字符作畫，我用字符畫個冰墩墩

哈嘍，大家好啊，我是阿朗。

已經 2022 年了，最近北京冬奧會的吉祥物冰墩墩很火，據(jù)說一墩難求，各種視頻新聞應接不暇。程序員要有程序員的方式，今天我來用 Java 畫一個由字符組成的冰墩墩送給大家，這篇文章記錄字符圖案的生成思路以及過程。

下面是一個由字符W@#&8*0. 等字符組成的冰墩墩圖案。

1. 字符圖案思路

我們都知道數(shù)字圖片是一個二維圖像，它使用一個有限的二維數(shù)組保存每個像素點顏色信息，這些像素點的顏色信息通常使用 RGB 模式進行記錄。所以從本質上看，我們常見的圖片就是一個保存了像素信息的二維數(shù)組。

基于以上的圖片原理，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果想要把一個圖片轉換成字符圖案，只需要把每個像素點的顏色信息轉換成某個字符就可以了，所以可以理出把圖片轉換成字符圖案的步驟如下。

1. 縮放圖片到指定大小，為了保證輸出的字符數(shù)量不會太多。
2. 遍歷圖片的像素點，獲取每個像素點的顏色信息。
3. 根據(jù)像素點的顏色信息，轉換成灰度（亮度）信息。
4. 把亮度信息轉換成相應的字符。
5. 輸出字符圖案，也就是打印二維字符數(shù)組。

2. 圖片的縮放

如上所述，我們既然想要把每個像素點的顏色信息轉換成某個字符，如果像素點過多的話，雖然會增加字符圖片的還原度，但是看起來會非常麻煩，因為那么多字符你的屏幕可能顯示不完。

因此，我們要先對圖片進行縮放，縮放到一定大小后再進行字符化。這里為了方便，直接使用 Java 自帶的圖片處理方式進行圖片縮放，下面的代碼示例都是指定寬度進行縮放，高度等比例計算后進行縮放。

Java 中調整圖片大小主要有兩種方式：

1. 使用 java.awt.Graphics2D 調整圖片大小。
2. 使用 Image.getScaledInstance 調整圖片大小。

2.1. java.awt.Graphics2D

Graphics2D 是 Java 平臺提供的可以渲染二維形狀、文本、圖像的基礎類，下面是使用 Graphics2D 進行圖片大小調整的簡單示例。

/**
?*?圖片縮放
?*
?*?@param?srcImagePath??圖片路徑
?*?@param?targetWidth???目標寬度
?*?@return
?*?@throws?IOException
?*/
public?static?BufferedImage?resizeImage(String?srcImagePath,?int?targetWidth)?throws?IOException?{
????Image?srcImage?=?ImageIO.read(new?File(srcImagePath));
????int?targetHeight?=?getTargetHeight(targetWidth,?srcImage);
????BufferedImage?resizedImage?=?new?BufferedImage(targetWidth,?targetHeight,?BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
????Graphics2D?graphics2D?=?resizedImage.createGraphics();
????graphics2D.drawImage(srcImage,?0,?0,?targetWidth,?targetHeight,?null);
????graphics2D.dispose();
????return?resizedImage;
}

/**
?*?根據(jù)指定寬度，計算等比例高度
?*
?*?@param?targetWidth???目標寬度
?*?@param?srcImage??????圖片信息
?*?@return
?*/
private?static?int?getTargetHeight(int?targetWidth,?Image?srcImage)?{
????int?targetHeight?=?srcImage.getHeight(null);
????if?(targetWidth?null))?{
????????targetHeight?=?Math.round((float)targetHeight?/?((float)srcImage.getWidth(null)?/?(float)targetWidth));
????}
????return?targetHeight;
}

代碼中的 BufferedImage.TYPE_INT_RGB 表示所使用的顏色模型，所有的顏色模型可以在 Java doc - Image 文檔中看到。

調整大小后的圖片可以通過以下方式保存。

BufferedImage?image?=?resizeImage("/Users/darcy/Downloads/bingdundun.jpeg",?200);
File?file?=?new?File("/Users/darcy/Downloads/bingdundun_resize.jpg");
ImageIO.write(image,?"jpg",?file);

下面把原圖為 416 x 500 的冰墩墩圖片縮放到 200 x 240 的效果。

2.2. Image.getScaledInstance

這是 Java 原生功能調整圖片大小的另一種方式，使用這種方式調整圖片大小簡單方便，生成的圖片質量也不錯，代碼比較簡潔，但是這種方式的效率并不高。

/**
?*?圖片縮放
?*
?*?@param?srcImagePath??圖片路徑
?*?@param?targetWidth???目標寬度
?*?@return
?*?@throws?IOException
?*/
public?static?BufferedImage?resizeImage2(String?srcImagePath,?int?targetWidth)?throws?IOException?{
????Image?srcImage?=?ImageIO.read(new?File(srcImagePath));
????int?targetHeight?=?getTargetHeight(targetWidth,?srcImage);
????Image?image?=?srcImage.getScaledInstance(targetWidth,?targetHeight,?Image.SCALE_DEFAULT);
????BufferedImage?bufferedImage?=?new?BufferedImage(targetWidth,?targetHeight,?BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
????bufferedImage.getGraphics().drawImage(image,?0,?0,?null);
????return?bufferedImage;
}
//?getTargetHeight?同?java.awt.Graphics2D?中示例代碼

代碼中的 Image.SCALE_DEFAULT 表示圖片縮放使用的算法，在Java doc - Image 文檔中可以查看所有可以使用的算法。

3. RGB 灰度計算

我們知道圖片是由像素點組成的，每個像素點存儲了顏色信息，通常是 RGB 信息，所以我們想要把每個像素點轉換成字符，也就是把像素點中的 RGB 信息的灰度表達出來，不同的灰度給出不同的字符進行表示。

比如我們把灰度分為 10 個等級，每個等級從高到低選擇一個字符進行標識。

'W',?'@',?'#',?'8',?'&',?'*',?'o',?':',?'.',?'?'

那么如何進行灰度計算呢？目前常見的計算方法有平均值法、加權均值法、伽馬校正法等。這里直接使用與伽馬校正線性相似的數(shù)學公式進行計算，這也是 MATLAB、 Pillow和 OpenCV 使用的方法。

4. 輸出字符圖片

前期準備已經完成了，我們已經把圖片進行了縮放，同時也知道了如何把圖片中的每個像素點上的 RGB 信息轉換成灰度值，那么我們只需要遍歷縮放后的圖片的 RGB 信息，進行灰度轉換，然后選擇對應的字符進行打印即可。

public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{
????BufferedImage?image?=?resizeImage("/Users/darcy/Downloads/bingdundun.jpeg",?150);
????printImage(image);
}

/**
?*?字符圖片打印
?*
?*?@param?image
?*?@throws?IOException
?*/
public?static?void?printImage(BufferedImage?image)?throws?IOException?{
????final?char[]?PIXEL_CHAR_ARRAY?=?{'W',?'@',?'#',?'8',?'&',?'*',?'o',?':',?'.',?'?'};
????int?width?=?image.getWidth();
????int?height?=?image.getHeight();
????for?(int?i?=?0;?i?????????for?(int?j?=?0;?j?????????????int?rgb?=?image.getRGB(j,?i);
????????????Color?color?=?new?Color(rgb);
????????????int?red?=?color.getRed();
????????????int?green?=?color.getGreen();
????????????int?blue?=?color.getBlue();
????????????//?一個用于計算RGB像素點灰度的公式
????????????Double?grayscale?=?0.2126?*?red?+?0.7152?*?green?+?0.0722?*?blue;
????????????double?index?=?grayscale?/?(Math.ceil(255?/?PIXEL_CHAR_ARRAY.length)?+?0.5);
????????????System.out.print(PIXEL_CHAR_ARRAY[(int)(Math.floor(index))]);
????????}
????????System.out.println();
????}
}

//?resizeImage?同第二部分代碼

這里我選擇一張冰墩墩的圖片，可以看到輸出后的效果。

5. 其他字符圖片

下面是一些其他圖片轉字符圖的效果展示。

2022 年，虎虎生威字符畫。

進擊的巨人人物 - 三笠字符畫。

一如既往，文章中的代碼存放在：github.com/niumoo/lab-notes

參考

[1] https://www.kdnuggets.com/2019/12/convert-rgb-image-grayscale.html

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Grayscale