字符作画，我用字符画个冰墩墩

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哈喽，大家好啊，我是阿朗。

已经 2022 年了，最近北京冬奥会的吉祥物冰墩墩很火，据说一墩难求，各种视频新闻应接不暇。程序员要有程序员的方式，今天我来用 Java 画一个由字符组成的冰墩墩送给大家，这篇文章记录字符图案的生成思路以及过程。

下面是一个由字符W@#&8*0. 等字符组成的冰墩墩图案。

1. 字符图案思路

我们都知道数字图片是一个二维图像，它使用一个有限的二维数组保存每个像素点颜色信息，这些像素点的颜色信息通常使用 RGB 模式进行记录。所以从本质上看，我们常见的图片就是一个保存了像素信息的二维数组。

基于以上的图片原理，我们可以发现，如果想要把一个图片转换成字符图案，只需要把每个像素点的颜色信息转换成某个字符就可以了，所以可以理出把图片转换成字符图案的步骤如下。

缩放图片到指定大小，为了保证输出的字符数量不会太多。
遍历图片的像素点，获取每个像素点的颜色信息。
根据像素点的颜色信息，转换成灰度（亮度）信息。
把亮度信息转换成相应的字符。
输出字符图案，也就是打印二维字符数组。

2. 图片的缩放

如上所述，我们既然想要把每个像素点的颜色信息转换成某个字符，如果像素点过多的话，虽然会增加字符图片的还原度，但是看起来会非常麻烦，因为那么多字符你的屏幕可能显示不完。

因此，我们要先对图片进行缩放，缩放到一定大小后再进行字符化。这里为了方便，直接使用 Java 自带的图片处理方式进行图片缩放，下面的代码示例都是指定宽度进行缩放，高度等比例计算后进行缩放。

Java 中调整图片大小主要有两种方式：

使用 java.awt.Graphics2D 调整图片大小。
使用 Image.getScaledInstance 调整图片大小。

2.1. java.awt.Graphics2D

Graphics2D 是 Java 平台提供的可以渲染二维形状、文本、图像的基础类，下面是使用 Graphics2D 进行图片大小调整的简单示例。

/**
 * 图片缩放
 *
 * @param srcImagePath  图片路径
 * @param targetWidth   目标宽度
 * @return
 * @throws IOException
 */
public static BufferedImage resizeImage(String srcImagePath, int targetWidth) throws IOException {
    Image srcImage = ImageIO.read(new File(srcImagePath));
    int targetHeight = getTargetHeight(targetWidth, srcImage);
    BufferedImage resizedImage = new BufferedImage(targetWidth, targetHeight, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
    Graphics2D graphics2D = resizedImage.createGraphics();
    graphics2D.drawImage(srcImage, 0, 0, targetWidth, targetHeight, null);
    graphics2D.dispose();
    return resizedImage;
}

/**
 * 根据指定宽度，计算等比例高度
 *
 * @param targetWidth   目标宽度
 * @param srcImage      图片信息
 * @return
 */
private static int getTargetHeight(int targetWidth, Image srcImage) {
    int targetHeight = srcImage.getHeight(null);
    if (targetWidth < srcImage.getWidth(null)) {
        targetHeight = Math.round((float)targetHeight / ((float)srcImage.getWidth(null) / (float)targetWidth));
    }
    return targetHeight;
}

代码中的 BufferedImage.TYPE_INT_RGB 表示所使用的颜色模型，所有的颜色模型可以在 Java doc - Image 文档中看到。

调整大小后的图片可以通过以下方式保存。

BufferedImage image = resizeImage("/Users/darcy/Downloads/bingdundun.jpeg", 200);
File file = new File("/Users/darcy/Downloads/bingdundun_resize.jpg");
ImageIO.write(image, "jpg", file);

下面把原图为 416 x 500 的冰墩墩图片缩放到 200 x 240 的效果。

2.2. Image.getScaledInstance

这是 Java 原生功能调整图片大小的另一种方式，使用这种方式调整图片大小简单方便，生成的图片质量也不错，代码比较简洁，但是这种方式的效率并不高。

/**
 * 图片缩放
 *
 * @param srcImagePath  图片路径
 * @param targetWidth   目标宽度
 * @return
 * @throws IOException
 */
public static BufferedImage resizeImage2(String srcImagePath, int targetWidth) throws IOException {
    Image srcImage = ImageIO.read(new File(srcImagePath));
    int targetHeight = getTargetHeight(targetWidth, srcImage);
    Image image = srcImage.getScaledInstance(targetWidth, targetHeight, Image.SCALE_DEFAULT);
    BufferedImage bufferedImage = new BufferedImage(targetWidth, targetHeight, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
    bufferedImage.getGraphics().drawImage(image, 0, 0, null);
    return bufferedImage;
}
// getTargetHeight 同 java.awt.Graphics2D 中示例代码

代码中的 Image.SCALE_DEFAULT 表示图片缩放使用的算法，在Java doc - Image 文档中可以查看所有可以使用的算法。

3. RGB 灰度计算

我们知道图片是由像素点组成的，每个像素点存储了颜色信息，通常是 RGB 信息，所以我们想要把每个像素点转换成字符，也就是把像素点中的 RGB 信息的灰度表达出来，不同的灰度给出不同的字符进行表示。

比如我们把灰度分为 10 个等级，每个等级从高到低选择一个字符进行标识。

'W', '@', '#', '8', '&', '*', 'o', ':', '.', ' '

那么如何进行灰度计算呢？目前常见的计算方法有平均值法、加权均值法、伽马校正法等。这里直接使用与伽马校正线性相似的数学公式进行计算，这也是 MATLAB、 Pillow和 OpenCV 使用的方法。

4. 输出字符图片

前期准备已经完成了，我们已经把图片进行了缩放，同时也知道了如何把图片中的每个像素点上的 RGB 信息转换成灰度值，那么我们只需要遍历缩放后的图片的 RGB 信息，进行灰度转换，然后选择对应的字符进行打印即可。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    BufferedImage image = resizeImage("/Users/darcy/Downloads/bingdundun.jpeg", 150);
    printImage(image);
}

/**
 * 字符图片打印
 *
 * @param image
 * @throws IOException
 */
public static void printImage(BufferedImage image) throws IOException {
    final char[] PIXEL_CHAR_ARRAY = {'W', '@', '#', '8', '&', '*', 'o', ':', '.', ' '};
    int width = image.getWidth();
    int height = image.getHeight();
    for (int i = 0; i < height; i++) {
        for (int j = 0; j < width; j++) {
            int rgb = image.getRGB(j, i);
            Color color = new Color(rgb);
            int red = color.getRed();
            int green = color.getGreen();
            int blue = color.getBlue();
            // 一个用于计算RGB像素点灰度的公式
            Double grayscale = 0.2126 * red + 0.7152 * green + 0.0722 * blue;
            double index = grayscale / (Math.ceil(255 / PIXEL_CHAR_ARRAY.length) + 0.5);
            System.out.print(PIXEL_CHAR_ARRAY[(int)(Math.floor(index))]);
        }
        System.out.println();
    }
}

// resizeImage 同第二部分代码

这里我选择一张冰墩墩的图片，可以看到输出后的效果。