Speicher) erweiterten wir das Programm immer wieder und begannen die Regeln mit Hilfe von Metaregeln zu mutieren und nach optischen Gesichtspunkten zu züchten. Dabei ergaben sich ganze Stammbäume von miteinander verwandten Regeltabellen. Die interessantesten und schönsten der Regeln haben wir hier im CellZoo ausgestellt. Wandern Sie durch den Zoo und beobachten sie lebendig wirkende Muster in fremden zweidimensionalen Welten. Ob sie auch wirklich lebendig sind? Was ist Leben überhaupt?

Programmierung: Philip Tiefenbacher