用R制作gif动态图以及从gif中提取图片

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熟悉R的朋友，肯定知道animation包，它可将一系列用R绘制的静态图转化为各种格式的动图或视频(比如：gif, mp4, avi等格式)。事实上，它是通过R去调用一些图片或视频处理程序(比如：ImageMagick, GraphicsMagick, FFmpeg等)来实现这些功能的，因此如果要使用这些功能，相应外部程序也必须要安装。关于animation包的详情可参考https://cran.r-project.org/web/packages/animation/。

由于animation包只能将R绘制的静态图转化为动图，它不能处理外部图片以及gif动态图。因此我将在这篇博客教大家如何用R从gif中提取图片以及如何将外部图片制作成gif动态图，我将以下面的gif动图为例：

1. 下载ImageMagick

ImageMagick是一款功能强大、稳定而且免费开源的图片处理工具集，可以用来读、写和处理超过200种不同格式的图片文件，详情可参考其官网https://www.imagemagick.org。

这里我们也将通过R来调用ImageMagick来实现我们的功能。我们用的是ImageMagick的Windows portable版(便携版，也即免安装版)，我将安装压缩包已上传至百度网盘(包括32位和64位系统的，解压就可以用，无需安装)，你也可从官网下载https://www.imagemagick.org/script/download.php。

ImageMagick 免安装版

2. 从gif动图中提取每帧图片

在ImageMagick中可通过命令行模式来实现这个功能，其一般命令为convert test.gif -coalesce result_%05d.png。下面通过R来调用这个命令，我将其封装成一个叫gif2frames()的函数，其各参数的意义见函数内部的注释：

gif2frames <- function(pathIn='',
                       pathOut='',
                       ImageMagick_path='',
                       frameFormat='png',
                       prefixFrame='/frame_%05d.'){
  
  ##### arguments
  # pathIn: gif文件所在路径
  # pathOut: 图片保存路径
  # ImageMagick_path: ImageMagick convert命令所在路径
  # frameFormat: 图片保存的格式类型
  # prefixFrame: 图片文件名的格式
  
  ##### return
  # None
  
  if(!dir.exists(pathOut))  ##自动创建保存图片的文件夹
    dir.create(pathOut)
  
  command <- paste(ImageMagick_path, pathIn, '-coalesce', paste0(pathOut, prefixFrame, frameFormat))
  #system('F:R_tutorials/gif/ImageMagick-7.0.8-64bit/convert test.gif -coalesce ./frames/frame_%05d.png')
  system(command)  ##调用外部的ImageMagick程序
}

从上面代码可知，最后我们通过R中的system()函数来调用外部ImageMagick程序来实现所需功能。

来测试一下：

pathIn <- 'test.gif'
pathOut <- './frames/'
ImageMagick_path <- './ImageMagick-7.0.8-64bit/convert'

gif2frames(pathIn, pathOut, ImageMagick_path)

运行完上面代码后，test.gif动图中的每一帧都保存在frames文件夹下，如下图：

用R提取gif中的每帧图片就算实现了，是不是很简单！！！

3. 制作gif

下面我将使用上一步提取到的图片(即frames文件夹下的170帧图片)为例，来介绍如何制作gif，这可以看作为上一步的逆过程。我也将其封装成一个叫frames2gif的函数：

frames2gif <- function(pathIn='',
                       pathOut='',
                       ImageMagick_path='',
                       resize_ratio=1,
                       delay=40,
                       frameFormat='png',
                       everyFrame=1){
  
  ##### arguments
  # pathIn: 图片所在路径
  # pathOut: 生成的gif所保存的路径
  # ImageMagick_path: ImageMagick convert命令所在路径
  # resize_ratio: 调节gif的尺寸，默认为1。如果为0.5，gif的长度和宽度将是图片尺寸的一半
  # delay: 设置帧与帧之间的时间间隔，默认为40(表示0.4s)。如果为200,那么时间间隔即为2s
  # frameFormat: 图片的格式
  # everyFrame: 如果为3，只使用pathIn文件夹下的第1, 4, 7，10，13帧，.....图片来制作gif，默认使用所有图片
  
  ##### return
  # None
  
  ## create temp dir to store frames used to create gif.
  tempdir <- paste0(pathIn, '/temp')
  dir.create(tempdir)
  
  files <- list.files(pathIn, pattern=paste0('*.', frameFormat), recursive=FALSE, full.names=TRUE)
  index <- seq(1, length(files), by=everyFrame)
  file.copy(files[index], tempdir)
  
  command <- paste(ImageMagick_path,
                   '-resize', paste0(as.integer(100L*resize_ratio), '%'),
                   '-delay', delay, 
                   paste0(tempdir,'/*.', frameFormat),
                   pathOut)
  #system('F:R_tutorials/gif/ImageMagick-7.0.8-64bit/convert -resize 90% -delay 40 *.png result.gif')
  system(command)
  
  ## delete temp dir
  unlink(tempdir, recursive=TRUE, force=TRUE)
}

来测试一下：

1. 设置delay参数为2(也即帧与帧之间的时间间隔为0.02s)，使动画变得更快。

pathIn <- './frames/'
pathOut <- 'fast.gif'
ImageMagick_path <- './ImageMagick-7.0.8-64bit/convert'

frames2gif(pathIn, pathOut, 
           ImageMagick_path, 
           delay=2)

结果如下图：

2. 设置resize_ratio参数为0.5，使动画尺寸大小变为原来的一半。

pathOut <- 'small.gif'
frames2gif(pathIn, pathOut, 
           ImageMagick_path, 
           resize_ratio=0.5, 
           delay=4)

结果如下图：

3. 设置everyFrame参数为2，使动画的总帧数变为原来的1/2。

pathOut <- 'small_frames.gif'
frames2gif(pathIn, pathOut,
           ImageMagick_path,
           everyFrame=2,
           delay=4)

结果如下图：

从上图可知，减少动画总帧数，其效果相当于缩短动画时间。

通过以上三个例子，我们知道如何使用frames2gif()函数来制作gif动图了。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持本公众号。

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