基于R语言DIY乐高拼图,苏大强表情包为例

作者: 虫虫搜奇ccsearchit | 来源:发表于2019-03-28 17:22 被阅读8次

    概述

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    很多人喜欢乐高积木,但是苦于囊中羞涩,媳妇不给钱买,怎么办呢?不要愁!虫虫今天给大家介绍一个很有意思的项目brickr,利用它我们可以利用R语言编程来玩乐高积木,学习游戏两不误,何乐而不为呢?

    brickr是基于R tidyverse和rayshader包来创建LEGO 2D和3D模型的工具包。利用它我们可以:

    将图像文件转换为2D和3D LEGO马赛克

    从简单的数据框架构建3D乐高模型

    安装

    必备软件和包:

    必须安装Rgui(或RStudio),Rtools,基本依赖包devtoolstidyverserayshaderdplyr等。

    RRtools必须下载二进制安装包安装。

    依赖包的安装方法很简单直接利用install.packages("XXX")

    安装brickr

    安装brickr要利用devtools从github库安装,安装方法如下:

    devtools::install_githu("ryantimpe/brickr")
    

    基本使用

    3D建模

    3D模型可以用两种方法构建:bricks_from_table函数和或bricks_from_coords函数。

    bricks_from_table():将矩阵数组转换为乐高积木。对于简单模型,可以通过data.frame()或tibble::tribble()函数手动构建。对于更高级的模型,建议可以通过Excel或.csv文件导入数据。导入的表格数据中最左侧的列与模型的Level或z轴相关联。默认情况下,该功能会将此值转换为数字。其他列是x坐标,每行是y坐标。

    bricks_from_coords():则使用用带有x,y和z整数值以及颜色列的数据框,其中x,y和z的每个组合都是三维空间中的一个点。颜色必须是display_colors()列出的官方乐高颜色名称。这种方法比bricks_from_table函数更灵活,还允许进行3D模型的编程开发。

    将任何brick_from _*()函数的输出传递给display_bricks()就可以查看其3D模型图。从一个简单例子开始:

    library(brickr)
    CC <- data.frame(
      Level="A",
      X1 = rep(1,4),
      X2 = rep(1,4)
    )
    CC
    

    结果:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    打印这个图

    CC %>%
      bricks_from_table() %>%
      display_bricks()
    rayshader::render_snapshot()
    
    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    上色

    有两种方法给brickr上色。display_colors()可以列出,支持的颜色标识ID和名称:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    在模型输入表中使用brickrID值而不是"1"。值"0"表示空值。

    创建颜色分配表并将其传递给bricks_from_table()即可,比如:

    CC_colors <- data.frame(
      .value = 1,
      Color = "Bright blue"
    )
    CC %>%
      bricks_from_table(CC_colors) %>%
      display_bricks()
    rayshader::render_snapshot()
    

    结果显示:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    堆积

    输入数组的Level列确定砖块的高度。bricks_from_table()会将字母数字级别转换为z坐标。

    CC <- data.frame(
      Level= c(rep("A",4), rep("B",4)),
      X1 = rep(1,4),
      X2 = rep(1,4)
    )
    CC %>%
      bricks_from_table(brick_colors) %>%
      display_bricks()
    rayshader::render_snapshot()
    

    结果:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    同理,我们可叠更多的层,不同的层使用不同的颜色

    CC <- data.frame(
      Level="A",
      X1 = rep(1,4),
      X2 = rep(1,4)
    )
    1:10 %>%
      purrr::map_df(~dplyr::mutate(CC, Level = LETTERS[.x], X1 = .x, X2 = .x)) %>%
      bricks_from_table() %>%
      display_bricks()
    rayshader::render_snapshot()
    

    结果如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    一个比较大的模型

    对于较大的模型,可以使用tibble::tribble(),从而更轻松地显示模型。如果在大一点的模型就需要从外部文件(exce)导入数据了。下面是一个使用tibble::tribble()的实例:

    Chongchong_model <- tibble::tribble(
      ~Level, ~X1, ~X2, ~X3, ~x4, ~x5, ~X6, ~x7, ~x8,
      "A", 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1,
      "A", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "A", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "A", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
      "B", 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1,
      "B", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "B", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "B", 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1,
      "C", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
      "C", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "C", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "C", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
      "D", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
      "D", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "D", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
      "D", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
      "E", 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
      "E", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
      "E", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
      "E", 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
    )
    Chongchong_colors <- tibble::tribble(
      ~`.value`, ~Color,
      1, "Bright green",
      2, "Dark orange"
    )
    Chongchong_model %>%
      bricks_from_table(Chongchong_colors) %>%
      display_bricks(theta = 210)
    rayshader::render_snapshot()
    

    结果显示如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    以编程方式构建模型

    使用bricks_from_coords()以编程方式构建3D LEGO模型,而不是通过表格手动绘。使用该函数,必须要提供x,y和z的坐标数组,以及每个点的颜色名称。比如:

    library(brickr)
    radius <- 4
    sphere_coords <- expand.grid(
      x = 1:round((radius*2.5)),
      y = 1:round((radius*2.5)),
      z = 1:round((radius/(6/5)*3))
    ) %>%
      mutate(
        dist = (((x-mean(x))^2 + (y-mean(y))^2 + (z-mean(z))^2)^(1/2)),
        Color = case_when(
          between(dist, (radius-1), radius) & (x+y+z) %% 6 %in% 0:1 ~ "Bright green",
          dist <= radius ~ "Bright red"
      ))
    sphere_coords %>%
      bricks_from_coords() %>%
      display_bricks(phi = 30, theta = 30)
    rayshader::render_snapshot()
    

    结果如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    马赛克

    马赛克功能可以对导入的JPG或PNG图像文件用乐高颜色和brick渲染生成2D和3D的马赛克拼图。我们以最近流行的苏大强表情为原始图进行处理:

    2D马赛克

    原始图:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    对原始图做渲染处理,渲染出蒙太奇拼图效果

    mosaic1 <- jpeg::readJPEG("sdq.jpg") %>%
    image_to_bricks(img_size = 148)
    mosaic1 %>% display_set()
    

    显示效果图如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    分辨率太高显示不出拼图效果来,我们把分辨率调小:

    mosaic1 <- jpeg::readJPEG("sdq.jpg") %>%
    scale_image(img_size = 48) %>%
    legoize() %>%
    collect_bricks()
    

    效果如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    image_to_brick函数可以参数设置如下:

    img_size: 单个值(例如148)表示图像裁剪为正方形;2元素阵列c(56,48)将输出宽度*高度的矩形图像。

    color_table:马赛克中可能的拼块颜色的数据框。默认为包含的数据集lego_colors。

    brightness:大于1的值将使图像变亮,而小于1的值将使图像变暗。

    display_set(): 引入的ggplot图像。

    3D马赛克

    另外两个函数可以以使用rayshader包将image_to_bricks数据输出转换为3D马赛克:

    **collect_3d(): **将2D LEGO马赛克转换为两个矩阵:一个用于彩色图像,另一个用于图像上每个点的高度。默认情况下,生成的图像具有6个LEGO板(2个LEGO砖)的高度,颜色较浅,具有较高的高度。可以使用mosaic_height设置马赛克的高度,通过highest_el ='dark'设置最高的砖块以较暗的颜色。

    display_3d: 调用rayshader::plot_3d(),但是从collect_3d的输出中提取山体阴影和高程矩阵并修复一些参数。更详细信息参考rayshader::plot_3d()的官方文档。比如:

    library(rayshader)
    mosaic1 %>%
    collect_3d() %>%
    display_3d(fov=0,theta=-20,phi=30,windowsize=c(1000,800),zoom=0.7)
    render_snapshot()
    

    3D拼图效果如下:

    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    乐高马赛克IRL

    该项目还支持,建立乐高马赛克拼图过程图集。具体功能介绍如下:

    使用generate_instructions()将LEGO马赛克图像分解为更易于阅读的构建集合的步骤。默认为6步,具体步骤可以通过整数参数设置。

    mosaic1 %>% generate_instructions(9)
    
    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    实需部件计数

    当然brickr实际上不是一个纯指上谈兵的项目,而是一个可以线下实操的项目,项目可以这些提供功能,包括display_piecetable_pieces函数。

    使用display_pieces()函数可以生成所有必需的插图块的形状和数量。这些按颜色和大小排序,可以适用男高级搜索选项在乐高官网的Pick-a-Brick购买,当然前提是你必须先让媳妇批准你的预算。也可以使用table_pieces()生成所有必需砖块的数据框表。

    mosaic1 %>% display_pieces()
    
    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
    mosaic1 %>% table_pieces()
    
    利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图

    怎么样,少年?是不是心动了,那就赶紧整一个,拼呗。什么?没钱!那好吧,今天的内容就到这里,欢迎关注虫虫。

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