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
- 一臺安裝了Java8（JRE）和Python的PC/Mac
- Python編程基礎（本文使用2.7）
- 計算機圖像的一點兒基本認識（RGB、BMP位圖）
- 好奇心和折騰的熱情
準備環(huán)境
安裝Minecraft和Forge
推薦使用HMCL下載Minecraft。HMCL是一個跨平臺的Minecraft啟動器，可以方便的下載不同版本的游戲以及Forge、OptiFine等常用插件。除官方安裝源之外，HMCL還提供了多個鏡像服務器，對于網絡不太靈光的我們非常有用。
啟動HMCL，打開“啟動器設置”標簽，在“下載源”中選擇一個（推薦BMCLAPI）。切換到“游戲設置”標簽頁，選擇“游戲下載”，點擊“刷新”獲取可用的版本列表。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”下拉選單中會出現(xiàn)對應的選項，選擇之。
點擊“自動安裝” -> “Forge”，選擇一個Forge版本下載。完成后“版本”選單中會出現(xiàn)帶有游戲版本和forge版本的選項，例如“1.11-forge1.11-13.19.1.2189”。
回到“主頁”，在版本中選擇帶forge的選項，“登陸”選“離線模式”，“名字”輸入任意用戶名，點擊“啟動Minecraft”。這時HMCL還會去下載一些游戲需要的資源文件，等下載完成后就會出現(xiàn)Minecraft主界面，如果左下角有“Powered by Forge”字樣，就表示安裝成功。
安裝Raspberry Jam Mod
Raspberry Jam Mod是arpruss為Minecraft開發(fā)的插件，在PC版Minecraft中的實現(xiàn)了樹莓派版的Python接口。可以從這里下載最新版本。作者提供了自動安裝工具RaspberryJamMod-Installer.exe，但是對非官方版本的Minecraft，可能會失敗，不推薦使用。
下載mods.zip和python-scripts.zip兩個文件。從mods.zip中解壓出跟Minecraft版本對應的插件文件RaspberryJamMod.jar。找到Minecraft的安裝目錄：對于Windows用戶，Minecraft安裝在HMCL可執(zhí)行文件所在目錄下的.minecraft文件夾；對于Mac用戶，則在~/.minecraft目錄。拷貝RaspberryJamMod.jar到.minecraft/mods目錄。啟動Minecraft，選擇“Mod”，左側列表中出現(xiàn)“Raspberry Jam Mod”則表示安裝成功。
解壓python-scritps.zip，將得到的mcpypi目錄拷貝到.minecraft目錄。在Minecraft中創(chuàng)建一個新世界，建議使用“創(chuàng)造”模式，并將“世界類型”改為“超平坦”。進入游戲后，輸入/py donut，執(zhí)行mcpypi中的donut.py腳本，看一下效果?；蛘咭部梢栽贛inecraft之外執(zhí)行腳本：
# 請先切換至mcpypi目錄
python donut.py
Minecraft在窗口失去焦點時會自動打開主菜單并暫停游戲，在進行Python編程時很不方便。打開.minecraft目錄下的options.txt文件，找到下面這一行，把true改為false就可以解決這個問題。
pauseOnLostFocus:true
開始編程
在Python中與Minecraft交互
接下來可以自己寫一個腳本實驗一下。我們跳過Hello World，直接在地圖上放置一個方塊。注意，因為要導入mine.py這個文件，下面的腳本必須在mcpypi目錄下執(zhí)行。
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)這個坐標放置一個方塊b。在Minecraft中，玩家出生點的坐標為(0, 0, 0)。這個腳本在出生點的旁邊(0, 0, 1)這個位置放一個白色羊毛方塊。setBlock()函數(shù)的最后一個參數(shù)是一個Block類型的對象，這里使用的是block模塊中的預置對象WOOL_WHITE，即白色羊毛。我們也可以自己生成一個新的對象。
b = Block(35, 0)
第一個參數(shù)表示方塊類型，35是羊毛；第二個參數(shù)為附加數(shù)據，是可選的。對于羊毛方塊，附加數(shù)據就表示羊毛的顏色。后面會繼續(xù)討論這個問題。
準備圖片
找一張蒙娜麗莎的圖片。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。這里使用ImageMagick命令行工具convert，將圖片轉換成寬度為64像素的小圖，轉換過程中寬高比保持不變。
convert -geometry 64x mona_lisa.png mona_lisa_small.png
讀取圖片
繪圖之前，首先要讀取出原始圖片的內容。計算機中的圖片，本質上都是是由不同顏色的像素點組成的矩形陣列[1]。不同格式的圖片文件（jpg、png）只是使用了不同的壓縮算法進行處理而已。我們繞過這些具體的細節(jié)，直接使用Pillow[2]這個軟件包來讀取圖片文件。首先還是用pip安裝Pillow。
pip install Pillow
下面這段代碼將讀取/path/to/you/image.png這個圖片文件，然后打印出(0, 0)這個點。打印的結果是形如(92, 107, 79)的一個三元組，也就是(0, 0)這個點的RGB顏色值。
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圖像矩陣。Minecraft提供16種不同顏色的羊毛方塊，正好用來當作“顏料”。但是，多數(shù)圖片（以及真實世界）中的顏色遠遠不止16種，因此我們需要寫一個函數(shù)，將某個RGB顏色值映射到一種羊毛方塊，并且盡可能保證二者在視覺上相近。這就涉及到顏色比較的問題，其實是一個比較復雜的問題。不過StackOverflow上有一個簡單的方案。下面Python代碼實現(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)計算兩個RGB顏色之間的差異值，差異越小，表示兩個顏色越接近。所以我們要做的，就是從16中羊毛顏色中，選擇一個與當前點最接近的。Minecraft的Wiki上給出了這16種顏色對應RGB值。下面的MapColor()函數(shù)實現(xiàn)了這個選擇過程：
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for循環(huán)去遍歷所有的羊毛顏色，并記錄下當前遇到的最小差異值（min_dist）和對應的下標（idx）。這是C/C++這些老式語言的做法，雖然比較容易理解，不過看起來有點啰嗦。而Python有更優(yōu)雅實現(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點，用MapColor()函數(shù)選擇對應的羊毛方塊，再用setBlock()函數(shù)放置方塊，就可以畫出任何圖像了。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：
一點擴展
所謂擴展，其實我在實驗過程中走的一點兒彎路，順便分享一下。為了用Minecraft中的16色羊毛作畫，我的第一個想法是先把圖片轉換成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，就可以作畫了。打開一個16色位圖文件，用getpixel()函數(shù)看一下某個點的值：
>>> from PIL import Image
>>> im = Image.open("/path/to/your/image.bmp")
>>> print im.getpixel((0, 0))
7
這次的打印結果變成了7，而不是之前的RGB三元組。這是因為16色位圖使用了一個“調色板(Palette)”機制。沒錯，這就跟我們畫畫用的調色板是一樣的，它記錄了這張圖片中使用的所有顏色。對于16色位圖，調色板就是16個RGB三元組。有了調色板之后，對于圖片中的每一個像素點，就只需要記錄一個0-15的索引值，而不需要花3個字節(jié)去記錄RGB。這種方法極大的節(jié)省存儲空間，在早期計算機存儲容量比較小的情況下，是非常有效的壓縮方法。我們可以通過im.palette來獲得位圖文件的調色板。
>>> 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')
第一個字段'BGRX'為調色板的模式，第二個就是調色板對應的二進制數(shù)據。調色板以4字節(jié)為一個單位，其中前三字節(jié)為該顏色的RGB值，最后一個字節(jié)為0。下面這段代碼將解析這段二進制數(shù)據并生成一個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)]
對于使用了調色板的位圖文件，要獲取某個點的顏色，就多了一個查找調色板的過程。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)
相關資料
Raspberry Jam Mod的作者arpruss在Instructables上發(fā)表的一篇教程，想進一步了解這個插件的功能，可以讀一下。本文也參考了這篇文章的內容。
Raspberry Jam Mod基本實現(xiàn)了樹莓派版Minecraft的所有API。Martin O'Hanlon整理了這套API的參考文檔。Raspberry Juice Plugin在第三方的Minecraft服務器Bukkit中實現(xiàn)了同樣的API。
使用McPaint這個插件可以直接用鼠標在Minecraft里作畫。
關于顏色的比較，可以使用python-colormath這個包。
