Peter's codebook A blog full of codes
材質轉換
簡單來說，就是一種將材質（紋理）轉換到目標圖片上的效果。
結果
原始材質：
放上方表原圖，放下方代表結果。
Lenna 圖：
Miku:
（慢慢強化效果）
一些實作細節
可以想像成，在材質中找很多固定大小的小方塊，由左而右、由上而下嘗試拼出原始圖片的樣式。
要決定要使用哪個小方塊，我的做法是計算方塊範圍內的 “亮度總和” ，與要貼上的原始圖片範圍內的亮度總和相減、取絕對值，找到一個差異最小的方塊貼上即可。
這樣做的好處是，可以使用二維的 prefix sum ，快速 得出矩形區域內的亮度總和，使得整隻程式跑起來不會太慢，又可以達成不錯的效果。
來定義一下亮度吧，一個像素的亮度就以它的
來表示。（雖然與視覺上的亮度定義不相同，但是比較好計算）
找到小方塊後，向上、向左找到之前已經貼上材質的重疊區域，
向上找出重疊區域中，一條 “亮度差總和” 最小的一條橫向路徑；
向左找出重疊區域中，一條 “亮度差總和” 最小的一條直向路徑。
要找出最小路徑，可以使用 DP 解
我們要貼上新像素的位置，就是這兩條路徑分割出的，小方塊右下區域（含路徑上的像素）。
如此一來，一個方塊就拼好了。之後，由上而下、由左而右把整張圖片拼完。
關於路徑，可以戳這裡了解，有練習題。
主要程式碼
寫得落落長 ~.~
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#ifndef __INCLUDE_TEXTURE_TRANSFER_CPP
#define __INCLUDE_TEXTURE_TRANSFER_CPP
#include <iostream>
#include "TextureTransfer.h"
namespace ImageProcess
{
#define pixSum(_X) ((int)_X.r + (int)_X.g + (int)_X.b + (int)_X.alpha)
TextureTransfer::TextureTransfer (const Image &simg, const Image &texture, int overlap, int pattSize) : overlap(overlap), pattSize(pattSize), \
srcImg(simg), texture(texture), result(simg.img_W, simg.img_H) {
using std::memset;
texSum = new double*[texture.img_H+1];
for (int i=0; i<=texture.img_H; ++i) {
texSum[i]=new double[texture.img_W+1];
memset(texSum[i], 0x00, sizeof(double)*(texture.img_W+1));
}
srcSum = new double*[simg.img_H+1];
for (int i=0; i<=simg.img_H; ++i) {
srcSum[i]=new double[simg.img_W+1];
memset(srcSum[i], 0x00, sizeof(double)*(simg.img_W+1));
}
for (int i=1; i<=texture.img_H; ++i) {
double sum=0.0;
for (int j=1; j<=texture.img_W; ++j) {
Pix t(texture.getPixel(j-1,i-1));
sum += (double)pixSum(t);
texSum[i][j] = texSum[i-1][j] + sum;
}
}
for (int i=1; i<=simg.img_H; ++i) {
double sum=0.0;
for (int j=1; j<=simg.img_W; ++j) {
Pix t(simg.getPixel(j-1,i-1));
sum += (double)pixSum(t);
srcSum[i][j] = srcSum[i-1][j] + sum;
}
}
}
TextureTransfer::~TextureTransfer() {
for (int i=0; i<=srcImg.img_H; ++i)
delete[] srcSum[i];
for (int i=0; i<=texture.img_H; ++i)
delete[] texSum[i];
delete[] srcSum;
delete[] texSum;
}
double TextureTransfer::regionSum(double **p, int x, int y, int w, int h) const {
return p[y+h][x+w] - p[y+h][x] - p[y][x+w] + p[y][x]; // [x, x+w); [y, y+h)
}
double TextureTransfer::regionErr(int tx, int ty, int sx, int sy, int w, int h) const {
return std::fabs(regionSum(srcSum, sx, sy, w, h) - regionSum(texSum, tx, ty, w, h));
}
void TextureTransfer::findBest(int &bx, int &by, int sx, int sy) const {
using std::min;
double minval=1e300;
bx = by = 0;
int Width = min((int)pattSize, (int)srcImg.img_W-sx);
int Height= min((int)pattSize, (int)srcImg.img_H-sy);
for (int i=0; i+Height<=texture.img_H; ++i) {
for (int j=0; j+Width<=texture.img_W; ++j) {
double err = regionErr(j, i, sx, sy, Width, Height);
if (err<minval) {
minval = err;
bx = j, by = i;
}
}
}
}
void TextureTransfer::composite(int x, int y, int sx, int sy) {
using std::fill;
using std::abs;
using std::min;
#define diff(_A, _B) abs(pixSum(_A)-pixSum(_B))
#define of(_X,_Y) ((_X)*(overlap+2)+(_Y))
int Width = min((int)pattSize, (int)srcImg.img_W-sx);
int Height= min((int)pattSize, (int)srcImg.img_H-sy);
size_t dp1Size, dp2Size;
int *dp1, *dp2;
#define LAZY1(XY, ___INLINE___) for (int i=1; i<XY; ++i) for (int j=1; j<=overlap; ++j) { int minval=1e9; ___INLINE___ }
#define LAZY2(___INLINE___) \
{ \
int mindp=1; \
int minv =1e9; \
for (int i=1; i<=overlap; ++i) \
___INLINE___ \
}
Image *temp = new Image(Width, Height);
for (int i=0; i<Height; ++i) {
for (int j=0; j<Width; ++j) {
temp->setPixel(j,i,result.getPixel(sx+j,sy+i));
result.setPixel(sx+j,sy+i, texture.getPixel(x+j, y+i));
}
}
if (sy!=0) {
dp1Size = Width*(overlap+2);
dp1 = new int[dp1Size];
fill(dp1, dp1+dp1Size, 1e9);
for (int i=0; i<overlap; ++i) {
Pix rp1(temp->getPixel(0, i));
Pix tp1(texture.getPixel(x, y+i));
dp1[i+1] = diff(rp1, tp1);
}
LAZY1( Width,
for (int k=-1; k<=1; ++k)
minval=min(minval, dp1[of(i-1,j+k)]);
Pix r(temp->getPixel(i, j-1));
Pix t(texture.getPixel(x+i, y+j-1));
dp1[of(i,j)] = minval + diff(r,t);
)
LAZY2(if (dp1[of(Width-1,i)]<minv) {
minv = dp1[of(Width-1,i)];
mindp= i;
}
for (int i=Width-1; i>=1; --i) {
Pix r(temp->getPixel(i, mindp-1));
Pix t(texture.getPixel(x+i, y+mindp-1));
int val = diff(r,t);
for (int j=-1; j<=1; ++j) {
if (dp1[of(i-1, mindp+j)]+val==dp1[of(i,mindp)]) {
dp1[of(i, mindp)] = INT_MIN;
mindp += j; break;
}
}
}
dp1[of(0,mindp)]=INT_MIN;
)
for (int i=0; i<Width; ++i) {
for (int j=0; j<Height; ++j) {
if (dp1[of(i, j+1)]==INT_MIN) break;
result.setPixel(sx+i,sy+j, temp->getPixel(i,j));
}
}
delete[] dp1;
}
if (sx!=0) {
dp2Size = Height*(overlap+2);
dp2 = new int[dp2Size];
fill(dp2, dp2+dp2Size, 1e9);
for (int i=0; i<overlap; ++i) {
Pix rp2(temp->getPixel(i, 0));
Pix tp2(texture.getPixel(x+i, y));
dp2[i+1] = diff(rp2, tp2);
}
LAZY1( Height,
for (int k=-1; k<=1; ++k)
minval=min(minval, dp2[of(i-1,j+k)]);
Pix r(temp->getPixel(j-1, i));
Pix t(texture.getPixel(x+j-1, y+i));
dp2[of(i,j)] = minval + diff(r,t);
)
LAZY2(if (dp2[of(Height-1,i)]<minv) {
minv = dp2[of(Height-1,i)];
mindp= i;
}
for (int i=Height-1; i>=1; --i) {
Pix r(temp->getPixel(mindp-1, i));
Pix t(texture.getPixel(x+mindp-1, y+i));
int val = diff(r,t);
for (int j=-1; j<=1; ++j) {
if (dp2[of(i-1, mindp+j)]+val==dp2[of(i,mindp)]) {
dp2[of(i, mindp)] = INT_MIN;
mindp += j; break;
}
}
}
dp2[of(0,mindp)]=INT_MIN;
)
for (int i=0; i<Height; ++i) {
for (int j=0; j<Width; ++j) {
if (dp2[of(i, j+1)]==INT_MIN) break;
result.setPixel(sx+j,sy+i, temp->getPixel(j,i));
}
}
delete[] dp2;
}
#undef LAZY1
#undef LAZY2
#undef of
#undef diff
delete temp;
}
void TextureTransfer::montage(void) {
int step = pattSize-overlap;
for(int i=0;;i+=step) {
for (int j=0;;j+=step) {
int bx=0, by=0;
findBest(bx,by,j,i);
composite(bx,by,j,i);
if (j+pattSize>=srcImg.img_W) break; // 填滿了
}
if (i+pattSize>=srcImg.img_H) break; // 填滿了
}
}
Image* TextureTransfer::run(void) {
this->montage();
return new Image(this->result);
}
};
#undef pixSum
#endif
完整程式碼：GitHub
很可惜， ZJ 上的那題一直沒法 AC ，
不過我的實作方式跟 ZJ 上的也不一樣就是了。
順便附上一張使用這個效果處理過的 Lenna 全身圖 (!)
放心，應該沒有 R18 ，應該沒有…
~~ 是好孩子就不要好奇點進去看 ~~
Written on July 23rd , 2017 by Kuang-Yu JengFeel free to share!