Hyperbolischer Zellularautomat

Ein interaktives Kunstwerk auf einem Poincaré-Kreis

Dieses Werk verbindet drei Strömungen der konzeptuellen und generativen Kunst und überträgt sie in den nichteuklidischen Raum der hyperbolischen Geometrie.

Künstlerische Einordnung

Sol LeWitt (1928–2007)

Begründer der Instruktionskunst. LeWitts berühmte "Wall Drawings" bestehen aus geschriebenen Anweisungen, die von anderen ausgeführt werden. Das Konzept ist das Werk; die Ausführung ist sekundär. In diesem Programm liefert der Regelcode – Regel 110, Regel 30, Game of Life – die Instruktion, die der Computer Pixel für Pixel ausführt.

Vera Molnár (1924–2023)

Pionierin der algorithmischen Computerkunst. Sie schuf geometrische Kompositionen, in denen strenge mathematische Formen (Quadrate, Linien, Kreise) durch minimale Variationen lebendig werden. Das hyperbolische Gitter ist eine Hommage an Molnárs Suche nach Schönheit im Algorithmus.

Casey Reas (geb. 1972)

Mitgründer von Processing. Seine Process-Serien visualisieren Software als endlosen, niemals identischen Zustandsautomaten – die Maschine selbst als Künstler. Wir übertragen Reas' Konzept in die hyperbolische Krümmung.

Hyperbolische Geometrie

In der euklidischen Geometrie gilt das Parallelenaxiom: Durch einen Punkt außerhalb einer Geraden gibt es genau eine Parallele. In der hyperbolischen Geometrie gibt es unendlich viele Parallelen – der Raum ist negativ gekrümmt. Die Winkelsumme eines Dreiecks ist kleiner als 180°.

Wir verwenden das Poincaré-Halbebenenmodell: Die obere Halbebene \( H = \{z \in \mathbb{C} : \operatorname{Im}(z) > 0\} \) wird über die Cayley-Transformation auf die Einheitskreisscheibe abgebildet.

Cayley-Transformation (Hinrichtung)

z' = (z - i) / (z + i)

Bildet die obere Halbebene auf den Einheitskreis ab.

Inverse Cayley-Transformation

z = i · (1 + z') / (1 - z')

Wird verwendet, um einen Mausklick in das Halbebenen-Gitter rückzuabbilden und die nächstgelegene Zelle zu finden.

Geraden in der Halbebene (vertikale Halbgeraden und Halbkreise mit Mittelpunkt auf der reellen Achse) werden zu Kreisbögen, die den Rand des Einheitskreises senkrecht treffen. Im Modell schrumpfen alle Objekte zum Rand hin – das ist das visuelle Zeichen der negativen Krümmung. Das Gitter wirkt unendlich groß, obwohl es in einen endlichen Kreis gepresst ist.

Regeln des zellulären Automaten

Regel 110 (1D, Turing-vollständig)

Wird zeilenweise angewendet: Jede Zeile des Gitters ist eine unabhängige 1D-Kette. Der neue Zustand hängt nur von der Zelle selbst und ihren linken/rechten Nachbarn ab.

linkszentrumrechtsneu
1110
1101
1011
1000
0111
0101
0011
0000

Regel 30 (1D, chaotisch)

Bekannt für ihre Verwendung als Pseudo-Zufallszahlengenerator (Wolfram).

linkszentrumrechtsneu
1110
1100
1010
1001
0111
0101
0011
0000

Game of Life (2D)

Jede Zelle hat vier orthogonale Nachbarn (oben, unten, links, rechts). Lebende Zelle überlebt mit 2 oder 3 lebenden Nachbarn; tote Zelle wird lebendig bei genau 3 lebenden Nachbarn.

Steuerung

Installation & Start

# 1. venv anlegen
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate

# 2. Abhängigkeiten installieren
pip install pygame numpy

# 3. Starten
python zellularautomat.py