CV HW1

开发软件说明：

OpenCV 2.1.0

Visual Studio 2019

1. 内容简介

本次作业实现生成一个视频，包含片头，中间动画，片尾动画三部分，然后读取生成的视频并按下空格可以暂停
- 片头是个人信息+倒计时
- 中间动画，画了一个小猪佩奇追气球的故事
- 片尾动画，是四个彩色方块交替出现

2. 视频生成过程

创建视频
- 使用VideoWrite类，生成一个名叫test.avi的视频，同时配置大小，帧率等参数
```
VideoWriter video("test.avi", CV_FOURCC('X', 'V', 'I', 'D'), 270, Size(1280, 720));
```

制作片头

片头是由几个图片组合而成的，需要把图片作为视频中的一帧，插入进去
- 第一张封面是HW1
- 第二张是我的个人信息和含有校徽的背景
- 第三张是我的个人照片（5岁）
- 第四到六张是一个倒计时
- 第七张是Let's start，表示动画开始

设计delay函数，可以在video中，插入time数量个image图片

void delay(Mat image, VideoWriter video, int time) {
	for (int i = 0; i < time; i++) {
		video << image;
	}
}

同时图与图的切换，本次实验中设计了百叶窗切换方法

其原理就是在图片1中根据一定规律载入图片2的像素，生成一帧图片，再插入到video中
百叶窗实现要点：
- 将图形中点的y坐标分为5层，每一层相隔为r，5层像素一起由pic0变为pic1，实现百叶窗变换
注意两个矩阵赋值时，因为是3通道，所以每一像素要赋三个值

void blindTransition(Mat pic0, Mat pic1, VideoWriter video) {          // 百叶窗载入
	int x_max = pic0.cols, y_max = pic0.rows;
	int y_step = y_max / 5;                        
	for (int r = 0; r < y_step; r++) {              
		for (int y = r; y < y_max; y += y_step) {  
			uchar* data = pic0.ptr<uchar>(y);      
			uchar* p1 = pic1.ptr<uchar>(y);         
			for (int x = 0; x < x_max; x++) {       
				data[3 * x] = p1[3 * x];            
				data[x * 3 + 1] = p1[x * 3 + 1];
				data[x * 3 + 2] = p1[x * 3 + 2];
			}
		}
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			video << pic0;
		}
	}
}

实现上述两个准备函数后，就可以读入已有的图片，经过百叶窗切换形成视频

在插入图片之前要将图片的size设为一致，否则会出现矩阵数组溢出的情况

	for (size_t i = 2; i <= count; i++)
	{
		stringstream str1, str2;
		str1 << i-1 << ".png";
		str2 << i << ".png";
		Mat image1 = imread(img_path + str1.str());
		Mat image2 = imread(img_path + str2.str());
		if (!image1.empty() && !image2.empty())
		{
			resize(image1, image1, Size(1280, 720));
			resize(image2, image2, Size(1280, 720));
			blindTransition(image1, image2, video);

			//让第二帧停留的久一点
			if (i == 2) {
				delay(image2, video, 50);
			}
			video << image2;
			cout << "正在处理第" << i << "帧" << endl;
		}
	}

制作动画
- 作业中设计的动画内容是小猪佩奇追气球的情节，分为以下几个部分
  - 画小猪佩奇和气球
  - 小猪佩奇带着气球向右走
  - 小猪佩奇不动，气球向左飞
  - 小猪佩奇向左走追气球
  - 小猪佩奇追不到气球，在画面中间静止，并变成哭脸
- 需要的函数
  - void drawEarc(Mat img, VideoWriter video, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, float a, float b, Scalar color, int thick, bool is_x, bool is_drawing)
    - 参数
      - 在img上绘制椭圆
      - 椭圆的圆点在center，弧度为radius，起始度数为start_angle，终点度数为end_angel，长半轴（水平）为a, 短半轴(竖直)为b
      - 颜色为color, 线的宽度为thick
      - is_drawing代表是否把img插入video
    - 应用
      - 如果画横线或竖线，可以令短半轴或长半轴为0，绘制度数为（PI， 2*PI）或(0.5 * PI, 1.5 * PI)
      - 画弧线或圆可以调整参数画出适合的图案
    - 实现
      - 在其中，应用椭圆的一些公式进行绘制
        
        Point arc; double foot = 0.02; for (double r = start_angle; r <= end_angle; r = r + foot) { if (is_x) { arc.x = center.x + a * cos(r); arc.y = center.y + b * sin(r); } else { arc.x = center.x + b * cos(r); arc.y = center.y + a * sin(r); } if (r == start_angle) { s = arc; } if (r == end_angle) { s = arc; } drawPoint(img, arc, color, thick);
  - Mat drawPeppa(Mat image, VideoWriter video, int x, int y, bool is_drawing, int frame, bool is_cry)
    - 参数
      - 实现在image上绘制佩奇，并把Image插入video
      - 以Point(x, y)作为佩奇的左上角进行绘制
      - is_drawing代表是否显示画的过程
      - 因为动画中有佩奇走路，frame代表当前走路是第几帧，一共有3帧，站着，抬左腿，抬右腿
      - is_cry代表当前佩奇是哭脸还是笑脸
      - 函数中所有的线条都是用drawEarc来实现的
    - 实现步骤，这里以佩奇的头为例
```
	//佩奇的头
	drawEarc(image, video, Point(x + 265, y + 150), 50, 0.2 * PI, 0.6 * PI, 30, 30, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
	drawEarc(image, video, Point(x + 210, y + 180), 50, 0, PI, 50, 50, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
	drawEarc(image, video, Point(x + 250, y + 180), 50, PI, 1.6 * PI, 90, 50, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
	drawEarc(image, video, Point(x + 282, y + 150), 50, 0, 2 * PI, 19, 19, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
```
      画出佩奇的头，如下
      
      同理画出身体和其他细节
    - 实现佩奇走路
      
      共有3中情况，站着，抬左腿，抬右腿，只要循环实现站着->抬左腿->站着->抬右腿，就能实现佩奇走路了。
  - Mat drawballon(Mat image, VideoWriter video, int x, int y, bool is_drawing)
    - 实现在image上绘制气球，并把image插入video
    - 以Point(x, y)作为气球的左上角进行绘制
    - is_drawing代表是否显示画的过程
  - Mat convertPappe(Mat image, Mat result, int c_x)
    - 翻转佩奇，把image中的像素点以x = c_x这条直线进行翻转，结果存放在result中
- 绘制的过程
  - 根据之前设计的动画情节，在不同的坐标上绘制图形，以下以前两个情景的代码为例，其他情景类似，只需要控制佩奇和气球的不同坐标即可
  - 初始化并绘制佩奇
    - ```
    //初始化画板
      	Mat image = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
      	
      	//绘制佩奇和气球
      	drawPeppa(image, video, 400, 200, true, 0, false);
      	drawballon(image, video, 400, 200, true);
      	delay(image, video, 5);
```
- 佩奇带着气球右走5步
  - 通过drawPeppa函数中参数frame的值来控制佩奇的腿实现走路的动作
```
  	//佩奇往右走5步
  	int location1;
  	for (location1 = 0; location1 < 4 * 5; location1++) {
  		Mat image = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
  		image = drawPeppa(image, video, 400 + location1 * 10, 200, false, location1 % 4, false);
  		image = drawballon(image, video, 400 + location1 * 10, 200, false);
  		delay(image, video, 10);
  	}
```

片尾动画

片尾动画是画面中间4个不同颜色的小正方形交替变换
关键函数Mat drawBox(Mat image, int x, int y, int B, int G, int R)
- 在image上，以Point(x, y)为左上角，画一个边长为50像素，颜色为Scalar(B, G, R),的正方形

实现

交替出现四个方块，共10个循环

	for (int i = 0; i < 4 * 10; i++) {
		Mat image_end = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
		if (i % 4 == 0)		//blue
			image_end = drawBox(image_end, -60, -60, 0x2d, 0x85, 0xf0);
		else if (i % 4 == 1)		//red
			image_end = drawBox(image_end, -60, 0, 0xf4, 0x43, 0x3c);
		else if (i % 4 == 2)		//yellow
			image_end = drawBox(image_end, 0, 0, 0xff, 0xbc, 0x32);
		else if (i % 4 == 3)		//green
			image_end = drawBox(image_end, 0, -60, 0xa, 0xa8, 0x58);
		delay(image_end, video, 80);
	}

3. 视频读取过程

读取视频文件
- 使用VideoCapture类，读取之前生成的视频test.avi
展示每一帧
- 读取每一帧，再使用imshow函数输出每一帧
设置空格暂停
- 如果没有按键，waitKey(delay)返回-1，不执行waitKey(0)，进入下一次循环。
- 如果有按键，返回按键的ASCII值，waitKey(delay)>=32为true，执行waitKey(0)，程序暂停，直到有键盘输出才进行下一次循环。
- ```
int delay = 4;
if (delay >= 0 && waitKey(delay) >= 32)
		waitKey(0);
```
使用release方法，释放资源