1.4. GIF动画

下面的程序会演示Go语言标准库里的image这个package的用法,我们会用这个包来生成一系列的bit-mapped图,然后将这些图片编码为一个GIF动画。我们生成的图形名字叫利萨如图形(Lissajous figures),这种效果是在1960年代的老电影里出现的一种视觉特效。它们是协振子在两个纬度上振动所产生的曲线,比如两个sin正弦波分别在x轴和y轴输入会产生的曲线。图1.1是这样的一个例子:

译注:要看这个程序的结果,需要将标准输出重定向到一个GIF图像文件(使用 ./lissajous > output.gif 命令)。下面是GIF图像动画效果:

这段代码里我们用了一些新的结构,包括const声明,struct结构体类型,复合声明。和我们举的其它的例子不太一样,这一个例子包含了浮点数运算。这些概念我们只在这里简单地说明一下,之后的章节会更详细地讲解。

gopl.io/ch1/lissajous

// Lissajous generates GIF animations of random Lissajous figures.
package main

import (
    "image"
    "image/color"
    "image/gif"
    "io"
    "math"
    "math/rand"
    "os"
)

var palette = []color.Color{color.White, color.Black}

const (
    whiteIndex = 0 // first color in palette
    blackIndex = 1 // next color in palette
)

func main() {
    // The sequence of images is deterministic unless we seed
    // the pseudo-random number generator using the current time.
    // Thanks to Randall McPherson for pointing out the omission.
    rand.Seed(time.Now().UTC().UnixNano())
    lissajous(os.Stdout)
}

func lissajous(out io.Writer) {
    const (
        cycles  = 5     // number of complete x oscillator revolutions
        res     = 0.001 // angular resolution
        size    = 100   // image canvas covers [-size..+size]
        nframes = 64    // number of animation frames
        delay   = 8     // delay between frames in 10ms units
    )

    freq := rand.Float64() * 3.0 // relative frequency of y oscillator
    anim := gif.GIF{LoopCount: nframes}
    phase := 0.0 // phase difference
    for i := 0; i < nframes; i++ {
        rect := image.Rect(0, 0, 2*size+1, 2*size+1)
        img := image.NewPaletted(rect, palette)
        for t := 0.0; t < cycles*2*math.Pi; t += res {
            x := math.Sin(t)
            y := math.Sin(t*freq + phase)
            img.SetColorIndex(size+int(x*size+0.5), size+int(y*size+0.5),
                blackIndex)
        }
        phase += 0.1
        anim.Delay = append(anim.Delay, delay)
        anim.Image = append(anim.Image, img)
    }
    gif.EncodeAll(out, &anim) // NOTE: ignoring encoding errors
}

当我们import了一个包路径包含有多个单词的package时,比如image/color(image和color两个单词),通常我们只需要用最后那个单词表示这个包就可以。所以当我们写color.White时,这个变量指向的是image/color包里的变量,同理gif.GIF是属于image/gif包里的变量。

这个程序里的常量声明给出了一系列的常量值,常量是指在程序编译后运行时始终都不会变化的值,比如圈数、帧数、延迟值。常量声明和变量声明一般都会出现在包级别,所以这些常量在整个包中都是可以共享的,或者你也可以把常量声明定义在函数体内部,那么这种常量就只能在函数体内用。目前常量声明的值必须是一个数字值、字符串或者一个固定的boolean值。

[]color.Color{...}和gif.GIF{...}这两个表达式就是我们说的复合声明(4.2和4.4.1节有说明)。这是实例化Go语言里的复合类型的一种写法。这里的前者生成的是一个slice切片,后者生成的是一个struct结构体。

gif.GIF是一个struct类型(参考4.4节)。struct是一组值或者叫字段的集合,不同的类型集合在一个struct可以让我们以一个统一的单元进行处理。anim是一个gif.GIF类型的struct变量。这种写法会生成一个struct变量,并且其内部变量LoopCount字段会被设置为nframes;而其它的字段会被设置为各自类型默认的零值。struct内部的变量可以以一个点(.)来进行访问,就像在最后两个赋值语句中显式地更新了anim这个struct的Delay和Image字段。

lissajous函数内部有两层嵌套的for循环。外层循环会循环64次,每一次都会生成一个单独的动画帧。它生成了一个包含两种颜色的201*201大小的图片,白色和黑色。所有像素点都会被默认设置为其零值(也就是调色板palette里的第0个值),这里我们设置的是白色。每次外层循环都会生成一张新图片,并将一些像素设置为黑色。其结果会append到之前结果之后。这里我们用到了append(参考4.2.1)内置函数,将结果append到anim中的帧列表末尾,并设置一个默认的80ms的延迟值。循环结束后所有的延迟值被编码进了GIF图片中,并将结果写入到输出流。out这个变量是io.Writer类型,这个类型支持把输出结果写到很多目标,很快我们就可以看到例子。

内层循环设置两个偏振值。x轴偏振使用sin函数。y轴偏振也是正弦波,但其相对x轴的偏振是一个0-3的随机值,初始偏振值是一个零值,随着动画的每一帧逐渐增加。循环会一直跑到x轴完成五次完整的循环。每一步它都会调用SetColorIndex来为(x, y)点来染黑色。

main函数调用lissajous函数,用它来向标准输出流打印信息,所以下面这个命令会像图1.1中产生一个GIF动画。

$ go build gopl.io/ch1/lissajous
$ ./lissajous >out.gif

练习 1.5: 修改前面的Lissajous程序里的调色板,由黑色改为绿色。我们可以用color.RGBA{0xRR, 0xGG, 0xBB, 0xff}来得到#RRGGBB这个色值,三个十六进制的字符串分别代表红、绿、蓝像素。

练习 1.6: 修改Lissajous程序,修改其调色板来生成更丰富的颜色,然后修改SetColorIndex的第三个参数,看看显示结果吧。

powered by Gitbook该教程制作时间: 2017-11-21 18:40:52