通過Python編程在《我的世界》中用彩色羊毛繪制世界名畫《蒙娜麗莎》。

前置條件

• 一臺(tái)安裝了Java8（JRE）和Python的PC/Mac
• Python編程基礎(chǔ)（本文使用2.7）
• 計(jì)算機(jī)圖像的一點(diǎn)兒基本認(rèn)識(shí)（RGB输吏、BMP位圖）
• 好奇心和折騰的熱情

準(zhǔn)備環(huán)境

安裝Minecraft和Forge

推薦使用HMCL下載Minecraft挠铲。HMCL是一個(gè)跨平臺(tái)的Minecraft啟動(dòng)器慈省，可以方便的下載不同版本的游戲以及Forge登澜、OptiFine等常用插件抢蚀。除官方安裝源之外地沮，HMCL還提供了多個(gè)鏡像服務(wù)器风响，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)不太靈光的我們非常有用嘉汰。

啟動(dòng)HMCL，打開“啟動(dòng)器設(shè)置”標(biāo)簽状勤，在“下載源”中選擇一個(gè)（推薦BMCLAPI）鞋怀。切換到“游戲設(shè)置”標(biāo)簽頁，選擇“游戲下載”持搜，點(diǎn)擊“刷新”獲取可用的版本列表密似。本文使用最近剛剛發(fā)布的1.11版本。安裝成功后上方的“版本”下拉選單中會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)葫盼，選擇之残腌。

選擇安裝源

安裝Minecraft

點(diǎn)擊“自動(dòng)安裝” -> “Forge”，選擇一個(gè)Forge版本下載贫导。完成后“版本”選單中會(huì)出現(xiàn)帶有游戲版本和forge版本的選項(xiàng)抛猫，例如“1.11-forge1.11-13.19.1.2189”。

安裝Forge

回到“主頁”孩灯，在版本中選擇帶forge的選項(xiàng)闺金，“登陸”選“離線模式”，“名字”輸入任意用戶名钱反，點(diǎn)擊“啟動(dòng)Minecraft”掖看。這時(shí)HMCL還會(huì)去下載一些游戲需要的資源文件，等下載完成后就會(huì)出現(xiàn)Minecraft主界面面哥，如果左下角有“Powered by Forge”字樣，就表示安裝成功毅待。

啟動(dòng)Minecraft

Powered by Forge表示安裝成功

安裝Raspberry Jam Mod

Raspberry Jam Mod是arpruss為Minecraft開發(fā)的插件尚卫，在PC版Minecraft中的實(shí)現(xiàn)了樹莓派版的Python接口∈欤可以從這里下載最新版本吱涉。作者提供了自動(dòng)安裝工具RaspberryJamMod-Installer.exe刹泄，但是對(duì)非官方版本的Minecraft，可能會(huì)失敗怎爵，不推薦使用特石。

下載mods.zip和python-scripts.zip兩個(gè)文件。從mods.zip中解壓出跟Minecraft版本對(duì)應(yīng)的插件文件RaspberryJamMod.jar鳖链。找到Minecraft的安裝目錄：對(duì)于Windows用戶姆蘸，Minecraft安裝在HMCL可執(zhí)行文件所在目錄下的.minecraft文件夾；對(duì)于Mac用戶芙委，則在~/.minecraft目錄逞敷。拷貝RaspberryJamMod.jar到.minecraft/mods目錄灌侣。啟動(dòng)Minecraft推捐，選擇“Mod”，左側(cè)列表中出現(xiàn)“Raspberry Jam Mod”則表示安裝成功侧啼。

插件安裝成功

解壓python-scritps.zip牛柒，將得到的mcpypi目錄拷貝到.minecraft目錄。在Minecraft中創(chuàng)建一個(gè)新世界痊乾，建議使用“創(chuàng)造”模式焰络，并將“世界類型”改為“超平坦”。進(jìn)入游戲后符喝，輸入/py donut闪彼，執(zhí)行mcpypi中的donut.py腳本，看一下效果协饲∥吠螅或者也可以在Minecraft之外執(zhí)行腳本：

# 請(qǐng)先切換至mcpypi目錄 
python donut.py

Minecraft在窗口失去焦點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)打開主菜單并暫停游戲，在進(jìn)行Python編程時(shí)很不方便描馅。打開.minecraft目錄下的options.txt文件，找到下面這一行而线，把true改為false就可以解決這個(gè)問題铭污。

pauseOnLostFocus:true

開始編程

在Python中與Minecraft交互

接下來可以自己寫一個(gè)腳本實(shí)驗(yàn)一下。我們跳過Hello World膀篮，直接在地圖上放置一個(gè)方塊嘹狞。注意，因?yàn)橐獙?dǎo)入mine.py這個(gè)文件誓竿，下面的腳本必須在mcpypi目錄下執(zhí)行磅网。

from mine import *
mc = Minecraft.create()
mc.setBlock(0, 0, 1, block.WOOL_WHITE)

函數(shù)setBlock(x, y, z, b)將在(x, y, z)這個(gè)坐標(biāo)放置一個(gè)方塊b。在Minecraft中筷屡，玩家出生點(diǎn)的坐標(biāo)為(0, 0, 0)涧偷。這個(gè)腳本在出生點(diǎn)的旁邊(0, 0, 1)這個(gè)位置放一個(gè)白色羊毛方塊簸喂。setBlock()函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)是一個(gè)Block類型的對(duì)象，這里使用的是block模塊中的預(yù)置對(duì)象WOOL_WHITE燎潮，即白色羊毛喻鳄。我們也可以自己生成一個(gè)新的對(duì)象。

b = Block(35, 0)

第一個(gè)參數(shù)表示方塊類型确封，35是羊毛除呵；第二個(gè)參數(shù)為附加數(shù)據(jù)，是可選的隅肥。對(duì)于羊毛方塊竿奏，附加數(shù)據(jù)就表示羊毛的顏色。后面會(huì)繼續(xù)討論這個(gè)問題腥放。

準(zhǔn)備圖片

找一張蒙娜麗莎的圖片泛啸。為了避免在Minecraft里建造的“圖片”過大，需要限制一下原始圖片的尺寸秃症。這里使用ImageMagick命令行工具convert候址，將圖片轉(zhuǎn)換成寬度為64像素的小圖，轉(zhuǎn)換過程中寬高比保持不變种柑。

convert -geometry 64x mona_lisa.png mona_lisa_small.png

讀取圖片

繪圖之前岗仑，首先要讀取出原始圖片的內(nèi)容。計(jì)算機(jī)中的圖片聚请，本質(zhì)上都是是由不同顏色的像素點(diǎn)組成的矩形陣列^[1]荠雕。不同格式的圖片文件（jpg、png）只是使用了不同的壓縮算法進(jìn)行處理而已驶赏。我們繞過這些具體的細(xì)節(jié)炸卑，直接使用Pillow^[2]這個(gè)軟件包來讀取圖片文件。首先還是用pip安裝Pillow煤傍。

pip install Pillow

下面這段代碼將讀取/path/to/you/image.png這個(gè)圖片文件盖文，然后打印出(0, 0)這個(gè)點(diǎn)。打印的結(jié)果是形如(92, 107, 79)的一個(gè)三元組蚯姆，也就是(0, 0)這個(gè)點(diǎn)的RGB顏色值五续。

from PIL import Image
im = Image.open("/path/to/you/image.png")
print im.getpixel((0, 0))

作畫

在Minecraft中繪圖，就是用不同顏色的方塊去組成一個(gè)圖像矩陣龄恋。Minecraft提供16種不同顏色的羊毛方塊疙驾，正好用來當(dāng)作“顏料”。但是篙挽，多數(shù)圖片（以及真實(shí)世界）中的顏色遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止16種荆萤，因此我們需要寫一個(gè)函數(shù)，將某個(gè)RGB顏色值映射到一種羊毛方塊铣卡，并且盡可能保證二者在視覺上相近链韭。這就涉及到顏色比較的問題，其實(shí)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題煮落。不過StackOverflow上有一個(gè)簡單的方案敞峭。下面Python代碼實(shí)現(xiàn)了這一算法：

def ColorDistance(c1, c2):
    rmean = (c1[0] + c1[0]) / 2;
    r = c1[0] - c2[0]
    g = c1[1] - c2[1]
    b = c1[2] - c2[2]
    return sqrt((((512+rmean)*r*r)>>8) + 4*g*g + (((767-rmean)*b*b)>>8))

ColorDistance()函數(shù)計(jì)算兩個(gè)RGB顏色之間的差異值，差異越小蝉仇，表示兩個(gè)顏色越接近旋讹。所以我們要做的，就是從16中羊毛顏色中轿衔，選擇一個(gè)與當(dāng)前點(diǎn)最接近的沉迹。Minecraft的Wiki上給出了這16種顏色對(duì)應(yīng)RGB值。下面的MapColor()函數(shù)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)選擇過程：

wool_colors = [ (221,221,221),
                (219,125,62),
                (179,80,188),
                (107,138,201),
                (177,166,39),
                (65,174,56),
                (208,132,153),
                (64,64,64),
                (154,161,161),
                (46,110,137),
                (126,61,181),
                (46,56,141),
                (79,50,31),
                (53,70,27),
                (150,52,48),
                (25,22,22)
              ]

def MapColor(c):
    idx = -1
    min_dist = float_info.max
    for i, wc in enumerate(wool_colors):
        d = ColorDistance(wc, c)
        if d < min_dist:
            min_dist = d
            idx = i
    return idx

MapColor()函數(shù)用了一個(gè)for循環(huán)去遍歷所有的羊毛顏色害驹，并記錄下當(dāng)前遇到的最小差異值（min_dist）和對(duì)應(yīng)的下標(biāo)（idx）鞭呕。這是C/C++這些老式語言的做法，雖然比較容易理解宛官，不過看起來有點(diǎn)啰嗦葫松。而Python有更優(yōu)雅實(shí)現(xiàn)方式：

from operator import itemgetter
def MapColor2(c):
    distances = [ColorDistance(wc, c) for wc in wool_colors]
    idx, min_dist = min(enumerate(distances), key=itemgetter(1))
    return idx

接下來，我們只要依次讀取圖片中的每個(gè)點(diǎn)底洗，用MapColor()函數(shù)選擇對(duì)應(yīng)的羊毛方塊腋么，再用setBlock()函數(shù)放置方塊，就可以畫出任何圖像了亥揖。參考下面代碼：

width, height = im.size
for x in range(width):
    for y in range(height):
        p = im.getpixel((x, y))
        idx = MapColor(p)
        b = block.Block(35, idx)
        mc.setBlock(width - x - 1, height - y - 1, 50, b)

下面是我的作品：

我的蒙娜麗莎

一點(diǎn)擴(kuò)展

所謂擴(kuò)展珊擂，其實(shí)我在實(shí)驗(yàn)過程中走的一點(diǎn)兒彎路，順便分享一下费变。為了用Minecraft中的16色羊毛作畫摧扇，我的第一個(gè)想法是先把圖片轉(zhuǎn)換成16色位圖（BMP）^[3]，然后只要把位圖中的16種顏色分別映射到某一種羊毛方塊胡控，就可以作畫了扳剿。打開一個(gè)16色位圖文件，用getpixel()函數(shù)看一下某個(gè)點(diǎn)的值：

>>> from PIL import Image
>>> im = Image.open("/path/to/your/image.bmp")
>>> print im.getpixel((0, 0))
7

這次的打印結(jié)果變成了7昼激，而不是之前的RGB三元組庇绽。這是因?yàn)?6色位圖使用了一個(gè)“調(diào)色板(Palette)”機(jī)制。沒錯(cuò)橙困，這就跟我們畫畫用的調(diào)色板是一樣的瞧掺，它記錄了這張圖片中使用的所有顏色。對(duì)于16色位圖凡傅，調(diào)色板就是16個(gè)RGB三元組辟狈。有了調(diào)色板之后，對(duì)于圖片中的每一個(gè)像素點(diǎn)，就只需要記錄一個(gè)0-15的索引值哼转，而不需要花3個(gè)字節(jié)去記錄RGB明未。這種方法極大的節(jié)省存儲(chǔ)空間，在早期計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量比較小的情況下壹蔓，是非常有效的壓縮方法趟妥。我們可以通過im.palette來獲得位圖文件的調(diào)色板。

>>> im.palette.getdata()
('BGRX', '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x80\x00\x00\x80\x00\x00\x00\x80\x80\x00\x80\x00\x00\x00\x80\x00\x80\x00\x80\x80\x00\x00\x80\x80\x80\x00\xc0\xc0\xc0\x00\x00\x00\xff\x00\x00\xff\x00\x00\x00\xff\xff\x00\xff\x00\x00\x00\xff\x00\xff\x00\xff\xff\x00\x00\xff\xff\xff\x00')

第一個(gè)字段'BGRX'為調(diào)色板的模式佣蓉，第二個(gè)就是調(diào)色板對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)披摄。調(diào)色板以4字節(jié)為一個(gè)單位，其中前三字節(jié)為該顏色的RGB值勇凭，最后一個(gè)字節(jié)為0疚膊。下面這段代碼將解析這段二進(jìn)制數(shù)據(jù)并生成一個(gè)RGB三元組組成的數(shù)組：

from struct import unpack
bin_palette = im.palette.getdata()[1]
rgb_palette = [unpack("BBB", bin_palette[i:i+3]) for i in range(0, 64, 4)]

對(duì)于使用了調(diào)色板的位圖文件，要獲取某個(gè)點(diǎn)的顏色虾标，就多了一個(gè)查找調(diào)色板的過程寓盗。上面的代碼只要稍作修改就可以使用。

width, height = im.size
for x in range(width):
    for y in range(height):
        p = im.getpixel((x, y))
        idx = MapColor(rgb_palette[p])
        b = block.Block(35, idx)
        mc.setBlock(width - x - 1, height - y - 1, 30, b)

相關(guān)資料

Raspberry Jam Mod的作者arpruss在Instructables上發(fā)表的一篇教程夺巩，想進(jìn)一步了解這個(gè)插件的功能贞让，可以讀一下。本文也參考了這篇文章的內(nèi)容柳譬。

Raspberry Jam Mod基本實(shí)現(xiàn)了樹莓派版Minecraft的所有API喳张。Martin O'Hanlon整理了這套API的參考文檔。Raspberry Juice Plugin在第三方的Minecraft服務(wù)器Bukkit中實(shí)現(xiàn)了同樣的API美澳。

使用McPaint這個(gè)插件可以直接用鼠標(biāo)在Minecraft里作畫销部。

關(guān)于顏色的比較，可以使用python-colormath這個(gè)包制跟。

1. 其實(shí)還有另一種矢量圖片舅桩，不是記錄每個(gè)點(diǎn)的顏色，而是用點(diǎn)和線的組合來表示各種圖形雨膨。矢量圖片的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行縮放的時(shí)候不會(huì)降低圖片質(zhì)量擂涛，在專業(yè)設(shè)計(jì)中用的比較多。 ?

2. Pillow是PIL（Python Image Library）的一個(gè)fork版本聊记，專門用于處理各種格式的圖像撒妈。原始版本的PIL已經(jīng)無人維護(hù)，不推薦使用排监。 ?

3. 轉(zhuǎn)換可以通過Windows自帶的畫圖工具完成：打開“文件” -> “另存為” -> “BMP圖片”狰右，“保存類型”選擇“16色位圖”。 ?