LuaJIT Libraries on LuaJITTeX de 画像処理したりする話

この記事はTeX ＆ LaTeX Advent Calendar 2016の10日目の記事です。
昨日はyuracoさん、明日はkaizen_nagoyaさんです。

発端

まずはこちらのつぶやきをご覧ください。

昨日東京駅構内で買ったトランプ、これすごい！表も裏もドット絵みたいになってるから透けてるんだけど相手からは見えないってやつ！オサレェ… pic.twitter.com/xzSlkUgfOQ
— しゅんか (@shunkatt) November 22, 2015

以前、このツイートを拝見した際に思っていました。
画像処理で似たことが出来ないかなと。

TeX で 出来ないかなと。

そこで、「TeX で画像処理するなら今こそ LuaTeX の出番！」と思いたち*1、LuaTeX でトランプ風アートを出力する私の旅は始まったのでした……

コンテンツ

この記事で掲載する内容は以下になります。

Torch7: Lua ライブラリの話
texluajit で Lua ライブラリを使う話
luajittex から Lua ライブラリを使う話(ホンキのLuaTeX)
- require の動作を修正する話
画像処理を行う話

Torch7: Lua ライブラリの話

とりあえず画像処理ができないことには目標が達成できません。
処理自体は、単純に範囲ごとに平均を取る方法を利用しようと思っていたので、画像から各ピクセルのRGBが取得できれば問題ありませんでした。

探してみて思ったのですが、あまりLuaの画像処理できるライブラリがないのですね。
最初に見つけたのがTorch7という機械学習などができる*2ライブラリでした。

torchの中にimageというそのままの名前のライブラリがあり、こちらを使うこととしました。

本題とは関係がないですが、このライブラリがあれば更に面白いことができそうですね。

texluajit で Lua ライブラリを使う話

Torch7 が luajit のライブラリ*3なので、まずはluajittexエンジンでluaプログラムを動かす、texluajitコマンドで動作確認です。

require('image')
image.test()

テスト出力がされれば成功です。

luajittex から Lua ライブラリを使う話

texluajitからは動作したので、今度はlatex文章に埋め込んで試しますが動きませんでした。

\documentclass{ltjsarticle}

\directlua{
	require('image')

	image.test()
}

\begin{document}
imageモジュールのテストをパス%しません
\end{document}

これの原因は次のリンク先を参照してください。要約すると、

requireはpackage.loaders( or serchers)を利用して探索する
lua(jit)texではパスの探索はkpseの探索範囲で行う
ただし、texlua(jit)コマンドで起動した場合は、普通のluaと同じ探索を行う

という感じです。

資料-Lua5.1のモジュール機能 - LuaTeX-ja Wiki - LuaTeX-ja - OSDN: 「モジュールローダーの取得」の節が今回関連のある部分です。

require の動作を修正する話

前述の通りなので、requireで読み込むときの動作を修正するモジュールを作成します。

次のページの回答で出ているコードを利用しますが、LuaTeXのLuaがこれとは少し違うようで、修正を加えています。*4

tex.stackexchange.com

以下のコードを、luaモジュールを使いたいtexファイルと同じディレクトリにというlualoader.lua名前で配置しました。

local make_loader = function(path, pos, loadfunc)
  local target = package.searchers or package.loaders
	local default_loader = target[pos]
	local loader = function(name)
		local file, _ = package.searchpath(name,path)
		if not file then
			local msg = "\n\t[lualoader] Search failed"
			local ret = default_loader(name)
			if type(ret) == "string" then
				return msg ..ret
			elseif type(ret) == "nil" then
				return msg
			else
			  return ret
			end
		end
		print("[lualoader][info]found file: " .. file .. "; (with name: " .. name ..")")
		local loader,err = loadfunc(file, name)
		if not loader then
			return "\n\t[lualoader] Loading error:\n\t"..err
		end
		return loader
	end
	target[pos] = loader
end

local binary_loader = function(file, name)
	local symbol = name:gsub("%.","_")
	return package.loadlib(file, "luaopen_"..symbol)
end

make_loader(package.path,2, function(file, name)
	return loadfile(file)
end)
make_loader(package.cpath,3, binary_loader)

これが動くことを確認するため、以下のtexファイルを実行します。

\documentclass{ltjsarticle}

\directlua{
	require('lualoader')
	require('image')

	image.test()
}

\begin{document}
imageモジュールのテストをパス
\end{document}

pdfが出力すれば成功です。これでようやく画像処理ができますね。

画像処理を行う話

画像処理内容は単純で、100x100マスごとにRGBの値を平均したものを計算します。
その色をtikzで塗っていきます。tikzのfillオプションにRGB指定するのがよくわからなかったので、xcolorで毎回色を作っています。

\documentclass{ltjsarticle}

\usepackage{xcolor,tikz,pgf}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}[x=5mm,y=5mm]

	\directlua{
		print()
		print(package)
		for k,v in pairs(package) do
			print(k,v)
		end
		print()
		for k,v in pairs(package.loaders) do
			print(k,v)
		end
		print()

		print(package.path)
		print(package.cpath)
		require "lualoader"
		require('image')

		img = image.load("./lenna.png", 3, 'byte')

		size = 100
		rgb = torch.Tensor(
				4, %-- r,g,b, count
				math.ceil(img:size(2) / size), %-- y
				math.ceil(img:size(3) / size)  %-- x
			):fill(0)

		%-- sum color value
		for y = 1,img:size(2) do
			for x = 1,img:size(3) do
				local vy = math.ceil(y / size)
				local vx = math.ceil(x / size)
				for n = 1, 3 do
					rgb[n][vy][vx] = rgb[n][vy][vx] + img[n][y][x]
				end
				rgb[4][vy][vx] = rgb[4][vy][vx] + 1
			end
			print(y)
		end

		%-- avl color value
		for y = 1, rgb:size(2) do
			for x = 1, rgb:size(3) do
				local px = torch.Tensor(3)
				for n = 1, 3 do
					%-- rgb[n][y][x] = math.floor(rgb[n][y][x] / rgb[4][y][x])
					px[n] = math.floor(rgb[n][y][x] / rgb[4][y][x])
				end
				tex.print("\string\\definecolor{mycolor}{RGB}{" .. px[1] .. "," .. px[2] .. "," .. px[3] .. "}")
				tex.print("\string\\draw[draw=mycolor,fill=mycolor] (" .. (x - 1) .. ",-" .. (y - 1) .. ") rectangle (" .. (x-0.2) .. ",-" .. (y-0.2) .. ");")
			end
		end
	}

\end{tikzpicture}
\end{document}