Con trăn
Tôi tạo ra một đường dẫn động để giảm thiểu sự thay đổi màu sắc khi con rắn di chuyển. Dưới đây là một số hình ảnh:
dung sai = 0,01
Đường dẫn màu tuần hoàn cho các hình ảnh trên (màu xanh sang màu đỏ, trở nên xanh hơn khi lặp lại):
Đường dẫn được tạo bằng cách bắt đầu với một số đường dẫn ban đầu, sau đó thêm các vòng lặp 2x2 vào đó cho đến khi hình ảnh được lấp đầy. Ưu điểm của phương pháp này là các vòng lặp có thể được thêm vào bất cứ nơi nào trên đường dẫn, vì vậy bạn không thể vẽ mình vào một góc và có nhiều tự do hơn để xây dựng con đường bạn muốn. Tôi theo dõi các vòng lặp có thể bên cạnh đường dẫn hiện tại và lưu trữ chúng thành một đống, có trọng số bởi sự thay đổi màu sắc dọc theo vòng lặp. Sau đó tôi bật ra khỏi vòng lặp với sự thay đổi màu ít nhất và thêm nó vào đường dẫn, và lặp lại cho đến khi hình ảnh được lấp đầy.
Tôi thực sự theo dõi các vòng lặp một mình ('DetourBlock' trong mã), sau đó xây dựng lại đường dẫn; Đây là một sai lầm vì có một số trường hợp đặc biệt cho chiều rộng / chiều cao lẻ và tôi đã dành vài giờ để gỡ lỗi phương pháp xây dựng lại. Ồ tốt
Số liệu tạo đường dẫn cần điều chỉnh và tôi cũng có một ý tưởng để tô màu tốt hơn, nhưng tôi nghĩ rằng tôi sẽ hiểu điều này trước vì nó hoạt động khá tốt. Ngoại trừ cái này, có vẻ tốt hơn trong một số đường dẫn cố định:
Đây là mã Python, với lời xin lỗi cho thói quen mã hóa tàn bạo của tôi:
# snakedraw.py
# Image library: Pillow
# Would like to animate with matplotlib... (dependencies dateutil, six)
import heapq
from math import pow, sqrt, log
from PIL import Image
tolerance = 0.001
imageList = [ "lena.png", "MonaLisa.png", "Mandrill.png", "smallGreatWave.png", "largeGreatWave.png", "random.png"]
# A useful container to sort objects associated with a floating point value
class SortContainer:
def __init__(self, value, obj):
self.fvalue = float(value)
self.obj = obj
def __float__(self):
return float(self.fvalue)
def __lt__(self, other):
return self.fvalue < float(other)
def __eq__(self, other):
return self.fvalue == float(other)
def __gt__(self, other):
return self.fvalue > float(other)
# Directional constants and rotation functions
offsets = [ (1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1) ] # RULD, in CCW order
R, U, L, D = 0, 1, 2, 3
def d90ccw(i):
return (i+1) % 4
def d180(i):
return (i+2) % 4
def d90cw(i):
return (i+3) % 4
def direction(dx, dy):
return offsets.index((dx,dy))
# Standard color metric: Euclidean distance in the RGB cube. Distance between opposite corners normalized to 1.
pixelMax = 255
cChannels = 3
def colorMetric(p):
return sqrt(sum([ pow(p[i],2) for i in range(cChannels)])/cChannels)/pixelMax
def colorDistance(p1,p2):
return colorMetric( [ p1[i]-p2[i] for i in range(cChannels) ] )
# Contains the structure of the path
class DetourBlock:
def __init__(self, parent, x, y):
assert(x%2==0 and y%2==0)
self.x = x
self.y = y
self.parent = None
self.neighbors = [None, None, None, None]
def getdir(A, B):
dx = (B.x - A.x)//2
dy = (B.y - A.y)//2
return direction(dx, dy)
class ImageTracer:
def __init__(self, imgName):
self.imgName = imgName
img = Image.open(imgName)
img = img.convert(mode="RGB") # needed for BW images
self.srcImg = [ [ [ float(c) for c in img.getpixel( (x,y) ) ] for y in range(img.size[1]) ] for x in range(img.size[0])]
self.srcX = img.size[0]
self.srcY = img.size[1]
# Set up infrastructure
self.DetourGrid = [ [ DetourBlock(None, 2*x, 2*y) \
for y in range((self.srcY+1)//2)] \
for x in range((self.srcX+1)//2)]
self.dgX = len(self.DetourGrid)
self.dgY = len(self.DetourGrid[0])
self.DetourOptions = list() # heap!
self.DetourStart = None
self.initPath()
def initPath(self):
print("Initializing")
if not self.srcX%2 and not self.srcY%2:
self.AssignToPath(None, self.DetourGrid[0][0])
self.DetourStart = self.DetourGrid[0][0]
lastDB = None
if self.srcX%2: # right edge initial path
self.DetourStart = self.DetourGrid[-1][0]
for i in range(self.dgY):
nextDB = self.DetourGrid[-1][i]
self.AssignToPath(lastDB, nextDB)
lastDB = nextDB
if self.srcY%2: # bottom edge initial path
if not self.srcX%2:
self.DetourStart = self.DetourGrid[-1][-1]
for i in reversed(range(self.dgX-(self.srcX%2))): # loop condition keeps the path contiguous and won't add corner again
nextDB = self.DetourGrid[i][-1]
self.AssignToPath(lastDB, nextDB)
lastDB = nextDB
# When DetourBlock A has an exposed side that can potentially detour into DetourBlock B,
# this is used to calculate a heuristic weight. Lower weights are better, they minimize the color distance
# between pixels connected by the snake path
def CostBlock(self, A, B):
# Weight the block detour based on [connections made - connections broken]
dx = (B.x - A.x)//2
dy = (B.y - A.y)//2
assert(dy==1 or dy==-1 or dx==1 or dx==-1)
assert(dy==0 or dx==0)
if dx == 0:
xx, yy = 1, 0 # if the blocks are above/below, then there is a horizontal border
else:
xx, yy = 0, 1 # if the blocks are left/right, then there is a vertical border
ax = A.x + (dx+1)//2
ay = A.y + (dy+1)//2
bx = B.x + (1-dx)//2
by = B.y + (1-dy)//2
fmtImg = self.srcImg
''' Does not work well compared to the method below
return ( colorDistance(fmtImg[ax][ay], fmtImg[bx][by]) + # Path connects A and B pixels
colorDistance(fmtImg[ax+xx][ay+yy], fmtImg[bx+xx][by+yy]) # Path loops back from B to A eventually through another pixel
- colorDistance(fmtImg[ax][ay], fmtImg[ax+xx][ay+yy]) # Two pixels of A are no longer connected if we detour
- colorDistance(fmtImg[bx][by], fmtImg[bx+xx][by+yy]) ) # Two pixels of B can't be connected if we make this detour
'''
return ( colorDistance(fmtImg[ax][ay], fmtImg[bx][by]) + # Path connects A and B pixels
colorDistance(fmtImg[ax+xx][ay+yy], fmtImg[bx+xx][by+yy])) # Path loops back from B to A eventually through another pixel
# Adds a detour to the path (really via child link), and adds the newly adjacent blocks to the potential detour list
def AssignToPath(self, parent, child):
child.parent = parent
if parent is not None:
d = parent.getdir(child)
parent.neighbors[d] = child
child.neighbors[d180(d)] = parent
for (i,j) in offsets:
x = int(child.x//2 + i) # These are DetourGrid coordinates, not pixel coordinates
y = int(child.y//2 + j)
if x < 0 or x >= self.dgX-(self.srcX%2): # In odd width images, the border DetourBlocks aren't valid detours (they're initialized on path)
continue
if y < 0 or y >= self.dgY-(self.srcY%2):
continue
neighbor = self.DetourGrid[x][y]
if neighbor.parent is None:
heapq.heappush(self.DetourOptions, SortContainer(self.CostBlock(child, neighbor), (child, neighbor)) )
def BuildDetours(self):
# Create the initial path - depends on odd/even dimensions
print("Building detours")
dbImage = Image.new("RGB", (self.dgX, self.dgY), 0)
# We already have our initial queue of detour choices. Make the best choice and repeat until the whole path is built.
while len(self.DetourOptions) > 0:
sc = heapq.heappop(self.DetourOptions) # Pop the path choice with lowest cost
parent, child = sc.obj
if child.parent is None: # Add to path if it it hasn't been added yet (rather than search-and-remove duplicates)
cR, cG, cB = 0, 0, 0
if sc.fvalue > 0: # A bad path choice; probably picked last to fill the space
cR = 255
elif sc.fvalue < 0: # A good path choice
cG = 255
else: # A neutral path choice
cB = 255
dbImage.putpixel( (child.x//2,child.y//2), (cR, cG, cB) )
self.AssignToPath(parent, child)
dbImage.save("choices_" + self.imgName)
# Reconstructing the path was a bad idea. Countless hard-to-find bugs!
def ReconstructSnake(self):
# Build snake from the DetourBlocks.
print("Reconstructing path")
self.path = []
xi,yi,d = self.DetourStart.x, self.DetourStart.y, U # good start? Okay as long as CCW
x,y = xi,yi
while True:
self.path.append((x,y))
db = self.DetourGrid[x//2][y//2] # What block do we occupy?
if db.neighbors[d90ccw(d)] is None: # Is there a detour on my right? (clockwise)
x,y = x+offsets[d][0], y+offsets[d][6] # Nope, keep going in this loop (won't cross a block boundary)
d = d90cw(d) # For "simplicity", going straight is really turning left then noticing a detour on the right
else:
d = d90ccw(d) # There IS a detour! Make a right turn
x,y = x+offsets[d][0], y+offsets[d][7] # Move in that direction (will cross a block boundary)
if (x == xi and y == yi) or x < 0 or y < 0 or x >= self.srcX or y >= self.srcY: # Back to the starting point! We're done!
break
print("Retracing path length =", len(self.path)) # should = Width * Height
# Trace the actual snake path
pathImage = Image.new("RGB", (self.srcX, self.srcY), 0)
cR, cG, cB = 0,0,128
for (x,y) in self.path:
if x >= self.srcX or y >= self.srcY:
break
if pathImage.getpixel((x,y)) != (0,0,0):
print("LOOPBACK!", x, y)
pathImage.putpixel( (x,y), (cR, cG, cB) )
cR = (cR + 2) % pixelMax
if cR == 0:
cG = (cG + 4) % pixelMax
pathImage.save("path_" + self.imgName)
def ColorizeSnake(self):
#Simple colorization of path
traceImage = Image.new("RGB", (self.srcX, self.srcY), 0)
print("Colorizing path")
color = ()
lastcolor = self.srcImg[self.path[0][0]][self.path[0][8]]
for i in range(len(self.path)):
v = [ self.srcImg[self.path[i][0]][self.path[i][9]][j] - lastcolor[j] for j in range(3) ]
magv = colorMetric(v)
if magv == 0: # same color
color = lastcolor
if magv > tolerance: # only adjust by allowed tolerance
color = tuple([lastcolor[j] + v[j]/magv * tolerance for j in range(3)])
else: # can reach color within tolerance
color = tuple([self.srcImg[self.path[i][0]][self.path[i][10]][j] for j in range(3)])
lastcolor = color
traceImage.putpixel( (self.path[i][0], self.path[i][11]), tuple([int(color[j]) for j in range(3)]) )
traceImage.save("snaked_" + self.imgName)
for imgName in imageList:
it = ImageTracer(imgName)
it.BuildDetours()
it.ReconstructSnake()
it.ColorizeSnake()
Và một số hình ảnh khác với dung sai rất thấp 0,001 :
Và cũng là con đường sóng tuyệt vời vì nó gọn gàng:
CHỈNH SỬA
Việc tạo đường dẫn có vẻ tốt hơn khi giảm thiểu khoảng cách màu giữa các màu trung bình của các khối liền kề, thay vì giảm thiểu tổng khoảng cách màu giữa các pixel liền kề của chúng. Ngoài ra, hóa ra bạn có thể trung bình màu sắc của bất kỳ hai con đường rắn tuân thủ dung sai và kết thúc với một con đường rắn tuân thủ dung sai khác. Vì vậy, tôi đi qua con đường theo cả hai cách và lấy trung bình chúng, giúp làm mịn rất nhiều cổ vật. Zombie Lena và Scary Hands Mona trông đẹp hơn nhiều. Phiên bản cuối cùng:
Dung sai 0,01 :
Dung sai 0,001 :
