Question

1.4. GIF 动画

下面的程序会演示 Go 语言标准库里的 image 这个 package 的用法，我们会用这个包来生成一系列的 bit-mapped 图，然后将这些图片编码为一个 GIF 动画。我们生成的图形名字叫利萨如图形(Lissajous figures)，这种效果是在 1960 年代的老电影里出现的一种视觉特效。它们是协振子在两个纬度上振动所产生的曲线，比如两个 sin 正弦波分别在 x 轴和 y 轴输入会产生的曲线。图 1.1 是这样的一个例子：

译注：要看这个程序的结果，需要将标准输出重定向到一个 GIF 图像文件（使用 ./lissajous > output.gif 命令）。下面是 GIF 图像动画效果：

这段代码里我们用了一些新的结构，包括 const 声明，struct 结构体类型，复合声明。和我们举的其它的例子不太一样，这一个例子包含了浮点数运算。这些概念我们只在这里简单地说明一下，之后的章节会更详细地讲解。

gopl.io/ch1/lissajous

// Lissajous generates GIF animations of random Lissajous figures.
package main

import (
    "image"
    "image/color"
    "image/gif"
    "io"
    "math"
    "math/rand"
    "os"
)

var palette = []color.Color{color.White, color.Black}

const (
    whiteIndex = 0 // first color in palette
    blackIndex = 1 // next color in palette
)

func main() {
    // The sequence of images is deterministic unless we seed
    // the pseudo-random number generator using the current time.
    // Thanks to Randall McPherson for pointing out the omission.
    rand.Seed(time.Now().UTC().UnixNano())
    lissajous(os.Stdout)
}

func lissajous(out io.Writer) {
    const (
        cycles  = 5     // number of complete x oscillator revolutions
        res     = 0.001 // angular resolution
        size    = 100   // image canvas covers [-size..+size]
        nframes = 64    // number of animation frames
        delay   = 8     // delay between frames in 10ms units
    )

    freq := rand.Float64() * 3.0 // relative frequency of y oscillator
    anim := gif.GIF{LoopCount: nframes}
    phase := 0.0 // phase difference
    for i := 0; i < nframes; i++ {
        rect := image.Rect(0, 0, 2*size+1, 2*size+1)
        img := image.NewPaletted(rect, palette)
        for t := 0.0; t < cycles*2*math.Pi; t += res {
            x := math.Sin(t)
            y := math.Sin(t*freq + phase)
            img.SetColorIndex(size+int(x*size+0.5), size+int(y*size+0.5),
                blackIndex)
        }
        phase += 0.1
        anim.Delay = append(anim.Delay, delay)
        anim.Image = append(anim.Image, img)
    }
    gif.EncodeAll(out, &anim) // NOTE: ignoring encoding errors
}

当我们 import 了一个包路径包含有多个单词的 package 时，比如 image/color（image 和 color 两个单词），通常我们只需要用最后那个单词表示这个包就可以。所以当我们写 color.White 时，这个变量指向的是 image/color 包里的变量，同理 gif.GIF 是属于 image/gif 包里的变量。

这个程序里的常量声明给出了一系列的常量值，常量是指在程序编译后运行时始终都不会变化的值，比如圈数、帧数、延迟值。常量声明和变量声明一般都会出现在包级别，所以这些常量在整个包中都是可以共享的，或者你也可以把常量声明定义在函数体内部，那么这种常量就只能在函数体内用。目前常量声明的值必须是一个数字值、字符串或者一个固定的 boolean 值。

[]color.Color{...} ​和 gif.GIF{...} ​这两个表达式就是我们说的复合声明（4.2 和 4.4.1 节有说明）。这是实例化 Go 语言里的复合类型的一种写法。这里的前者生成的是一个 slice 切片，后者生成的是一个 struct 结构体。

gif.GIF 是一个 struct 类型（参考 4.4 节）。struct 是一组值或者叫字段的集合，不同的类型集合在一个 struct 可以让我们以一个统一的单元进行处理。anim 是一个 gif.GIF 类型的 struct 变量。这种写法会生成一个 struct 变量，并且其内部变量 LoopCount 字段会被设置为 nframes；而其它的字段会被设置为各自类型默认的零值。struct 内部的变量可以以一个点(.) 来进行访问，就像在最后两个赋值语句中显式地更新了 anim 这个 struct 的 Delay 和 Image 字段。

lissajous 函数内部有两层嵌套的 for 循环。外层循环会循环 64 次，每一次都会生成一个单独的动画帧。它生成了一个包含两种颜色的 201*201 大小的图片，白色和黑色。所有像素点都会被默认设置为其零值（也就是调色板 palette 里的第 0 个值），这里我们设置的是白色。每次外层循环都会生成一张新图片，并将一些像素设置为黑色。其结果会 append 到之前结果之后。这里我们用到了 append(参考 4.2.1) 内置函数，将结果 append 到 anim 中的帧列表末尾，并设置一个默认的 80ms 的延迟值。循环结束后所有的延迟值被编码进了 GIF 图片中，并将结果写入到输出流。out 这个变量是 io.Writer 类型，这个类型支持把输出结果写到很多目标，很快我们就可以看到例子。

内层循环设置两个偏振值。x 轴偏振使用 sin 函数。y 轴偏振也是正弦波，但其相对 x 轴的偏振是一个 0-3 的随机值，初始偏振值是一个零值，随着动画的每一帧逐渐增加。循环会一直跑到 x 轴完成五次完整的循环。每一步它都会调用 SetColorIndex 来为(x, y) 点来染黑色。

main 函数调用 lissajous 函数，用它来向标准输出流打印信息，所以下面这个命令会像图 1.1 中产生一个 GIF 动画。

$ go build gopl.io/ch1/lissajous
$ ./lissajous >out.gif

练习 1.5： 修改前面的 Lissajous 程序里的调色板，由黑色改为绿色。我们可以用 color.RGBA{0xRR, 0xGG, 0xBB, 0xff} 来得到 #RRGGBB 这个色值，三个十六进制的字符串分别代表红、绿、蓝像素。

练习 1.6： 修改 Lissajous 程序，修改其调色板来生成更丰富的颜色，然后修改 SetColorIndex 的第三个参数，看看显示结果吧。