Python 2 с PIL
Это все еще в стадии разработки. Кроме того, приведенный ниже код представляет собой ужасный беспорядок спагетти, и его не следует использовать в качестве вдохновения. :)
from PIL import Image, ImageFilter
from math import sqrt
from copy import copy
from random import shuffle, choice, seed
IN_FILE = "input.png"
OUT_FILE = "output.png"
LOGGING = True
GRAPHICAL_LOGGING = False
LOG_FILE_PREFIX = "out"
LOG_FILE_SUFFIX = ".png"
LOG_ROUND_INTERVAL = 150
LOG_FLIP_INTERVAL = 40000
N = 500
P = 30
BLUR_RADIUS = 3
FILAMENT_ROUND_INTERVAL = 5
seed(0) # Random seed
print("Opening input file...")
image = Image.open(IN_FILE).filter(ImageFilter.GaussianBlur(BLUR_RADIUS))
pixels = {}
width, height = image.size
for i in range(width):
for j in range(height):
pixels[(i, j)] = image.getpixel((i, j))
def dist_rgb((a,b,c), (d,e,f)):
return (a-d)**2 + (b-e)**2 + (c-f)**2
def nbors((x,y)):
if 0 < x:
if 0 < y:
yield (x-1,y-1)
if y < height-1:
yield (x-1,y+1)
if x < width - 1:
if 0 < y:
yield (x+1,y-1)
if y < height-1:
yield (x+1,y+1)
def full_circ((x,y)):
return ((x+1,y), (x+1,y+1), (x,y+1), (x-1,y+1), (x-1,y), (x-1,y-1), (x,y-1), (x+1,y-1))
class Region:
def __init__(self):
self.points = set()
self.size = 0
self.sum = (0,0,0)
def flip_point(self, point):
sum_r, sum_g, sum_b = self.sum
r, g, b = pixels[point]
if point in self.points:
self.sum = (sum_r - r, sum_g - g, sum_b - b)
self.size -= 1
self.points.remove(point)
else:
self.sum = (sum_r + r, sum_g + g, sum_b + b)
self.size += 1
self.points.add(point)
def mean_with(self, color):
if color is None:
s = float(self.size)
r, g, b = self.sum
else:
s = float(self.size + 1)
r, g, b = map(lambda a,b: a+b, self.sum, color)
return (r/s, g/s, b/s)
print("Initializing regions...")
aspect_ratio = width / float(height)
a = int(sqrt(N)*aspect_ratio)
b = int(sqrt(N)/aspect_ratio)
num_components = a*b
owners = {}
regions = [Region() for i in range(P)]
borders = set()
nodes = [(i,j) for i in range(a) for j in range(b)]
shuffle(nodes)
node_values = {(i,j):None for i in range(a) for j in range(b)}
for i in range(P):
node_values[nodes[i]] = regions[i]
for (i,j) in nodes[P:]:
forbiddens = set()
for node in (i,j-1), (i,j+1), (i-1,j), (i+1,j):
if node in node_values and node_values[node] is not None:
forbiddens.add(node_values[node])
node_values[(i,j)] = choice(list(set(regions) - forbiddens))
for (i,j) in nodes:
for x in range((width*i)/a, (width*(i+1))/a):
for y in range((height*j)/b, (height*(j+1))/b):
owner = node_values[(i,j)]
owner.flip_point((x,y))
owners[(x,y)] = owner
def recalc_borders(point = None):
global borders
if point is None:
borders = set()
for i in range(width):
for j in range(height):
if (i,j) not in borders:
owner = owner_of((i,j))
for pt in nbors((i,j)):
if owner_of(pt) != owner:
borders.add((i,j))
borders.add(pt)
break
else:
for pt in nbors(point):
owner = owner_of(pt)
for pt2 in nbors(pt):
if owner_of(pt2) != owner:
borders.add(pt)
break
else:
borders.discard(pt)
def owner_of(point):
if 0 <= point[0] < width and 0 <= point[1] < height:
return owners[point]
else:
return None
# Status codes for analysis
SINGLETON = 0
FILAMENT = 1
SWAPPABLE = 2
NOT_SWAPPABLE = 3
def analyze_nbors(point):
owner = owner_of(point)
circ = a,b,c,d,e,f,g,h = full_circ(point)
oa,ob,oc,od,oe,of,og,oh = map(owner_of, circ)
nbor_owners = set([oa,oc,oe,og])
if owner not in nbor_owners:
return SINGLETON, owner, nbor_owners - set([None])
if oc != oe == owner == oa != og != oc:
return FILAMENT, owner, set([og, oc]) - set([None])
if oe != oc == owner == og != oa != oe:
return FILAMENT, owner, set([oe, oa]) - set([None])
last_owner = oa
flips = {last_owner:0}
for (corner, side, corner_owner, side_owner) in (b,c,ob,oc), (d,e,od,oe), (f,g,of,og), (h,a,oh,oa):
if side_owner not in flips:
flips[side_owner] = 0
if side_owner != corner_owner or side_owner != last_owner:
flips[side_owner] += 1
flips[last_owner] += 1
last_owner = side_owner
candidates = set(own for own in flips if flips[own] == 2 and own is not None)
if owner in candidates:
return SWAPPABLE, owner, candidates - set([owner])
return NOT_SWAPPABLE, None, None
print("Calculating borders...")
recalc_borders()
print("Deforming regions...")
def assign_colors():
used_colors = {}
for region in regions:
r, g, b = region.mean_with(None)
r, g, b = int(round(r)), int(round(g)), int(round(b))
if (r,g,b) in used_colors:
for color in sorted([(r2, g2, b2) for r2 in range(256) for g2 in range(256) for b2 in range(256)], key=lambda color: dist_rgb(color, (r,g,b))):
if color not in used_colors:
used_colors[color] = region.points
break
else:
used_colors[(r,g,b)] = region.points
return used_colors
def make_image(colors):
img = Image.new("RGB", image.size)
for color in colors:
for point in colors[color]:
img.putpixel(point, color)
return img
# Round status labels
FULL_ROUND = 0
NEIGHBOR_ROUND = 1
FILAMENT_ROUND = 2
max_filament = None
next_search = set()
rounds = 0
points_flipped = 0
singletons = 0
filaments = 0
flip_milestone = 0
logs = 0
while True:
if LOGGING and (rounds % LOG_ROUND_INTERVAL == 0 or points_flipped >= flip_milestone):
print("Round %d of deformation:\n %d edit(s) so far, of which %d singleton removal(s) and %d filament cut(s)."%(rounds, points_flipped, singletons, filaments))
while points_flipped >= flip_milestone: flip_milestone += LOG_FLIP_INTERVAL
if GRAPHICAL_LOGGING:
make_image(assign_colors()).save(LOG_FILE_PREFIX + str(logs) + LOG_FILE_SUFFIX)
logs += 1
if max_filament is None or (round_status == NEIGHBOR_ROUND and rounds%FILAMENT_ROUND_INTERVAL != 0):
search_space, round_status = (next_search & borders, NEIGHBOR_ROUND) if next_search else (copy(borders), FULL_ROUND)
next_search = set()
max_filament = None
else:
round_status = FILAMENT_ROUND
search_space = set([max_filament[0]]) & borders
search_space = list(search_space)
shuffle(search_space)
for point in search_space:
status, owner, takers = analyze_nbors(point)
if (status == FILAMENT and num_components < N) or status in (SINGLETON, SWAPPABLE):
color = pixels[point]
takers_list = list(takers)
shuffle(takers_list)
for taker in takers_list:
dist = dist_rgb(color, owner.mean_with(None)) - dist_rgb(color, taker.mean_with(color))
if dist > 0:
if status != FILAMENT or round_status == FILAMENT_ROUND:
found = True
owner.flip_point(point)
taker.flip_point(point)
owners[point] = taker
recalc_borders(point)
next_search.add(point)
for nbor in full_circ(point):
next_search.add(nbor)
points_flipped += 1
if status == FILAMENT:
if round_status == FILAMENT_ROUND:
num_components += 1
filaments += 1
elif max_filament is None or max_filament[1] < dist:
max_filament = (point, dist)
if status == SINGLETON:
num_components -= 1
singletons += 1
break
rounds += 1
if round_status == FILAMENT_ROUND:
max_filament = None
if round_status == FULL_ROUND and max_filament is None and not next_search:
break
print("Deformation completed after %d rounds:\n %d edit(s), of which %d singleton removal(s) and %d filament cut(s)."%(rounds, points_flipped, singletons, filaments))
print("Assigning colors...")
used_colors = assign_colors()
print("Producing output...")
make_image(used_colors).save(OUT_FILE)
print("Done!")
Как это работает
Программа делит холст на Pобласти, каждая из которых состоит из некоторого количества ячеек без отверстий. Изначально холст просто делится на приблизительные квадраты, которые случайным образом назначаются регионам. Затем эти области «деформируются» в итеративном процессе, где данный пиксель может изменить свою область, если
- изменение уменьшило бы расстояние RGB пикселя от среднего цвета области, которая его содержит, и
- это не ломает или объединяет ячейки или вводит отверстия в них.
Последнее условие может быть применено локально, поэтому процесс немного напоминает клеточный автомат. Таким образом, нам не нужно выполнять поиск пути или что-то подобное, что значительно ускоряет процесс. Однако, поскольку клетки не могут быть разрушены, некоторые из них в конечном итоге становятся длинными "нитями", которые граничат с другими клетками и препятствуют их росту. Чтобы это исправить, существует процесс, называемый «разрезание нити», который иногда разбивает ячейку в форме нити на две части, если Nв это время клеток меньше . Клетки также могут исчезнуть, если их размер равен 1, и это освобождает место для порезов нитей.
Процесс заканчивается, когда ни у одного пикселя нет стимула для переключения областей, и после этого каждая область просто окрашивается своим средним цветом. Обычно на выходе остаются нити, как видно из приведенных ниже примеров, особенно в туманности.
P = 30, N = 500
Больше фотографий позже.
Некоторые интересные свойства моей программы заключаются в том, что она вероятностная, поэтому результаты могут отличаться в зависимости от разных прогонов, если, конечно, вы не используете одно и то же псевдослучайное начальное число. Случайность не является существенной, однако, я просто хотел избежать любых случайных артефактов, которые могут возникнуть в результате того, как Python пересекает набор координат или что-то подобное. Программа имеет тенденцию использовать все Pцвета и почти все Nячейки, и ячейки никогда не содержат отверстий по дизайну. Кроме того, процесс деформации довольно медленный. Цветные шары заняли почти 15 минут, чтобы произвести на моей машине. С другой стороны, вы включаетеGRAPHICAL_LOGGINGвариант, вы получите классную серию фотографий процесса деформации. Я сделал из Mona Lisa анимацию в формате GIF (уменьшил на 50%, чтобы уменьшить размер файла). Если вы присмотритесь к ее лицу и волосам, вы сможете увидеть процесс резки нитей в действии.
