日期：2025年 06月 21日

標籤： C# Asp.NET Core Windows Forms

摘要：個人作品

第一部分：康威生命遊戲簡介

Step 1：起源

可以參考 Wiki

起源背景
康威生命遊戲由英國數學家約翰·霍頓·康威（John Horton Conway）在1970年發明。

他的靈感來自於數學家約翰·馮·諾伊曼（John von Neumann）在1940年代提出的自我複製機器概念。
康威想要創造一個比馮·諾伊曼的模型更簡單，但仍能展現複雜行為的系統。經過大量實驗，他設計出這套只需要三條規則的細胞自動機。

開放使用 - 康威本人從未試圖對此主張任何商業權利，而是鼓勵大家自由探索和應用

Step 2：遊戲規則

生命遊戲在無限大的二維格子上進行，每個格子代表一個「細胞」，有兩種狀態：

如果以程式的角度來看就是布林，細胞不是 True 就是 False

並且基於以下 3 條規則，驅動整個遊戲

Step 3：遊戲規則 - 圖示

方塊細胞，由於每個細胞身邊的鄰居都為 2 ，因此下一世代存活

中間的 1 個細胞其餘 8 個鄰居都沒有活細胞，因此下一世代也死亡

中間的 1 個死亡細胞有 3 個鄰居，因此下一世代復活
※左邊的細胞因為有 2 個活鄰居因此下一世代存活

Step 4：補充說明 - 零玩家遊戲

可以參考 Wiki

零玩家遊戲（英語：zero-player game，no-player game）是由無意識玩家所進行的遊戲。

在電腦遊戲中，這個詞是指玩家為使用人工智慧的程序，而不是真正的人類[1]。

此外，有些策略和棋牌遊戲可以讓程序的AI自動代理，也可以說是零玩家模式的遊戲。

Step 5：應用範圍 - 技術開發

在軟體開發中，最常使用到這些地點，本篇是 C# 代碼對於程序化生成的基本實現。

第二部分：程式說明

Step 1：範例專案說明

Step 2：GameOfLife 主代碼

核心代碼主要有 6 大流程

public partial class GameOfLifeForm : Form
{
    private const int WidthCells = 256;
    private const int HeightCells = 256;
    private const int CellSize = 2;
    private byte[,] current;
    private byte[,] next;
    private Bitmap bitmap;
    private Timer timer;

    public GameOfLifeForm()
    {
        InitializeComponent();
        InitialThisForm();
        // 1. 初始化配置
        void InitialThisForm()
        {
         
            // 根據縮放比例調整視窗大小
            this.ClientSize = new Size(WidthCells * CellSize, HeightCells * CellSize);
            // 初始化畫面                
            this.DoubleBuffered = true;
            this.Text = "Game of Life (CPU Only)";              
        }
    }

    /// <summary>
    /// 2-1. 載入 Winform 觸發
    /// </summary>        
    private void GameOfLifeForm_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        //2-2. 執行 CPU 運算的 Game Of Life
        GameOfLifeCpu();
    }

    /// <summary>
    /// 3. 實際代碼
    /// </summary>
    public void GameOfLifeCpu()
    {
        // 3-1. 初始化資料，決定像素數量 WidthCells * HeightCells
        current = new byte[WidthCells, HeightCells];
        next = new byte[WidthCells, HeightCells];
        Random rand = new();
        // 3-2. 初始化配置每個細胞 生 與 死
        for (int xAxis = 0; xAxis < WidthCells; xAxis++)
        {
            for (int yAxis = 0; yAxis < HeightCells; yAxis++)
            {
                current[xAxis, yAxis] = (byte)(rand.NextDouble() > 0.7 ? 1 : 0);
            }
        }
        // 3-3. 建立放大後的 bitmap
        bitmap = new Bitmap(WidthCells * CellSize, HeightCells * CellSize, PixelFormat.Format24bppRgb);            
        // 3-4. 設定定時更新
        timer = new Timer { Interval = 100 };
        timer.Tick += (s, e) => Step();
        timer.Start();
    }

    /// <summary>
    /// 4. 背景的 Timer 持續執行該方法 Interval 決定觸發的生命週期
    /// </summary>
    private void Step()
    {
        // 4-1. Game of Life 計算
        // 備註: xAxis, yAxis 代表細胞座標
        // 備註: gridX, gridY 代表鄰居偏移量
        for (int yAxis = 0; yAxis < HeightCells; yAxis++) 
        {
            for (int xAxis = 0; xAxis < WidthCells; xAxis++)
            {
                // 4-2. 以當前細胞為基準點，計算鄰居數量                    
                int count = 0;                    
                for (int gridY = -1; gridY <= 1; gridY++)
                {
                    for (int gridX = -1; gridX <= 1; gridX++)
                    {
                        if (gridX == 0 && gridY == 0) 
                            continue;
                        // ※處理邊界（環繞）
                        int nx = (xAxis + gridX + WidthCells) % WidthCells;
                        int ny = (yAxis + gridY + HeightCells) % HeightCells;
                        count += current[nx, ny];                           
                    }
                }
                byte alive = current[xAxis, yAxis];
                // 4-3. Game of Life 規則
                if (alive == 1 && (count < 2 || count > 3))
                    next[xAxis, yAxis] = 0; // 死亡
                else if (alive == 0 && count == 3)
                    next[xAxis, yAxis] = 1; // 誕生
                else
                    next[xAxis, yAxis] = alive; // 保持原狀
            }
        }
        // 4-4. 將新的生命週期細胞狀態替換 current / next
        (current, next) = (next, current);
        // 4-5. 更新畫面
        DrawBitmap();
        Invalidate();
    }

    /// <summary>
    /// 5. 更新到 Bitmap 上
    /// </summary>
    private void DrawBitmap()
    {
        BitmapData data = bitmap.LockBits(
            new Rectangle(0, 0, WidthCells, HeightCells),
            ImageLockMode.WriteOnly,
            PixelFormat.Format24bppRgb);
        unsafe
        {
            byte* ptr = (byte*)data.Scan0;
            int stride = data.Stride;
            for (int yAxis = 0; yAxis < HeightCells; yAxis++)
            {
                for (int xAxis = 0; xAxis < WidthCells; xAxis++)
                {
                    int value = current[xAxis, yAxis] * 255;
                    ptr[yAxis * stride + xAxis * 3 + 0] = (byte)value; // B
                    ptr[yAxis * stride + xAxis * 3 + 1] = (byte)value; // G
                    ptr[yAxis * stride + xAxis * 3 + 2] = (byte)value; // R
                }
            }
        }
        bitmap.UnlockBits(data);
    }

    /// <summary>
    /// 6. 觸發畫 BitMap 時
    /// </summary>
    protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)
    {
        if (bitmap != null)
        {
            // 6-1. 使用最近鄰插值來保持像素的清晰度
            e.Graphics.InterpolationMode = System.Drawing.Drawing2D.InterpolationMode.NearestNeighbor;
            e.Graphics.PixelOffsetMode = System.Drawing.Drawing2D.PixelOffsetMode.Half;
            // 6-2. 繪製
            e.Graphics.DrawImage(bitmap,
            new Rectangle(0, 0, WidthCells * CellSize, HeightCells * CellSize),
                new Rectangle(0, 0, WidthCells, HeightCells),
                GraphicsUnit.Pixel);
        }
    }
    protected override void OnFormClosed(FormClosedEventArgs e)
    {
        base.OnFormClosed(e);
        timer?.Stop();
        timer?.Dispose();
        bitmap?.Dispose();
    }
}

第三部分：Demo成果

Step 1：進入點

程式打開後，陽春的執行按鈕

Step 2：Demo 最初世代細胞

最初的畫面，會將 65536 個細胞隨機分配生、死

Step 3：Demo 無止盡的輪迴

在經歷過無限的世代後，細胞若處於震盪狀態會持續存活
彷彿永遠有生命流動