Python送你一个圣诞帽和5棵圣诞树

马上又到圣诞节啦，先提前祝大家圣诞快乐！

有人要说了，圣诞节是耶稣诞生的日子，我又不信基督教，有啥好庆祝的。这你就有所不知了，Python 的诞生也跟圣诞节有关：1989 年，那是一个冬天，那年的第一场雪来得比以往时候来得更早一些，有一位程序员，在圣诞期间的阿姆斯特丹感觉特别闲，就决定开发一个新的脚本语言。他一边开发一边刷剧，于是新语言的命名也来自于他热衷的豆瓣9分神剧《Monty Python’s Flying Circus（巨蟒剧团之飞翔的马戏团）》。

此人便是后来的 Python 之父·仁慈的独裁者·Guido van Rossum。

不少朋友这个时候喜欢换上一张有圣诞氛围的头像。有不少工具都能轻松实现。

如果你恰好又在学习编程，不妨试试用Python自己实现一个类似的效果。

一种实现方式就是借助 OpenCV 库检测出照片中的人脸位置，再把圣诞帽的图片叠加上去，三四十行代码就能搞定。调试的时候要注意点，图像坐标和像素矩阵索引的维度别搞乱了。

大致步骤：

1. 安装 OpenCV（可通过pip安装）

2. 用 OpenCV 提供的级联分类器做人脸检测，定位出图片中的人脸位置

3. 根据找出的人脸，调整圣诞帽的位置和大小，叠加到原图片上

4. 遍历所有人脸，重复执行步骤3，过程中可随机变换帽子的样式

5. 保存图片

OpenCV 人脸检测代码：

# -*- coding: utf8 -*-
import cv2
import random

# OpenCV 人脸检测
face_patterns = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')
sample_image = cv2.imread('img/face2.jpg')  # 照片路径
faces = face_patterns.detectMultiScale(sample_image,
scaleFactor=1.1,
minNeighbors=8,
minSize=(50, 50))
# 圣诞帽
hats = []
for i in range(4):
    hats.append(cv2.imread('img/hat%d.png' % i, -1))  # 帽子图片路径

for face in faces:
# 随机一顶帽子
hat = random.choice(hats)
# 调整帽子尺寸
scale = face[3] / hat.shape[0] * 1.25
hat = cv2.resize(hat, (0, 0), fx=scale, fy=scale)
# 根据人脸坐标调整帽子位置
x_offset = int(face[0] + face[2] / 2 - hat.shape[1] / 2)
y_offset = int(face[1] - hat.shape[0] / 2)
# 计算贴图位置，注意防止超出边界的情况
x1, x2 = max(x_offset, 0), min(x_offset + hat.shape[1], sample_image.shape[1])
y1, y2 = max(y_offset, 0), min(y_offset + hat.shape[0], sample_image.shape[0])
hat_x1 = max(0, -x_offset)
hat_x2 = hat_x1 + x2 - x1
hat_y1 = max(0, -y_offset)
hat_y2 = hat_y1 + y2 - y1
# 透明部分的处理
alpha_h = hat[hat_y1:hat_y2, hat_x1:hat_x2, 3] / 255
alpha = 1 - alpha_h
# 按3个通道合并图片
for c in range(0, 3):
sample_image[y1:y2, x1:x2, c] = (alpha_h * hat[hat_y1:hat_y2, hat_x1:hat_x2, c] + alpha * sample_image[y1:y2, x1:x2, c])

# 保存最终结果
cv2.imwrite('faces_detect.png', sample_image)

除了圣诞帽，再给大家送上几棵圣诞树吧。

1、极简版

这个可算是最简单的圣诞树了。类似我们习题中的打印三角形，三四行代码即可搞定（刚开始学编程的同学可以不看代码自己尝试写下）：

height = 11
for i in range(height):
    print((' ' * (height - i)) + ('*' * ((2 * i) + 1)))
print((' ' * height) + '|')

2、彩色版

在极简版的基础上，可以通过特殊转义字符实现变色，给圣诞树加上点缀。要注意的是，字符颜色并不是对所有 IDE 环境都有效，不同系统也不一样（Windows 仅部分命令行有效）：

import random
height = 11
for i in range(height):
    print(' ' * (height - i), end='')
    for j in range((2 * i) + 1):
        if random.random() < 0.1:
            color = random.choice(['\033[1;31m', '\033[33m', '\033[1;34m'])
            print(color, end='')   
                     

# 彩灯

 
        else:
            print('\033[32m', end='')   
                     

# 绿色

 
        print('*', end='')
    print()
print((' ' * height) + '|')

3、海龟版

Python 里有个自带的绘图工具叫 turtle，编程教室之前介绍过《》，用它也能画圣诞树。完整代码见文末地址，核心绘制代码：


# 创建画板
import turtle
screen = turtle.Screen()
screen.setup(800,600)
# 画红色圆
circle = turtle.Turtle()
circle.shape('circle')
circle.color('red')
circle.up()
circle.goto(0,100)
circle.stamp()
# 画绿色方块
square = turtle.Turtle()
square.shape('square')
square.color('green')
square.up()
square.goto(0,200)
square.stamp()
# 暂停，点击后退出
turtle.exitonclick()

4、海龟分形版

分形（Fractal）：一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都（至少近似地）是整体缩小后的形状。例如上面这棵圣诞树，每一个树枝又是一个小的圣诞树。这与编程中的递归思想很像：

n = 50
from turtle import *
speed("fastest")
left(90)
forward(3*n)
# 顶部五角星略过
color("dark green")
backward(n*4.8)
def tree(d, s):
    if d <= 0:
        return
    forward(s)
    tree(d-1, s*.8)
    right(120)
    tree(d-3, s*.5)
    right(120)
    tree(d-3, s*.5)
    right(120)
    backward(s)
tree(15, n)
backward(n/2)
exitonclick()

5、炫彩版

一般圣诞树上都会挂上 blingbling 的小彩灯。通过 cls/clear 命令清屏控制台，循环多次绘制，就可以实现类似 GIF 图片的动态效果。清屏部分代码：

import platform
import os
os_name = platform.uname()[0]
IS_WIN = os_name == 'Windows'
os.system('cls' if IS_WIN else 'clear')

以上圣诞帽和圣诞树的完整代码均已上传，获取代码请加微信 crossin123 索取

【注】
海龟版、海龟分形版 来源：
R&Python绘制圣诞树-EasyCharts
https://ask.hellobi.com/blog/EasyCharts/5777
炫彩版 来源：
(圣诞礼物)在终端下画个圣诞树陪你过节-Medici.Yan
http://blog.evalbug.com/2015/12/25/py_fun_0/

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