Imgui(3) | 基于 imgui-SFML 的 mnist 数据集查看器

文章目录

[Imgui(3) | 基于 imgui-SFML 的 mnist 数据集查看器](#Imgui(3) | 基于 imgui-SFML 的 mnist 数据集查看器)
- [0. 介绍](#0. 介绍)
- [1. 处理 mnist 数据集](#1. 处理 mnist 数据集)
- [2. 显示单张图像和label](#2. 显示单张图像和label)
- - [2.1 显示单张图像](#2.1 显示单张图像)
  - [2.2 点选列表后更新显示的图像](#2.2 点选列表后更新显示的图像)
  - [2.3 显示 label](#2.3 显示 label)
  - [2.4 使用完整的列表](#2.4 使用完整的列表)
- 总结

0. 介绍

把mnist数据集保存为多张.png图像、 train-label.txt 后，编写一个 GUI 程序，查看图像和对应的标签。

这是一个简陋的demo，可以扩展它来支持其他数据集的显示。

规划:

处理 mnist 数据集
显示单张图像和label
图像文件名列表的显示
点选列表item后切换显示的图像和label

1. 处理 mnist 数据集

python 复制代码

from mnist import MNIST
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np  # 导入numpy
import os

def save_images_and_labels(images, labels, directory, label_filename):
    """
    将图像和标签保存到指定目录。
    """
    if not os.path.exists(directory):
        os.makedirs(directory)

    label_file_path = os.path.join(directory, label_filename)
    with open(label_file_path, 'w') as label_file:
        for i, (image, label) in enumerate(zip(images, labels), start=1):
            image_filename = f"{i}.png"
            image_path = os.path.join(directory, image_filename)
            # 将图像数据转换为NumPy数组并重塑
            image_array = np.array(image, dtype=np.uint8).reshape(28, 28)
            # 保存图像
            plt.imsave(image_path, image_array, cmap='gray')
            # 写入标签
            label_file.write(f"{image_filename} {label}\n")

def main():
    # 加载MNIST数据集
    mndata = MNIST('mnist_data')
    train_images, train_labels = mndata.load_training()
    test_images, test_labels = mndata.load_testing()

    # 保存训练数据集
    save_images_and_labels(train_images, train_labels, 'train', 'train-label.txt')
    # 保存测试数据集
    save_images_and_labels(test_images, test_labels, 'test', 'test-label.txt')

if __name__ == "__main__":
    main()

目录结构:

train
    |-- 1.png
    |-- 2.png
    ...
    |-- train-label.txt

2. 显示单张图像和label

2.1 显示单张图像

简单起见，直接使用 imgui-SFML 进行窗口创建，方便后续直接添加 imgui 的 GUI widget. CMakeLists.txt 的写法，查看之前的博客内容。

加载了 train/1.png 图像文件到 sf::Texture 对象，通过 sf::Sprite 装载。 sprite 的好处是可以设定位置，还可以缩放。我放大了20倍。关键代码:

cpp 复制代码

    sf::Texture texture;
    if (!texture.loadFromFile("../train/1.png"))
    {
        std::cerr << "Error loading image" << std::endl;
        return -1;
    }
    sf::Sprite sprite;
    sprite.setTexture(texture);
    sprite.setScale(20, 20);
    sprite.setPosition(20, 20);

完整代码:

cpp 复制代码

#include "imgui.h"
#include "imgui-SFML.h"

#include <SFML/Graphics.hpp>
#include <SFML/System/Clock.hpp>
#include <SFML/Window/Event.hpp>

#include <iostream>

int main()
{
    constexpr int win_width = 960;
    constexpr int win_height = 640;
    sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(win_width, win_height), "mnist viewer");
    window.setFramerateLimit(60);
    bool ret = ImGui::SFML::Init(window); // [imgui-SFML]
    if (!ret)
        return -1;

    sf::CircleShape shape(100.f);
    shape.setFillColor(sf::Color::Green);

    sf::Texture texture;
    if (!texture.loadFromFile("../train/1.png"))
    {
        std::cerr << "Error loading image" << std::endl;
        return -1;
    }
    sf::Sprite sprite;
    sprite.setTexture(texture);
    sprite.setScale(10, 10); // 水平和垂直方向都放大20倍
    sprite.setPosition(20, 20);

    sf::Clock deltaClock;
    while (window.isOpen())
    {
        sf::Event event;
        while (window.pollEvent(event))
        {
            ImGui::SFML::ProcessEvent(window, event); // [imgui-SFML]

            if (event.type == sf::Event::Closed)
            {
                window.close();
            }
        }

        ImGui::SFML::Update(window, deltaClock.restart()); // [imgui-SFML]

        window.clear();
        window.draw(sprite);
        ImGui::SFML::Render(window); // [imgui-SFML]
        window.display();
    }

    ImGui::SFML::Shutdown(); // [imgui-SFML]

    return 0;
}

2.2 点选列表后更新显示的图像

sprite 对象就是一个容器，或者说带有位置的放大镜，你随时可以换一个新的 texture 丢给它。现在我们通过 imgui 显示一个 list，任意个一个 list item 被选中的时候，就加载对应的图像文件，获取 texture 后装到 sprite 里头，界面上就看到更新的图像了:

关键代码:

cpp 复制代码

        // 使用ImGui创建一个简单的列表
        ImGui::Begin("Image List");

        // 假设文件名为1.png到10.png
        for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
            std::string fileName = std::to_string(i) + ".png";

            // 如果列表项被点击
            if (ImGui::Selectable(fileName.c_str(), currentFile == fileName)) {
                currentFile = fileName; // 更新当前选中的文件名

                // 加载对应的纹理
                if (!texture.loadFromFile(currentFile)) {
                    std::cerr << "Failed to load " << currentFile << std::endl;
                } else {
                    sprite.setTexture(texture);
                }
            }
        }

        ImGui::End();

2.3 显示 label

train-label.txt 每一行是 <image_name> <image_label> 的形式，例如:

1.png 0

使用哈希表存储这一映射关系，然后每当通过GUI交互选择了新的文件名字时，从字典里查询出对应的 label。

在 imgui 里显示当前图像的 label 很简单，只需要添加 ImGui::Text, 并用 ImGui::Begin() 和 End() 包裹即可:

cpp 复制代码

    int currentLabel = label_map[currentFile];
    ImGui::Begin("Label Info");
    ImGui::Text("Current Image: %s", currentFile.c_str());
    ImGui::Text("Label: %d", currentLabel);
    ImGui::End();

增大显示的字体

label 是我们关注的重要信息，要用大字体显示 label，需要先加载字体，并执行build和刷新，否则程序运行阶段会遇到 imgui 的检查失败。

关键代码:

cpp 复制代码

    // 加载字体
    const std::string asset_dir = "../../games/Resources";
    const std::string font_path = asset_dir + "/Arial.ttf";

    // 在这里添加字体
    ImFont* bigFont = ImGui::GetIO().Fonts->AddFontFromFileTTF(font_path.c_str(), 24.0f);
    if (!bigFont) {
        std::cerr << "Failed to load font." << std::endl;
    }

    // 构建字体图集
    ImGui::GetIO().Fonts->Build();
    // 更新SFML中的字体纹理
    ret = ImGui::SFML::UpdateFontTexture();
    if (!ret)
        return -2;

    while()
    {
        while()
        {
            // 显示当前图像的标签
            if (!currentFile.empty()) {
                int currentLabel = label_map[currentFile];
                ImGui::Begin("Label Info", nullptr, ImGuiWindowFlags_AlwaysAutoResize);
                ImGui::PushFont(bigFont); // 使用更大的字体
                ImGui::Text("Label: %d", currentLabel);
                ImGui::PopFont(); // 恢复默认字体
                ImGui::End();
            }
        }
    }

如果不这样设定，会遇到这些报错:

bash 复制代码

Assertion failed: (g.IO.Fonts->IsBuilt() && "Font Atlas not built! Make sure you called ImGui_ImplXXXX_NewFrame() function for renderer backend, which should call io.Fonts->GetTexDataAsRGBA32() / GetTexDataAsAlpha8()"), function ErrorCheckNewFrameSanityChecks, file imgui.cpp, line 9579.

Assertion failed: (io.Fonts->TexID != (ImTextureID) nullptr), function RenderDrawLists, file imgui-SFML.cpp, line 876.

效果:

2.4 使用完整的列表

读取文件名字的时候，原来是硬编码10张图，现在改为从 unordered_map 里读取。注意，由于这个数据量不大，因此没有另外开启线程。

cpp 复制代码

        for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
            std::string fileName = std::to_string(i) + ".png";
            ...
        }

cpp 复制代码

        for (const auto& kv : label_map)
        {
            const std::string fileName = kv.first;
            ...
        }

最终效果:

总结

通过使用 SFML，加载并显示了了图像(texture->sprite->window)。通过使用 imgui, 显示了图像文件列表、 label，并且列表被选中元素和图像、 label 是联动的。

在设置 label 字体的时候，需要额外调用 imgui 的构建字体和 imgui-SFML 的刷新, 来避免运行时候的检查报错。

是一个很简陋的图像数据集查看工具，可以进一步完善。

源码放在: https://github.com/zchrissirhcz/imgui-sfml-examples/tree/main/mnist-viewer