Как сохранить метаданные игры в файле .png?

Spore позволяет создавать существа, созданные игроком, путем экспорта .pngфайла. Это .pngфотография существа, но если она импортирована в игру, информация о существе (например, текстуры, размер и форма) также приходит с ним.

Как я могу реализовать такую ​​функцию?

Если вам действительно нужен файл PNG, скорее всего, они просто добавят информацию в файл. Это на самом деле практика стеганографии . В большинстве случаев это используется для сокрытия полезных нагрузок или секретных сообщений в вещах, которые кажутся общедоступными. Однако вполне вероятно, что в этом случае этот метод является тем, что использовалось. Типичная стегонография будет скрывать содержимое, но нет причины, по которой нельзя просто добавить данные из изображения в конец файла и извлечь его.

Несколько инструментов кодируют эти данные для вас, поиск Google выявляет, по крайней мере, это и это .

PNG имеет байтовую подпись $89в начале, поэтому возможно, что информация была вставлена ​​после самой структуры PNG и просто проанализирована игрой SPORE.

Однако дальнейшие исследования, проведенные другими ответами и поиском в Google, показывают, что Spore фактически использовала только версию Stegongraphy, чтобы скрыть информацию в альфа-битах. Имея это в виду, мы можем исключить возможность добавления данных или метаданных.

Следует отметить, что метаданные все еще являются очень жизнеспособным выбором, если данные анализируются локально. Если эта информация может быть передана через Интернет или перекодирована, экспорт не гарантирует сохранение всей вашей информации. Когда используются пиксельные данные, они могут без потерь переживать преобразования без потерь.

Формат PNG поддерживает более или менее произвольные метаданные. Стандарт PNG определяет файл PNG, по существу, последовательность фрагментов, некоторые из которых являются обязательными (и содержат данные изображения). Другие, однако, не являются обязательными. Например, есть блок для хранения гамма-информации или данных гистограммы.

В частности, есть tEXtблок, который можно использовать для хранения произвольных пар ключ / значение. Это может быть использовано для отправки произвольных данных любого типа, которые вы хотите, при условии, что вы можете представить эти данные в виде текста (что весьма вероятно).

Вам понадобится библиотека PNG, которая позволит вам получать доступ к этим дополнительным фрагментам (например, справочная библиотека ) и манипулировать ими , или вам нужно будет написать ее самостоятельно. Тогда нужно просто выбрать способ кодирования данных в виде пар ключ / значение. Я бы предложил следующее:

• выбирайте имена ключей с префиксом имени вашего проекта или кодового имени как способ создания грубой системы «пространства имен» и избегайте потенциальных конфликтов с использованием данных другими приложениями
• не пытайтесь хранить фактические текстуры таким образом, храните ссылки на те текстуры, которые указывают в базе данных ресурсов вашей игры
• такие данные, как размер существа или объекта, вес и так далее - простые скаляры, в основном - могут быть тривиально сохранены

В интересах более полного ответа я также укажу, что существует другой подход (ранее задокументированный в ответах @Vaughn и @ Alexis): кодировать дополнительные данные, которые вы хотите, непосредственно в пикселях изображения, распределяя их по младшие биты цветовых каналов. Этот подход не требует использования дополнительных метаданных, что означает, что вы можете реализовать их полностью, не полагаясь на них или не беспокоясь о том, что внешние программы неправильно обрабатывают эти метаданные. Он также имеет очень высокий «крутой» коэффициент, и поскольку вы используете только младшие биты, изображение все равно будет выглядеть правильно для человеческого глаза. Однако это означает, что размер вашего изображения является основным определяющим фактором для объема данных, которые вы можете хранить; если вам нужно больше памяти, вам нужно выделить больше пикселей для изображения.

Как уже отмечали другие, этот процесс известен как стеганография .

Разработчик Монако действительно сделал отличную статью о том, как они и Spore достигли этого.

Основная сводка того, что они делают, довольно проста:

• Преобразуйте ваши данные в двоичный файл
• Преобразование целевого изображения в необработанное растровое изображение
• Пройдите по пикселям изображения в некотором предсказуемом порядке (они просто идут слева направо из верхнего левого угла).
• Запишите один бит в бит самого низкого порядка каждого цветового канала каждого пикселя
• Снова экспортируйте измененное растровое изображение в png

Просто сделайте это в обратном порядке, чтобы получить ваши данные.

Основная идея этого процесса заключается в том, что в изображении много пикселей, а биты младшего разряда каждого цветового канала не имеют большого значения. значения. Кроме того, около половины написанных вами битов будут такими же, какими были биты в изображении. То, что вы получите, по сути, правильное изображение, но со странными артефактами. Он тратит время, чтобы заметить, что эти артефакты действительно заметны, только если вы действительно проверяете контрастность / насыщенность и увеличение. Однако у него есть исходные изображения с большим количеством начальных шумов.

Из статьи:

Обратите внимание, что на последнем изображении едва заметна горизонтальная линия в шуме. Это конец данных уровня. Это означает, что я могу фактически вписать все данные уровня в изображение размером 265x120 пикселей, используя только младший бит.

ПОЛЕЗНОЕ ДОБАВЛЕНИЕ:

Что-то, что я мог сделать, и я полагаю, что люди Spore сделали то же самое, фактически используют ВСЕ цветовые биты в пикселях, которые на 100% прозрачны. Поскольку эти пиксели прозрачны, не имеет значения, какой цвет вы им зададите.

Однако я не могу этого сделать, поскольку я использую все изображение, а это означает, что у меня нет прозрачных пикселей для работы.

Зачем предпочитать эту технику, а не просто хранить ее в метаданных?

• Это веселее! :)
• Сервисы могут манипулировать метаданными (возможно, как функция конфиденциальности / безопасности), но не должны манипулировать пикселями вашего png, если у них нет агрессивных требований к размещению изображений (глядя на вас, facebook). Но если они полностью реэкспортируют ваше изображение, вы ничего не сможете с этим сделать.

Дополнительный кредит: чтобы уменьшить заметность шума, вы можете использовать PRNG с фиксированным начальным числом для выбора пикселей для модификации. Вы также можете изменить некоторые цветовые каналы только аналогичным образом.

Я скачал и исследовал несколько существ Spore из Sporepedia. От тех, кого я узнал, что:

• Изображения не содержат никакой информации в дополнение к стандартным данным изображения.
• Стенографические данные были сохранены без учета изображения, можно предположить, что прозрачные части использовались исключительно, но это не так.
• Использование хранилища зависит от объема информации, которая должна быть сохранена, некоторые изображения используют только младший значащий бит для хранения данных, некоторые используют два младших значащих бита, некоторые могут использовать больше.
• Формат Spore позволяет избежать использования бита только для одной части изображения, младший значащий бит изменяется по всему изображению, если используется второй младший значащий бит, он используется для всего изображения. Предположительно это делается с использованием случайного заполнения. Это позволяет избежать изменения качества, которое может быть более тревожным для зрителя, чем сам шум.
• Все четыре канала используются одинаково, канал непрозрачности не подвергается специальной обработке, поэтому некоторые прозрачные пиксели слегка непрозрачны, а некоторые непрозрачные пиксели слегка прозрачны.

Стоит отметить, что это именно то, что делает Spore, это метод, который ставит простоту перед большинством других проблем.

Выбор использования стенографии, а не дополнительного блока данных означает, что данные выживут, если изображение перекодируется, например, веб-сайтом, хотя оно не выдержит масштабирования или сжатия Jpeg.

Я думаю, что наиболее выдающейся альтернативой на самом деле является только кодирование идентификатора на изображении и сохранение фактических данных на центральном сервере, где этот идентификатор можно обменять на точные данные о существе. Такой идентификатор будет достаточно коротким, чтобы его можно было закодировать в формате стенографии, устойчивом к масштабированию и сжатию.

Возможные простые улучшения формата Spore включают в себя:

• Используйте только или предпочитайте использовать значения цвета прозрачных пикселей, они не имеют визуального различия.
• Больше используйте синий канал, а зеленый - меньше, синий цвет оказывает меньшее влияние на изображение.
• Поддерживая яркость каждого пикселя близкой к неизменной и кодируя данные в цветности, небольшой шум в этом параметре практически не обнаруживается людьми.