mandelbrot-set/MandelbrotSet/Program.cs

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Numerics;
using System.Windows.Forms;

namespace MandelbrotSet
{
    class Program
    {
        #region Params
        private static int MaxIterations = 96; // int: Höhe des Ausgabebilds in Pixeln. Nicht größer als 20000 setzen!
        private static int Height = 1000; // int: Höhe des Ausgabebilds in Pixeln. Nicht größer als 20000 setzen!
        private static int Width;// int: Breite des Ausgabebilds in Pixeln. Nicht größer als 20000 setzen!
        private static string Filename = "plot"; // Dateiname
        private const double Xmin = -2.0; // double: Untere Grenze des Definitionsbereichs des Plots
        private const double Xmax = 1.0; // double: Obere Grenze des Definitionsbereichs des Plots
        private const double Ymin = -1.0; // double: Untere Grenze des Wertebereichs des Plots
        private const double Ymax = 1.0; // double: Obere Grenze des Wertebereichs des Plots
        private const double HueFactor = 360.0;
        private const double Mathwidth = Xmax - Xmin;
        private const double Mathheight = Ymax - Ymin;
        private static Color Corecolor { get; } = Color.Black;
        #endregion

        private static BigInteger _pixelsDrawn;

        private static Bitmap _map;

        static Program()
        {
            _pixelsDrawn = 0;
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            if (args.Length >= 1)
            {
                Filename = args[0];
                if (args.Length >= 2)
                {
                    if (int.TryParse(args[1], out var newHeight))
                    {
                        Height = newHeight;
                        Console.WriteLine($"Parameter Höhe wurde auf {Height} gesetzt!.");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"\"{args[1]}\" ist keine gültige Höhenangabe!");
                        Console.WriteLine($"Parameter Höhe wurde auf Standardwert ({Height}) zurückgesetzt!.");
                    }

                    if (args.Length >= 3)
                    {
                        if (int.TryParse(args[2], out var newMaxIterations))
                        {
                            MaxIterations = newMaxIterations;
                            Console.WriteLine($"Parameter Iterationen wurde auf {MaxIterations} gesetzt!.");
                        }
                        else
                        {
                            Console.WriteLine($"\"{args[2]}\" ist keine gültige Iterationsangabe!");
                            Console.WriteLine($"Parameter Iterationen wurde auf Standardwert ({MaxIterations}) zurückgesetzt!.");
                        }
                    }
                }
            }
            Filename = $"{Filename}-{Height}px-{MaxIterations}it.bmp";
            Console.WriteLine($"Parameter Dateiname wurde auf \"{Filename}\" gesetzt!.");
            Width = Height * 3 / 2;
            try
            {
                _map = new Bitmap(Width, Height);
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine("Bitmap kann nicht erstellt werden: " + e.Message);
                return;
            }
            Stopwatch watch;
            Console.WriteLine("Beginning Task...\n├─── Drawing Mandelbrot...");
            watch = Stopwatch.StartNew();

            DrawMandelbrot();

            Console.WriteLine($"│    └─── Mandelbrot drawn!\nDEBUG: { _pixelsDrawn.ToString()} pixels were drawn.\nSuccessfully rendered in {((double)watch.ElapsedMilliseconds / 1000.0).ToString()} seconds!\n├─── Saving bitmap...");
            watch = Stopwatch.StartNew();
            _map.Save(Filename);
            Console.WriteLine($"│    ├─── Saved as \"{Filename}\"!\n│    Successfully saved in {((double)watch.ElapsedMilliseconds / 1000.0).ToString()} seconds!\nFinished Task!");
            Process.Start(Filename);
        }

        private static int Constrain(int value, int min, int max) => value < min ? min : (value > max ? max : value);

        private static Color ColorFromHue(double hue)
        {
            double r, g, b, x;
            int R, G, B;

            hue %= 360.0;
            x = 1.0 - Math.Abs(hue / 60.0 % 2.0 - 1);
            #region COLOR MODE

            if (hue < 60.0)
            {
                r = 1.0; g = x; b = 0.0;
            }
            else if (hue < 120.0)
            {
                r = x; g = 1.0; b = 0.0;
            }
            else if (hue < 180.0)
            {
                r = 0.0; g = 1.0; b = x;
            }
            else if (hue < 240.0)
            {
                r = 0.0; g = x; b = 1.0;
            }
            else if (hue < 300.0)
            {
                r = x; g = 0.0; b = 1.0;
            }
            else
            {
                r = 1.0; g = 0.0; b = x;
            }
            #endregion
            R = Constrain((int)Math.Round(r * 255), 0, 255);
            G = Constrain((int)Math.Round(g * 255), 0, 255);
            B = Constrain((int)Math.Round(b * 255), 0, 255);
            return Color.FromArgb(R, G, B);
        }

        static double XtoMath(int xb) => Xmin + xb * Mathwidth / Width;
        static double YtoMath(int yb) => Ymax - yb * Mathheight / Height;

        private static void DrawMandelbrot()
        {
            int y, x, iterations;
            double xd, yd;

            for (y = 0; y < Height; y++)
            {
                if (y % 100 == 99) Console.WriteLine($"│    ├─── Progress: {(double)(y + 1) * 100.0 / (double)Height}%");
                yd = YtoMath(y);
                for (x = 0; x < Width; x++)
                {
                    xd = XtoMath(x);
                    iterations = MandelbrotIterations(new Complex(xd, yd), Complex.Zero);
                    if (iterations == -1)
                    {
                        _map.SetPixel(x, y, Corecolor);
                        _pixelsDrawn++;
                        continue;
                    }
                    _map.SetPixel(x, y, ColorFromHue(((double)iterations / (double)MaxIterations) * HueFactor));
                    _pixelsDrawn++;
                }
            }
        }

        private static Complex NextItem(Complex point, Complex z) => new Complex(z.Real * z.Real - z.Imaginary * z.Imaginary + point.Real, 2.0 * z.Real * z.Imaginary + point.Imaginary);

        private static int MandelbrotIterations(Complex point, Complex z, int depth = 0)
        {
            if (depth > MaxIterations) return -1;
            if (z.Magnitude >= 2.0) return depth;
            return MandelbrotIterations(point, NextItem(point, z), depth + 1);
        }
    }
}