基于R语言DIY乐高拼图，苏大强表情包为例
概述
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
很多人喜欢乐高积木，但是苦于囊中羞涩，媳妇不给钱买，怎么办呢？不要愁！虫虫今天给大家介绍一个很有意思的项目brickr，利用它我们可以利用R语言编程来玩乐高积木，学习游戏两不误，何乐而不为呢？
brickr是基于R tidyverse和rayshader包来创建LEGO 2D和3D模型的工具包。利用它我们可以：
将图像文件转换为2D和3D LEGO马赛克
从简单的数据框架构建3D乐高模型
安装
必备软件和包：
必须安装Rgui（或RStudio）,Rtools,基本依赖包devtools，tidyverse，rayshader，dplyr等。
R和Rtools必须下载二进制安装包安装。
依赖包的安装方法很简单直接利用install.packages（"XXX"）
安装brickr
安装brickr要利用devtools从github库安装，安装方法如下：
devtools::install_githu（"ryantimpe/brickr"）
基本使用
3D建模
3D模型可以用两种方法构建：bricks_from_table函数和或bricks_from_coords函数。
bricks_from_table()：将矩阵数组转换为乐高积木。对于简单模型，可以通过data.frame()或tibble::tribble()函数手动构建。对于更高级的模型，建议可以通过Excel或.csv文件导入数据。导入的表格数据中最左侧的列与模型的Level或z轴相关联。默认情况下，该功能会将此值转换为数字。其他列是x坐标，每行是y坐标。
bricks_from_coords()：则使用用带有x，y和z整数值以及颜色列的数据框，其中x，y和z的每个组合都是三维空间中的一个点。颜色必须是display_colors（）列出的官方乐高颜色名称。这种方法比bricks_from_table函数更灵活，还允许进行3D模型的编程开发。
将任何brick_from _*()函数的输出传递给display_bricks()就可以查看其3D模型图。从一个简单例子开始：
library(brickr)
CC <- data.frame(
Level="A",
X1 = rep(1,4),
X2 = rep(1,4)
)
CC
结果：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
打印这个图
CC %>%
bricks_from_table() %>%
display_bricks()
rayshader::render_snapshot()
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
上色
有两种方法给brickr上色。display_colors()可以列出，支持的颜色标识ID和名称：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
在模型输入表中使用brickrID值而不是"1"。值"0"表示空值。
创建颜色分配表并将其传递给bricks_from_table()即可，比如：
CC_colors <- data.frame(
.value = 1,
Color = "Bright blue"
)
CC %>%
bricks_from_table(CC_colors) %>%
display_bricks()
rayshader::render_snapshot()
结果显示：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
堆积
输入数组的Level列确定砖块的高度。bricks_from_table()会将字母数字级别转换为z坐标。
CC <- data.frame(
Level= c(rep("A",4), rep("B",4)),
X1 = rep(1,4),
X2 = rep(1,4)
)
CC %>%
bricks_from_table(brick_colors) %>%
display_bricks()
rayshader::render_snapshot()
结果：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
同理，我们可叠更多的层，不同的层使用不同的颜色
CC <- data.frame(
Level="A",
X1 = rep(1,4),
X2 = rep(1,4)
)
1:10 %>%
purrr::map_df(~dplyr::mutate(CC, Level = LETTERS[.x], X1 = .x, X2 = .x)) %>%
bricks_from_table() %>%
display_bricks()
rayshader::render_snapshot()
结果如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
一个比较大的模型
对于较大的模型，可以使用tibble::tribble()，从而更轻松地显示模型。如果在大一点的模型就需要从外部文件（exce）导入数据了。下面是一个使用tibble::tribble()的实例:
Chongchong_model <- tibble::tribble(
~Level, ~X1, ~X2, ~X3, ~x4, ~x5, ~X6, ~x7, ~x8,
"A", 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1,
"A", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"A", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"A", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
"B", 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1,
"B", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"B", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"B", 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1,
"C", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
"C", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"C", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"C", 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
"D", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
"D", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"D", 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,
"D", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
"E", 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
"E", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
"E", 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
"E", 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
)
Chongchong_colors <- tibble::tribble(
~`.value`, ~Color,
1, "Bright green",
2, "Dark orange"
)
Chongchong_model %>%
bricks_from_table(Chongchong_colors) %>%
display_bricks(theta = 210)
rayshader::render_snapshot()
结果显示如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
以编程方式构建模型
使用bricks_from_coords()以编程方式构建3D LEGO模型，而不是通过表格手动绘。使用该函数，必须要提供x，y和z的坐标数组，以及每个点的颜色名称。比如：
library(brickr)
radius <- 4
sphere_coords <- expand.grid(
x = 1:round((radius*2.5)),
y = 1:round((radius*2.5)),
z = 1:round((radius/(6/5)*3))
) %>%
mutate(
dist = (((x-mean(x))^2 + (y-mean(y))^2 + (z-mean(z))^2)^(1/2)),
Color = case_when(
between(dist, (radius-1), radius) & (x+y+z) %% 6 %in% 0:1 ~ "Bright green",
dist <= radius ~ "Bright red"
))
sphere_coords %>%
bricks_from_coords() %>%
display_bricks(phi = 30, theta = 30)
rayshader::render_snapshot()
结果如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
马赛克
马赛克功能可以对导入的JPG或PNG图像文件用乐高颜色和brick渲染生成2D和3D的马赛克拼图。我们以最近流行的苏大强表情为原始图进行处理：
2D马赛克
原始图：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
对原始图做渲染处理，渲染出蒙太奇拼图效果
mosaic1 <- jpeg::readJPEG("sdq.jpg") %>%
image_to_bricks(img_size = 148)
mosaic1 %>% display_set()
显示效果图如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
分辨率太高显示不出拼图效果来，我们把分辨率调小：
mosaic1 <- jpeg::readJPEG("sdq.jpg") %>%
scale_image(img_size = 48) %>%
legoize() %>%
collect_bricks()
效果如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
image_to_brick函数可以参数设置如下：
img_size： 单个值（例如148）表示图像裁剪为正方形；2元素阵列c（56,48）将输出宽度*高度的矩形图像。
color_table：马赛克中可能的拼块颜色的数据框。默认为包含的数据集lego_colors。
brightness：大于1的值将使图像变亮，而小于1的值将使图像变暗。
display_set(): 引入的ggplot图像。
3D马赛克
另外两个函数可以以使用rayshader包将image_to_bricks数据输出转换为3D马赛克：
**collect_3d(): **将2D LEGO马赛克转换为两个矩阵:一个用于彩色图像，另一个用于图像上每个点的高度。默认情况下，生成的图像具有6个LEGO板（2个LEGO砖）的高度，颜色较浅，具有较高的高度。可以使用mosaic_height设置马赛克的高度，通过highest_el ='dark'设置最高的砖块以较暗的颜色。
display_3d: 调用rayshader::plot_3d()，但是从collect_3d的输出中提取山体阴影和高程矩阵并修复一些参数。更详细信息参考rayshader::plot_3d()的官方文档。比如：
library(rayshader)
mosaic1 %>%
collect_3d() %>%
display_3d(fov=0,theta=-20,phi=30,windowsize=c(1000,800),zoom=0.7)
render_snapshot()
3D拼图效果如下：
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
乐高马赛克IRL
该项目还支持，建立乐高马赛克拼图过程图集。具体功能介绍如下：
使用generate_instructions()将LEGO马赛克图像分解为更易于阅读的构建集合的步骤。默认为6步，具体步骤可以通过整数参数设置。
mosaic1 %>% generate_instructions(9)
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
实需部件计数
当然brickr实际上不是一个纯指上谈兵的项目，而是一个可以线下实操的项目，项目可以这些提供功能，包括display_piece和table_pieces函数。
使用display_pieces()函数可以生成所有必需的插图块的形状和数量。这些按颜色和大小排序，可以适用男高级搜索选项在乐高官网的Pick-a-Brick购买，当然前提是你必须先让媳妇批准你的预算。也可以使用table_pieces()生成所有必需砖块的数据框表。
mosaic1 %>% display_pieces()
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
mosaic1 %>% table_pieces()
利用R语言盘一个苏大强表情包乐高拼图
怎么样，少年？是不是心动了，那就赶紧整一个，拼呗。什么？没钱！那好吧，今天的内容就到这里，欢迎关注虫虫。
