Unity+人工智能，让小朋友的画成真，六一儿童节一起来画猫猫吧（Unity | 人工智能 | 绘图 | 爬虫 | 猫妖）

一、前言

点关注不迷路，持续输出Unity干货文章。
嗨，大家好，我是新发。
马上要六一儿童节了，我这个老人家又可以假装6岁了。
小时候我喜欢画画，那时候流行七龙珠、宠物小精灵、数码宝贝，这些我都画过。
二年级的时候老师带我去报名了校级的画画比赛，让我比赛的时候画五星红旗，我说这个太简单了，不过老师还是坚持让我画五星红旗。比赛时我很快就画好了，坐在位子上开始偷看四周人都在画什么，我转头看到后座的小朋友画的是一艘华丽的游轮… …
比赛结束当场就宣部了结果，我没有得奖；老师为了安慰我，说要带我去她家里炸虾丸给我吃；我坐在凳子上等了很久很久，尿急得不得了，但又不好意思说，差点就晕过去… …
长大后，不怎么画画了，兴趣点来了就画一幅，下面这张图是我用iPad画的，场景是我现在租的真实的小窝（30平的小单间），蹲在我身上的是我养的猫——皮皮（它现在3周岁了），这幅画我命名为《睡吧孩子》，

注：本图的线稿作画过程和最终成图见文章末尾。

我把自己画成一个孩子，我希望每个人心中都有一个小孩子，不忘本心，永远清澈明朗，无忧亦无惧。
好了，扯远了，回归本文主题，六一儿童节，我们一起来当小朋友吧。

二、一起来画猫猫

小孩子一般都喜欢画画，我用Unity做了一个画猫猫的Demo，效果如下，AI会根据你画的线稿自动识别生成对应的猫图。
操作说明：
鼠标左键是画线，右键是橡皮擦（或者按Shift+鼠标左键也是橡皮擦），按C是清空画布。

想玩的同学可以直接下载我打好的包，
Windows版本：
网盘地址：https://pan.baidu.com/s/1RrpmwVhwEe0hKv06RCvCbQ
提取码：3yyq

另，本Demo源码工程已上传到CodeChina，感兴趣的同学可自行下载学习。
地址：https://codechina.csdn.net/linxinfa/UnityDrawCatAI
注：我使用的Unity版本：Unity 2020.2.7f1c1 (64-bit)。

下文我会讲解Demo的制作细节。

三、爬虫，无穷只猫

画不好，没关系，多看些猫图，给你准备了爬虫，无穷只猫~

爬虫python代码

import requests
import os
import urllib

# 百度图片爬虫
class Spider_baidu_image():
    def __init__(self):
        self.url = 'http://image.baidu.com/search/acjson?'
        self.headers = {
     
            'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/69.0.\
            3497.81 Safari/537.36'}
        self.headers_image = {
     
            'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/69.0.\
            3497.81 Safari/537.36','Referer':'http://image.baidu.com/search/index?tn=baiduimage&ipn=r&ct=201326592&cl=2&lm=-1&st=-1&fm=result&fr=&sf=1&fmq=1557124645631_R&pv=&ic=&nc=1&z=&hd=1&latest=0&copyright=0&se=1&showtab=0&fb=0&width=&height=&face=0&istype=2&ie=utf-8&sid=&word=%E8%83%A1%E6%AD%8C'}

    # 构造参数数组
    def get_param(self):
        keyword = urllib.parse.quote(self.keyword)
        params = []
        for i in range(1,self.paginator+1):
            params.append('tn=resultjson_com&ipn=rj&ct=201326592&is=&fp=result&queryWord={}&cl=2&lm=-1&ie=utf-8&oe=utf-8&adpicid=&st=-1&z=&ic=&hd=1&latest=0©right=0&word={}&s=&se=&tab=&width=&height=&face=0&istype=2&qc=&nc=1&fr=&expermode=&force=&cg=star&pn={}&rn=30&gsm=78&1557125391211='.format(keyword,keyword,30*i))
        return params

    # 构造url数组
    def get_urls(self, params):
        urls = []
        for i in params:
            urls.append(self.url+i)
        return urls

    # 遍历请求url并下载图片
    def get_image(self, urls):
        cwd = os.getcwd()
        file_name = os.path.join(cwd,self.keyword)
        if not os.path.exists(self.keyword):
            os.mkdir(file_name)
        index = 0
        for url in urls:
            json_data = requests.get(url,headers = self.headers).json()
            json_data = json_data.get('data')
            for i in json_data:
                if i:
                    image_url = i.get('thumbURL')
                    index += 1
                    with open(file_name+'\\{}.jpg'.format(index),'wb') as f:
                        f.write(requests.get(image_url, headers = self.headers_image).content)
                        print('下载: ' + image_url)
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # 构造参数
        params = self.get_param()
        # 构造url数组
        urls = self.get_urls(params)
        # 请求
        self.get_image(urls)
 
if __name__ == '__main__':
    spider = Spider_baidu_image()
    # 关键字
    spider.keyword = '可爱的猫'
    # 页数，每页30张图
    spider.paginator = 100
    # 开始执行
    spider()

四、猫猫作品展

给大家看看我画的几幅，大家可以大胆发挥想象力，考验一下人工智能~

五、Unity制作讲解

又到了技术讲解环节了，下面我来讲下本Demo的制作过程。
原理图如下：

1、界面素材

首先，在网上找一些素材图，

接着，把素材图导入Unity工程中，

图片的格式都设置成Sprite (2D and UI)，

2、UGUI制作界面

使用UGUI制作界面，主要使用到的UI组件是：
图片：Image组件，文字：Text组件，文字的描边使用了Outline组件，

其中绘图的UI是RawImage，

3、分辨率适配

做UI一定要注意分辨率适配，比如后面的天空底图，将Anchor设置为top - stretch

这样在不同分辨率下都可以适配铺满屏幕上方，其他UI对象根据具体情况设置Anchor。

4、如何检测鼠标事件

如下，我们怎么捕获鼠标的事件？

这里是通过Event Trigger组件来实现监听的，

在UI对象上挂Event Trigger组件，点击Add New EventType即可添加对应的事件监听。因为我们是要在图上画画，所以我们要监听Drag事件。

设置响应函数为SketchPad脚本的OnDrag函数。

这样我们就可以在SketchPad脚本的OnDrag函数中去实现相关的逻辑了。

// 拖拽事件响应函数
public void OnDrag(BaseEventData baseData)
{
     
	PointerEventData data = (PointerEventData)baseData;
	// 鼠标当前的坐标
	Vector2 pos = data.position;
	// 拖拽的变化向量
	Vector2 delta = data.delta;
	// ...
}

其中通过传递过来的参数，我们可以知道鼠标点击的坐标position和拖拽的变化向量delta。

5、世界坐标转局部坐标

上面的OnDrag函数，我们得到的position是世界坐标，我们需要转换为图片的局部坐标，这样我们才方便在图片的这个位置画线，通过Transform的InverseTransformPoint方法即可将世界坐标转为以该Transform为父节点的局部坐标。

var area = data.pointerDrag.GetComponent<RectTransform>();
// 起始点局部坐标
var p0 = area.InverseTransformPoint(data.position - data.delta);
// 终止点局部坐标
var p1 = area.InverseTransformPoint(data.position);

InverseTransformPoint函数模型如下：

如果是要将局部坐标转世界坐标，则是使用TransformPoint函数，对应的函数模型如下：

6、画线原理

我们在图上画画，本质上是画一段一段的小线段。可以近距离观察，

利用的是RenderTexture.active,当我们给RenderTexture.active赋值的时候，所有的渲染操作会进入这个激活的RenderTexture对象，

// 备份
var prevRT = RenderTexture.active;
// 把画图的的RenderTexture对象_sourceTexture赋值给active
RenderTexture.active = _sourceTexture;
// 执行绘图，所有的绘图会渲染到_sourceTexture对象上
// ...
// 还原
RenderTexture.active = prevRT;

执行绘图的逻辑，用的是Graphics类，它有大量的绘图操作函数，我们用的是DrawMeshNow函数。

可以看到DrawMeshNow需要一个Mesh参数，所以我们需要构造一个Mesh，我们构造一个线段的Mesh，

Mesh _lineMesh = new Mesh();
_lineMesh.MarkDynamic();
_lineMesh.vertices = new Vector3[2];
_lineMesh.SetIndices(new[] {
      0, 1 }, MeshTopology.Lines, 0);

再给这个Mesh塞入两个顶点，

List<Vector3> _vertexList = new List<Vector3>(4);
_vertexList.Clear();
_vertexList.Add(p0);
_vertexList.Add(p1);
_lineMesh.SetVertices(_vertexList);

不过光有Mesh还不够，Mesh只是网格，它只定义了形状，还欠一个材质，所以我们再弄一个材质球，

Material _lineMaterial = new Material(_drawShader);
// 黑色
_lineMaterial.color = Color.black;

最后，调用Graphics.DrawMeshNow进行绘图，

_lineMaterial.SetPass(0);
Graphics.DrawMeshNow(_lineMesh, Matrix4x4.identity);

这样子，我们的线段Mesh就画到了_sourceTexture对象上了。

7、橡皮擦原理

画的过程中，想用使用橡皮擦，使用鼠标右键或者按住Shift+鼠标左键即可。

橡皮擦的原理和画线的原理是一样的，只不过橡皮擦的Mesh不是线段，而是正方形（两个三角形构成）。

其中SetIndices参数数组是顶点的序号，每三个序号为一组组成一个三角形，这里的顺序决定了Mesh的法线方向，也即决定了正面，默认情况下shader只会处理正面的渲染。
可以使用右手来判断法线的方向，四指按序号绕着旋转的方向，拇指指向的就是法线方向，下图的这个序号顺序，法线是指向屏幕外，也就是正面是超向屏幕外的。

Mesh _eraserMesh = new Mesh();
_eraserMesh.MarkDynamic();
_eraserMesh.vertices = new Vector3[4];
_eraserMesh.SetIndices(new[] {
      0, 1, 2, 1, 3, 2 }, MeshTopology.Triangles, 0);

橡皮擦的材质球颜色为白色，

Material _eraserMaterial = new Material(_drawShader);
// 白色
_eraserMaterial.color = Color.white;

绘制的时候，需要设置4个顶点的坐标，

// 半边长
const float d = 0.05f;

_vertexList.Clear();
_vertexList.Add(p0 + new Vector3(-d, -d, 0));
_vertexList.Add(p0 + new Vector3(+d, -d, 0));
_vertexList.Add(p0 + new Vector3(-d, +d, 0));
_vertexList.Add(p0 + new Vector3(+d, +d, 0));
_eraserMesh.SetVertices(_vertexList);

检测是否橡皮擦的逻辑：

public void OnDrag(BaseEventData baseData)
{
     
    var data = (PointerEventData)baseData;
    // ...
	bool eraser = (data.button == PointerEventData.InputButton.Right);
	eraser |= Input.GetKey(KeyCode.LeftShift) || Input.GetKey(KeyCode.RightShift);
	// ...
}

8、重置图片

画的过程中，想要重新画，按C键即可。

重置图片用的是Graphics的Blit方法。

这个方法的作用就是使用着色器将源纹理复制到目标渲染纹理上。
重置逻辑如下：

if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C))
{
     
    Graphics.Blit(_defaultTexture, _sourceTexture);
    Graphics.Blit(_defaultTexture, _resultTexture);
}

9、训练模型下载

需要先下载训练模型，放到StreamingAssets目录中，

训练模型下载地址：
https://raw.githubusercontent.com/affinelayer/pix2pix-tensorflow-models/master/edges2cats_AtoB.pict
初始化的时候，会去读取这个训练模型数据，

var filePath = Path.Combine(Application.streamingAssetsPath, "edges2cats_AtoB.pict");
Dictionary<string, Pix2Pix.Tensor> _weightTable = Pix2Pix.WeightReader.ReadFromFile(filePath);
Pix2Pix.Generator _generator = new Pix2Pix.Generator(_weightTable);

通过训练模型我们构造了生成器_generator。

10、通过生成器得到图像

通过Start方法传入我们画的图像，通过GetResult方法得到生成的图像。

// Generator.cs 生成器

public void Start(Texture input)
{
     
	Image.ConvertToTensor(input, _temp1);
	_progress = 0;
}

public void GetResult(RenderTexture output)
{
     
	Image.ConvertFromTensor(_temp1, output);
}

如果继续往Image里面走，就是GpuBackend模块，

对pix2pix感兴趣的同学，可以访问它的开源项目：
地址：https://github.com/affinelayer/pix2pix-tensorflow

六、结束语

就先写这么多吧~
喜欢Unity的同学，不要忘记点击关注，如果有什么Unity相关的技术难题，也欢迎留言或私信~

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七、附录，《睡吧孩子》画画过程记录

1、线稿过程

2、成稿