Python 2 com PIL
Isso ainda é um trabalho em andamento. Além disso, o código abaixo é uma bagunça horrível de espaguete e não deve ser usado como inspiração. :)
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!")
Como funciona
O programa divide a tela em Pregiões, cada uma das quais consiste em um número de células sem furos. Inicialmente, a tela é apenas dividida em quadrados aproximados, que são atribuídos aleatoriamente às regiões. Em seguida, essas regiões são "deformadas" em um processo iterativo, em que um determinado pixel pode mudar sua região se
- a alteração diminuiria a distância RGB do pixel da cor média da região que o contém e
- não quebra nem mescla células nem introduz orifícios nelas.
A última condição pode ser aplicada localmente, portanto o processo é um pouco como um autômato celular. Dessa forma, não precisamos fazer nenhuma busca de caminho ou algo assim, o que acelera bastante o processo. No entanto, como as células não podem ser quebradas, algumas delas terminam como "filamentos" que limitam outras células e inibem seu crescimento. Para corrigir isso, existe um processo chamado "corte de filamento", que ocasionalmente quebra uma célula em forma de filamento em duas, se houver menos do que as Ncélulas naquele momento. As células também podem desaparecer se o tamanho for 1, e isso abre espaço para os cortes dos filamentos.
O processo termina quando nenhum pixel tem o incentivo para mudar de região e, depois disso, cada região é simplesmente colorida por sua cor média. Geralmente haverá alguns filamentos restantes na saída, como pode ser visto nos exemplos abaixo, especialmente na nebulosa.
P = 30, N = 500
Mais fotos depois.
Algumas propriedades interessantes do meu programa são probabilísticas, de modo que os resultados podem variar entre diferentes execuções, a menos que você use a mesma semente pseudo-aleatória, é claro. A aleatoriedade não é essencial, porém, eu só queria evitar artefatos acidentais que possam resultar da maneira particular em que o Python percorre um conjunto de coordenadas ou algo semelhante. O programa tende a usar todas as Pcores e quase todas as Ncélulas, e as células nunca contêm furos por design. Além disso, o processo de deformação é bastante lento. As bolas coloridas levaram quase 15 minutos para serem produzidas na minha máquina. No lado positivo, você liga oGRAPHICAL_LOGGINGComo opção, você obterá uma série legal de fotos do processo de deformação. Transformei as da Mona Lisa em uma animação GIF (reduzi 50% para reduzir o tamanho do arquivo). Se você olhar atentamente para o rosto e o cabelo dela, poderá ver o processo de corte do filamento em ação.
