通过Python编程在《我的世界》中用彩色羊毛绘制世界名画《蒙娜丽莎》。

前置条件

一台安装了Java8（JRE）和Python的PC/Mac
Python编程基础（本文使用2.7）
计算机图像的一点儿基本认识（RGB、BMP位图）
好奇心和折腾的热情

准备环境

安装Minecraft和Forge

推荐使用HMCL下载Minecraft。HMCL是一个跨平台的Minecraft启动器，可以方便的下载不同版本的游戏以及Forge、OptiFine等常用插件。除官方安装源之外，HMCL还提供了多个镜像服务器，对于网络不太灵光的我们非常有用。

启动HMCL，打开“启动器设置”标签，在“下载源”中选择一个（推荐BMCLAPI）。切换到“游戏设置”标签页，选择“游戏下载”，点击“刷新”获取可用的版本列表。本文使用最近刚刚发布的1.11版本。安装成功后上方的“版本”下拉选单中会出现对应的选项，选择之。

选择安装源

安装Minecraft

点击“自动安装” -> “Forge”，选择一个Forge版本下载。完成后“版本”选单中会出现带有游戏版本和forge版本的选项，例如“1.11-forge1.11-13.19.1.2189”。

安装Forge

回到“主页”，在版本中选择带forge的选项，“登陆”选“离线模式”，“名字”输入任意用户名，点击“启动Minecraft”。这时HMCL还会去下载一些游戏需要的资源文件，等下载完成后就会出现Minecraft主界面，如果左下角有“Powered by Forge”字样，就表示安装成功。

启动Minecraft

安装Raspberry Jam Mod

Raspberry Jam Mod是arpruss为Minecraft开发的插件，在PC版Minecraft中的实现了树莓派版的Python接口。可以从这里下载最新版本。作者提供了自动安装工具RaspberryJamMod-Installer.exe，但是对非官方版本的Minecraft，可能会失败，不推荐使用。

下载mods.zip和python-scripts.zip两个文件。从mods.zip中解压出跟Minecraft版本对应的插件文件RaspberryJamMod.jar。找到Minecraft的安装目录：对于Windows用户，Minecraft安装在HMCL可执行文件所在目录下的.minecraft文件夹；对于Mac用户，则在~/.minecraft目录。拷贝RaspberryJamMod.jar到.minecraft/mods目录。启动Minecraft，选择“Mod”，左侧列表中出现“Raspberry Jam Mod”则表示安装成功。

插件安装成功

解压python-scritps.zip，将得到的mcpypi目录拷贝到.minecraft目录。在Minecraft中创建一个新世界，建议使用“创造”模式，并将“世界类型”改为“超平坦”。进入游戏后，输入/py donut，执行mcpypi中的donut.py脚本，看一下效果。或者也可以在Minecraft之外执行脚本：

# 请先切换至mcpypi目录 
python donut.py

Minecraft在窗口失去焦点时会自动打开主菜单并暂停游戏，在进行Python编程时很不方便。打开.minecraft目录下的options.txt文件，找到下面这一行，把true改为false就可以解决这个问题。

pauseOnLostFocus:true

开始编程

在Python中与Minecraft交互

接下来可以自己写一个脚本实验一下。我们跳过Hello World，直接在地图上放置一个方块。注意，因为要导入mine.py这个文件，下面的脚本必须在mcpypi目录下执行。

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

函数setBlock(x, y, z, b)将在(x, y, z)这个坐标放置一个方块b。在Minecraft中，玩家出生点的坐标为(0, 0, 0)。这个脚本在出生点的旁边(0, 0, 1)这个位置放一个白色羊毛方块。setBlock()函数的最后一个参数是一个Block类型的对象，这里使用的是block模块中的预置对象WOOL_WHITE，即白色羊毛。我们也可以自己生成一个新的对象。

b = Block(35, 0)

第一个参数表示方块类型，35是羊毛；第二个参数为附加数据，是可选的。对于羊毛方块，附加数据就表示羊毛的颜色。后面会继续讨论这个问题。

准备图片

找一张蒙娜丽莎的图片。为了避免在Minecraft里建造的“图片”过大，需要限制一下原始图片的尺寸。这里使用ImageMagick命令行工具convert，将图片转换成宽度为64像素的小图，转换过程中宽高比保持不变。

convert -geometry 64x mona_lisa.png mona_lisa_small.png

读取图片

绘图之前，首先要读取出原始图片的内容。计算机中的图片，本质上都是是由不同颜色的像素点组成的矩形阵列^[1]。不同格式的图片文件（jpg、png）只是使用了不同的压缩算法进行处理而已。我们绕过这些具体的细节，直接使用Pillow^[2]这个软件包来读取图片文件。首先还是用pip安装Pillow。

pip install Pillow

下面这段代码将读取/path/to/you/image.png这个图片文件，然后打印出(0, 0)这个点。打印的结果是形如(92, 107, 79)的一个三元组，也就是(0, 0)这个点的RGB颜色值。

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

作画

在Minecraft中绘图，就是用不同颜色的方块去组成一个图像矩阵。Minecraft提供16种不同颜色的羊毛方块，正好用来当作“颜料”。但是，多数图片（以及真实世界）中的颜色远远不止16种，因此我们需要写一个函数，将某个RGB颜色值映射到一种羊毛方块，并且尽可能保证二者在视觉上相近。这就涉及到颜色比较的问题，其实是一个比较复杂的问题。不过StackOverflow上有一个简单的方案。下面Python代码实现了这一算法：

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()函数计算两个RGB颜色之间的差异值，差异越小，表示两个颜色越接近。所以我们要做的，就是从16中羊毛颜色中，选择一个与当前点最接近的。Minecraft的Wiki上给出了这16种颜色对应RGB值。下面的MapColor()函数实现了这个选择过程：

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()函数用了一个for循环去遍历所有的羊毛颜色，并记录下当前遇到的最小差异值（min_dist）和对应的下标（idx）。这是C/C++这些老式语言的做法，虽然比较容易理解，不过看起来有点啰嗦。而Python有更优雅实现方式：

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

接下来，我们只要依次读取图片中的每个点，用MapColor()函数选择对应的羊毛方块，再用setBlock()函数放置方块，就可以画出任何图像了。参考下面代码：

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：

我的蒙娜丽莎

一点扩展

所谓扩展，其实我在实验过程中走的一点儿弯路，顺便分享一下。为了用Minecraft中的16色羊毛作画，我的第一个想法是先把图片转换成16色位图（BMP）^[3]，然后只要把位图中的16种颜色分别映射到某一种羊毛方块，就可以作画了。打开一个16色位图文件，用getpixel()函数看一下某个点的值：

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

这次的打印结果变成了7，而不是之前的RGB三元组。这是因为16色位图使用了一个“调色板(Palette)”机制。没错，这就跟我们画画用的调色板是一样的，它记录了这张图片中使用的所有颜色。对于16色位图，调色板就是16个RGB三元组。有了调色板之后，对于图片中的每一个像素点，就只需要记录一个0-15的索引值，而不需要花3个字节去记录RGB。这种方法极大的节省存储空间，在早期计算机存储容量比较小的情况下，是非常有效的压缩方法。我们可以通过im.palette来获得位图文件的调色板。

>>> 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')

第一个字段'BGRX'为调色板的模式，第二个就是调色板对应的二进制数据。调色板以4字节为一个单位，其中前三字节为该颜色的RGB值，最后一个字节为0。下面这段代码将解析这段二进制数据并生成一个RGB三元组组成的数组：

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)]

对于使用了调色板的位图文件，要获取某个点的颜色，就多了一个查找调色板的过程。上面的代码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)

在《我的世界》里画一幅《蒙娜丽莎》