生成ASCII艺术 – C# 简单教程

ASCII艺术，一种使用ASCII标准中的字符来创建视觉效果的技术，已经存在于计算世界数十年。这是一种无需传统图形即可表示图像的迷人方式。对于编程新手来说，构建一个生成ASCII艺术的程序可以作为一种富有洞察力的入门。

在本指南中，我们将介绍一种C#方法，用于转换标准图像并从中生成ASCII艺术。你不仅将获得一个可以生成ASCII艺术的C#应用程序的完整源代码，我还会解释为什么像这样的简单程序对于帮助你学习至关重要。

在我提供生成ASCII艺术的代码之前

我意识到你们中的许多人只是想直接看代码。我理解！但正因如此，我特别想在开始之前放一条重要信息，尤其是对于那些更初级开发者。

很多时候，初级程序员在学习的早期阶段感到停滞不前，因为他们不知道如何分配时间。他们尝试阅读书籍、文章和博客（就像这篇！）来学习理论，或者观看视频并寻找最好的训练营，以获得最大的成功机会。我经常提醒我的听众，我认为构建事物并实际编写代码是学习的绝对最佳方式之一。

在我们一起研究代码时，我希望你牢记这一点！在文章的最后，我将提出一些你可能想考虑的变体和增强功能。我包含此列表不仅仅是因为我认为它很酷，而是为了激发你的创造力！思考你作为开发人员想要关注的不同事物，并看看你是否可以将它们融入到你的ASCII艺术生成器中！

能够利用像这样的简单程序可以减轻“该构建什么”的压力，让你专注于学习和探索。请在跟随本文的同时观看视频！

生成ASCII艺术的示例代码

好了，你坚持看完了我的介绍。谢谢！让我们来看一些代码（顺便说一下，可在GitHub上找到完整代码）

string imagePath = "your file path here";

using var inputStream = new FileStream(
    imagePath, 
    FileMode.Open, 
    FileAccess.Read,
    FileShare.Read);
var generator = new Generator();

using var sourceImage = Image.Load(inputStream);
using var imageRgba32 = sourceImage.CloneAs<Rgba32>();
using var image = new ImageSharpImageSource(imageRgba32);

var asciiArt = generator.GenerateAsciiArtFromImage(image);

Console.WriteLine(asciiArt.Art);

这是我们C#程序的入口点。在这里，我们设置了图像的路径并创建了一个流来读取它。我们还实例化了我们的主Generator类，它将处理ASCII转换，以及持有图像数据的ImageSharpImageSource。真正的魔力发生在GenerateAsciiArtFromImage方法内部，我们稍后会看它。

如果你们不熟悉using声明语法，我想快速说明一下。在C# 8中，我们获得了这项语言特性，它允许我们简化using语句。以前，显式的using块使用花括号来表示作用域。有了这项新的语言特性，当变量超出作用域时，它就相当于using作用域的结束。虽然隐式并不总是那么明显，但这里可读性的一个额外好处是，我们不会有过度嵌套的代码。

ImageSharp库用于加载图像，然后将其克隆为一种格式（Rgba32），允许我们处理单个像素颜色。ImageSharpImageSource类充当ImageSharp库和我们的ASCII生成逻辑之间的桥梁。当我们查看这个类的代码时，我们将能够看到索引器方法，它允许我们获取X和Y坐标的像素数据。

接下来我们看看图像源的实现

internal interface IImageSource : IDisposable
{
    int Width { get; }

    int Height { get; }

    float AspectRatio { get; }

    Rgb GetPixel(int x, int y);
}

internal sealed class ImageSharpImageSource : IImageSource
{
    private readonly Image<Rgba32> _image;

    public ImageSharpImageSource(Image<Rgba32> image)
    {
        _image = image;
    }

    public int Width => _image.Width;

    public int Height => _image.Height;

    public float AspectRatio => _image.Width / (float)_image.Height;

    public Rgb GetPixel(int x, int y)
    {
        var pixel = _image[x, y];
        return new(
            pixel.R,
            pixel.G,
            pixel.B);
    }

    public void Dispose() => _image.Dispose();
}

在上面的代码中，我们可以看到我们实现了IImageSource接口。之所以这样做，是因为你实际上可以使用System.Drawing命名空间和Bitmap类来实现相同的功能，但它只能在Windows上运行。代码_image[x, y]允许我们获取图像的像素信息！

最后一个重要的类是实际的生成器。我们将在后面的章节中更详细地研究代码

internal sealed class Generator
{
    public AsciiArt GenerateAsciiArtFromImage(
        IImageSource image)
    {
        var asciiChars = "@%#*+=-:,. ";

        var aspect = image.Width / (double)image.Height;
        var outputWidth = image.Width / 16;
        var widthStep = image.Width / outputWidth;
        var outputHeight = (int)(outputWidth / aspect);
        var heightStep = image.Height / outputHeight;

        StringBuilder asciiBuilder = new(outputWidth * outputHeight);
        for (var h = 0; h < image.Height; h += heightStep)
        {
            for (var w = 0; w < image.Width; w += widthStep)
            {
                var pixelColor = image.GetPixel(w, h);
                var grayValue = (int)(pixelColor.Red * 0.3 + 
                                 pixelColor.Green * 0.59 + pixelColor.Blue * 0.11);
                var asciiChar = asciiChars[grayValue * (asciiChars.Length - 1) / 255];
                asciiBuilder.Append(asciiChar);
                asciiBuilder.Append(asciiChar);
            }

            asciiBuilder.AppendLine();
        }

        AsciiArt art = new(
            asciiBuilder.ToString(),
            outputWidth,
            outputHeight);
        return art;
    }
}

分解图像处理

当我们谈论计算机中的图像时，我们实际上是在讨论一个像素矩阵。每个像素都有一个颜色，这个颜色通常由三个主要分量表示：红色、绿色和蓝色（RGB）。你还可能在这个组合中看到第四个分量，即“alpha”（或透明度），用A（RGBA）表示。这些分量以不同的强度组合，构成了我们在数字图像中看到的丰富多彩的颜色。

ASCII艺术在传统意义上不处理颜色。相反，它使用具有不同视觉重量或密度的字符来表示图像。这就是灰度概念发挥作用的地方。灰度图像是指其中每个像素的RGB分量具有相同值的图像，从而产生各种深浅不一的灰色。将图像转换为灰度对于ASCII艺术的重要性在于简化表示。通过将图像简化为其亮度，我们可以然后将不同的灰色映射到特定的ASCII字符，并从图像生成ASCII艺术。

在我们的代码中，IImageSource接口作为我们图像源的抽象。它提供了获取图像宽度、高度和纵横比的属性，以及检索特定像素颜色的方法。ImageSharpImageSource类是使用ImageSharp库对该接口的实现。如我们所见，它包装了一个ImageSharp图像，并为我们的程序生成ASCII艺术提供了必要的数据。

如我们在后面的章节中将看到的，图像缩放仍有一些需要考虑的地方，包括缩小图像以适应控制台输出以及考虑纵横比。此外，代码本身尚未进行基准测试，以了解是否有机会减少内存使用和/或更有效地生成输出。

生成器类：生成ASCII艺术的关键

Generator类是实现魔法的地方。它负责将我们的图像转换为ASCII艺术作品。让我们更深入地研究其主要方法：GenerateAsciiArtFromImage。

var asciiChars = "@%#*+=-:,. ";

这行定义了我们的ASCII字符调色板。这些字符是根据它们的视觉密度选择的，其中@是最稠密的，而空格（ ）是最不稠密的。你可以自定义此列表以获得不同的视觉外观，并添加或删除一些字符来更改使用的阴影粒度。

var aspect = image.Width / (double)image.Height;
        var outputWidth = image.Width / 16;
        var widthStep = image.Width / outputWidth;
        var outputHeight = (int)(outputWidth / aspect);
        var heightStep = image.Height / outputHeight;

这段代码实际上是不完整的，但它是一个思考增强功能的好机会。这段代码的目的是处理图像的正确输出分辨率以及考虑如何缩放它。理想情况下，这将是可配置的，这样就没有“魔法数字”了！

在遍历图像中的每个像素时，一个重要的细节是我们从左上角开始，然后向右遍历整行，再到下一行。这是因为向控制台打印一行比逐列打印要简单得多。在遍历图像的像素时，我们需要确定哪个ASCII字符最能代表特定像素的颜色。为此，我们首先将像素的颜色转换为灰度值

var pixelColor = image.GetPixel(w, h);
var grayValue = (int)(pixelColor.Red * 0.3 + 
                      pixelColor.Green * 0.59 + pixelColor.Blue * 0.11);

这个公式可以调整以获得灰度值，但当前的“魔法数字”在这里强调了绿色分量，因为人眼对其敏感。有了灰度值，我们就可以将其映射到我们的ASCII字符之一

var asciiChar = asciiChars[grayValue * (asciiChars.Length - 1) / 255];

这种映射确保了较暗的像素由更稠密的ASCII字符表示，较亮的像素由不太稠密的字符表示。然后将生成的字符添加到我们的ASCII艺术表示中。

跨平台：使用ImageSharp生成ASCII艺术

ImageSharp是.NET生态系统中一个强大、开源的库，提供图像处理功能。它功能多样、高效，并支持多种图像格式。要生成ASCII艺术，我们需要一种读取和操作图像的方法，而ImageSharp完美契合要求。

由于我最初是使用System.Drawing开始这个项目，我想说明我们可以互换使用ImageSharp或System.Drawing来生成ASCII艺术。通过这样做，我可以将核心逻辑集中到一个地方，并抽象对特定于图像的代码的访问。为什么要这样做？嗯，如果我们将来决定切换到另一个图像处理库怎么办？为了保持模块化和可维护性，我们引入了一个抽象层：IImageSource接口。

ImageSharpImageSource类充当ImageSharp和我们的生成器之间的桥梁。它实现了IImageSource接口，包装了一个ImageSharp图像。

public Rgb GetPixel(int x, int y)
{
    var pixel = _image[x, y];
    return new( pixel.R, pixel.G, pixel.B);
}

GetPixel方法尤其重要。它检索图像中特定像素的RGB值。此方法对我们的生成器至关重要，因为它使用这些RGB值来确定灰度值，进而确定该像素的适当ASCII字符。我们想使用的任何图像库都需要某种方式让我们访问特定像素，这似乎是一个合理的预期功能。

生成ASCII艺术：项目增强

为了生成ASCII艺术，我们打下了坚实的基础，但总有改进和创新的空间。重申一下，像这样的项目对学习来说非常棒，因为你改进的方向可以让您选择如何集中精力学习。以下是一些将此项目提升到新水平的建议：

1. 完善ASCII艺术生成

不同的图像可以从不同的ASCII字符集中受益。尝试各种字符集，看看哪些字符集能为不同类型的图像产生最佳效果。这会不会是允许用户配置的东西？

图像大小和缩放呢？我们能将输出调整到特定尺寸吗？保持纵横比呢，还是不保持？这些都可以真正增强生成器的可用性！

2. 添加颜色

虽然传统的ASCII艺术是单色的，但没有理由不能引入颜色。通过将像素颜色映射到终端或HTML颜色代码，您可以生成鲜艳、多彩的ASCII艺术。即使在Windows的C#控制台中，我们也有一些基本的颜色可供使用，所以完全重新设计现有代码之前，您可以修改代码以生成ASCII艺术，使其返回像素颜色，并让某些东西将其映射到最接近的控制台颜色！

3. 性能优化

对于较大的图像，生成过程可能有点慢。深入性能分析，看看是否有可以解决的瓶颈，也许通过优化循环或利用并行处理。你甚至可能可以使用比StringBuilder更有效的东西……即使我们回顾C#数据类型的基础知识，我们也许可以选择更高效的东西！

4. Web应用程序或GUI集成

将这个基于控制台的工具变成一个更用户友好的应用程序。想象一个Web应用程序，用户可以上传图片并立即看到它们的ASCII艺术表示。或者一个带有GUI的桌面应用程序，允许用户实时调整设置。您可以通过摆脱传统的控制台应用程序来探索很多选项！

结论

事实证明，0到255范围内的字符可以教会我们很多东西，当我们将其转化为一个可以生成ASCII艺术的程序时！虽然该项目表面上看起来很简单，但它提供了深入研究各种编程概念的机会，从图像处理到算法优化。通过一些可选的增强功能，您可以真正地让它大放异彩并学到一些很棒的新知识！

对于那些一直跟随到这里的人，我希望你们不仅获得了创建ASCII艺术的知识，还对即使是简单的项目也能提供的学习机会有了欣赏。真正的价值不仅在于最终产品，还在于解决问题、实验和迭代的过程。

我鼓励您获取这段代码，进行修改，并使其成为您自己的。尝试不同的功能，进一步优化代码，或将其集成到更大的项目中。请记住，您编写的每一行代码，以及您克服的每一个挑战，都在您作为开发者的成长中增添了价值。有时，最简单的项目反而提供了最深刻的教训！