Python Pillow 套件－製作GIF動畫
圖像互換格式（Graphics Interchange Format, GIF）是一種媒體格式，可以將多偵的圖像組合成一個連續的動畫。無論是在社交媒體上分享有趣的動畫，還是在網站上展示產品的動態效果，GIF都是一個絕佳的選擇。
上一篇文章說明了Pillow套件的基礎操作，例如圖像的縮放，裁減，旋轉、合併等等，而這篇文章，將介紹如何使用上一篇提到的技巧，製作出流暢的GIF動畫。
Pillow將檔案儲存成GIF格式的函式與上一章介紹的一樣，是使用 Image.save() ，而 save有多個參數可以控制GIF的屬性，以下是常見的參數：
image.save(fp: str,
save_all: bool,
append_images: list,
optimize: bool,
duration: int | list,
loop: int)
image：GIF第一幀的圖。save_all：是否保存多幀GIF。append_images：要追加為GIF的其他圖像串列。duration：每幀的持續時間，以毫秒為單位。可以是單一整數（對所有幀使用相同的持續時間）或整數串列（每幀的持續時間）。loop：GIF的播放次數。0表示無限循環，1表示播放一次，2表示播放兩次，依此類推
範例1－使用繪製製作動畫
先來看圖像：
square_animation.gif
這是一個200x200的圖像，中心有一個紅色矩形，從100x100，每幀邊長各增長10像素，直到填滿200x200的空間，每幀的持續時間為100ms，並且無限循環。
在說明如何製作之前，先來介紹一個可以生成新圖像的函式：
Image.new(mode: str, size: tuple | str, color)
mode：圖像的顏色模式。常見的模式有：'RGB': 三通道，紅色、綠色和藍色。'RGBA': 四通道，紅色、綠色、藍色和透明度/alpha。'L': 灰度模式。'1': 二值模式，只有黑和白。
size：圖像的尺寸，表示為(width, height)。color：背景顏色。對於'RGB'模式，這將是一個三元組，例如(255, 255, 255)表示白色，也可以使用顏色的英文名，如'white'。對於'L'模式，這將是一個介於0（黑色）和255（白色）之間的整數。
例如生成一個100x100，背景顏色為藍色的圖像：
from PIL import Image
img = Image.new('RGB', (100, 100), (0, 0, 255))
img.save(r'blue_square.png')
blue.png
介紹完 new()之後，就可以開始介紹如何製作了。
製作過程
首先，我們需要一個200x200、背景為透明的圖像：
from PIL import Image, ImageDraw
img = Image.new('RGBA', (200, 200), (255, 255, 255, 0))
接著，在圖像的中間繪製100x100的紅色矩形：
draw = ImageDraw.Draw(img)
upper_left = (100 - 50, 100 - 50)
lower_right = (100 + 50, 100 + 50)
draw.rectangle([upper_left, lower_right], fill='red')
img.save(r'red_square.png')
red_square.png
接下來，因為每次邊長都會增加十，也就是說，下一張圖像的矩形大小會是110x110，為了維持在圖像中央，矩形左上角的點座標會是（100 - 55, 100 - 500），右下地的點座標則是（100 + 55, 100 + 55），依此類推，下一次就是（100 - 60, 100 - 60）與（100 + 60, 100 + 60），直到（0, 0）與（200, 200）時，紅色矩形填滿整個圖像。我們利用 for 迴圈來繪製每一張圖像，並且將圖像儲存至 images 的列表內，程式碼如下：
# 創建一個圖像列表
images = []
for i in range(100, 201, 10):
# 創建一個200x200的透明背景
img = Image.new('RGBA', (200, 200), (255, 255, 255, 0))
# 在正中間繪製紅色矩形
draw = ImageDraw.Draw(img)
upper_left = (100 - i//2, 100 - i//2)
lower_right = (100 + i//2, 100 + i//2)
draw.rectangle([upper_left, lower_right], fill='red')
images.append(img)
接下來，我們只要將圖像利用 save 輸出成GIF就完成了，第一幀圖像是 images列表的第一個元素，因此使用 images[0].save() 來製作GIF，按照上面的格式依序填入參數：
images[0].save(r'square_animation.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = 100,
loop = 0)
值得注意的是 append_images = images[1:]，使用列表分割使得 images[0] 不會出現兩幀。以下是完整的程式碼：
from PIL import Image, ImageDraw
# 創建一個圖像列表
images = []
for i in range(100, 201, 10):
# 創建一個200x200的透明背景
img = Image.new('RGBA', (200, 200), (255, 255, 255, 0))
# 在正中間繪製紅色正方形
draw = ImageDraw.Draw(img)
upper_left = (100 - i//2, 100 - i//2)
lower_right = (100 + i//2, 100 + i//2)
draw.rectangle([upper_left, lower_right], fill='red')
images.append(img)
# 將圖像列表保存為GIF
images[0].save(r'square_animation.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = 100,
loop = 0)
範例二－圖像旋轉
接下來用上一篇文章提到的 rotate() 製作如下動畫：
rotated_animation,gif
這是一個100x100的水藍色矩形，以逆時針每次旋轉10度，無限循環，每幀的持續時間為100ms。
首先一樣使用 new() 來製作一個100x100的水藍色圖像：
from PIL import Image
base_img = Image.new('RGB', (100, 100), color = 'aqua')
base_img.save(r'aqua.png')
aqua.png
來看看轉五十度的圖像：
rotated.png
旋轉成功，那我們就可以使用 for 迴圈來快速製作旋轉10度到350度的圖像，由於旋轉0度等於360度， save 的 loop 參數會自動幫我們回到第一幀圖像，因此我們 for 迴圈只要到 350 就行了。
rotated_images = []
# 旋轉圖像
for angle in range(10, 360, 10):
rotated_images.append(base_img.rotate(angle))
將圖像列表合併成GIF動畫：
# 將旋轉的圖像保存為GIF
rotated_images[0].save(r'rotated_animation.gif',
save_all = True,
append_images = rotated_images[1:],
optimize = False,
duration = 100,
loop = 0)
製作旋轉圖像也可以使用Python的生成式，完整程式碼如下：
from PIL import Image
# 創建一個水藍色圖像
base_img = Image.new('RGB', (100, 100), color = 'aqua')
# 旋轉圖像
rotated_images = [base_img.rotate(angle) for angle in range(0, 360, 10)]
# 將旋轉的圖像保存為GIF
rotated_images[0].save(r'rotated_animation.gif',
save_all = True,
append_images = rotated_images[1:],
optimize = False,
duration = 100,
loop = 0)
範例三－圖像裁剪
現在有一張風景圖：
landscape.png
我們希望能擁有以下效果：
sliding_window.gif
這張gif的大小為640x300，每幀擷取的部份的會往下5像素，到最底後會回彈，並以每幀往上5巷素的方式移動，直到回到圖像的最頂端，無限循環，每幀的持續時間為50ms。
一開始，我們先讀入 landscape.png，並顯示其大小：
from PIL import Image
img = Image.open(r'landscape.png')
width, height = img.size
print(f'大小：{width}x{height}')
大小：640x640
先擷取（0, 0）到（640, 300）的範圍：
cropped = img.crop((0, 0, 640, 300))
cropped.save(r'cropped.png')
cropped.png
接著只要一路以每幀5像素的速度向下裁剪，直到碰到底部，也就是裁剪到（0, 340, 640, 640）：
for step in range(0, height - 300 + 1, 5):
box = (0, 0 + step, width, 300 + step)
cropped = img.crop(box)
images.append(cropped)
由於碰到底部要回彈，也就是將剛剛的過程反著再來一遍，我們可以直接複製 images內倒數第二個元素到第二個的元素，也就是去掉頭尾，然後連接到原本 images的後面，程式碼如下：
images += images[-2:0:-1]
接著將圖像列表轉為GIF並儲存：
images[0].save(r'example3\sliding_window.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = 50,
loop = 0)
完整程式碼如下：
from PIL import Image
img = Image.open(r'landscape.png')
images = []
width, height = img.size
for step in range(0, height - 300 + 1, 5):
box = (0, 0 + step, width, 300 + step)
cropped = img.crop(box)
images.append(cropped)
images += images[-2:0:-1]
images[0].save(r'sliding_window.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = 50,
loop = 0)
範例四－圖像合併
有三張風景圖：
0.png
1.png
2.png
我們可以直接使用 blend()來達成如下效果：
blend.gif
利用Python的生成式將圖像依序讀入並存於 images列表中 ：
from PIL import Image
images = [Image.open(f'{img}.png') for img in range(3)]
將 images列表存為GIF：
images[0].save(r'blend.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = 500,
loop = 0)
但這樣轉場過於單調，我們可以透過調整 alpha參數來製作淡出的效果，淡出的過程每幀持續時間100ms，每次淡出圖像的透明度增加10%，圖像每幀持續時間300ms：
fade_out.gif
一樣先讀入圖像，不過為了等等製作淡出動畫方便， base_images的最後我們再增加一張開頭的圖像：
from PIL import Image
base_images = [Image.open(f'{img}.png') for img in range(3)]
base_images.append(base_images[0])
images = []
先將目前顯示的圖像加入到 images中，接著開始製作淡出動畫，淡出圖像的透明度每幀增加10%：
for i in range(len(base_images) - 1):
# 將目前圖像加入至images
images.append(base_images[i])
# 每幀淡出圖像的透明度增加10%
for alpha in range(10):
blend = Image.blend(base_images[i], base_images[i + 1], alpha = alpha / 10)
images.append(blend)
淡出過程有10幀圖像，這個過程每幀100ms，而顯示完整圖像時每幀300ms，完整圖像分別位於 images[0]、 images[11]、 images[22]，也就是說，當索引值是11的倍數時，持續時間須為300ms，剩下的每幀持續時間為100ms，我們利用以下程式碼製作 durations陣列：
for i in range(len(images)):
if i % 11:
durtions.append(100)
else:
durtions.append(300)
最後將圖像列表儲存為GIF就成功啦：
images[0].save(r'example4\fade_out.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = durtions,
loop = 0)
完整程式碼如下：
from PIL import Image
base_images = [Image.open(f'example4\\{img}.png') for img in range(3)]
base_images.append(base_images[0])
images = []
for i in range(len(base_images) - 1):
# 將目前圖像加入至images
images.append(base_images[i])
# 每幀淡出圖像的透明度增加10%
for alpha in range(10):
blend = Image.blend(base_images[i], base_images[i + 1], alpha = alpha / 10)
images.append(blend)
durtions = []
for i in range(len(images)):
if i % 11:
durtions.append(100)
else:
durtions.append(300)
images[0].save(r'example4\fade_out.gif',
save_all = True,
append_images = images[1:],
optimize = False,
duration = durtions,
loop = 0)
以上就是一些利用Pillow套件製作gif的範例，範例程式碼與圖片可以在此查看與下載：YukiHataRin/vocus_gif (github.com)。感謝大家的閱讀！
