¿Cómo puedo almacenar los metadatos del juego en un archivo .png?

Spore permite compartir criaturas creadas por el jugador al exportar un .pngarchivo. Esa .pnges una foto de la criatura, pero si se importa al juego, la información de la criatura (como texturas, tamaño y forma) también viene con ella.

¿Cómo puedo implementar tal característica?

Si todo lo que realmente necesitaba era el archivo PNG, es probable que simplemente agreguen la información al archivo. Esto es en realidad una práctica de esteganografía . Muchas veces, esto se usa para ocultar cargas útiles o mensajes secretos en cosas que aparentemente son públicas. Sin embargo, es probable en este caso que este método sea el utilizado. La Stegongraphy típica se saldrá del camino para ocultar el contenido, pero no hay ninguna razón por la que uno no pueda simplemente agregar los datos de la imagen al final del archivo y recuperarlos.

Varias herramientas codifican estos datos por usted, una búsqueda en Google trae al menos esto y esto .

Un PNG tiene la firma de bytes $89al comienzo, por lo que es posible que la información se haya insertado después de la estructura PNG y simplemente haya sido analizada por el juego SPORE.

Sin embargo, una investigación adicional dada por las otras respuestas y una búsqueda en Google revela que Spore estaba usando solo una versión de Stegongraphy para ocultar la información en los bits alfa. Con esto en mente, podemos descartar la posibilidad de agregar datos o metadatos.

Cabe señalar que los metadatos siguen siendo una opción muy viable, si los datos se analizan localmente. Si esa información se comparte en la web o se vuelve a codificar, no se garantiza que la exportación conserve toda su información. Cuando se utilizan datos de píxeles, puede sobrevivir a las conversiones sin pérdida sin problemas.

El formato PNG es compatible con metadatos más o menos arbitrarios. El estándar PNG define un archivo PNG, esencialmente una serie de fragmentos, algunos de los cuales son necesarios (y contienen los datos de la imagen). Otros, sin embargo, son opcionales. Por ejemplo, hay un fragmento para almacenar información gamma o datos de histograma.

En particular, hay un tEXtfragmento que se puede utilizar para almacenar pares de texto de clave / valor arbitrarios. Esto se puede usar para enviar cualquier tipo de datos arbitrarios que desee, siempre que pueda representar esos datos como texto (lo cual es bastante probable).

Necesitará una biblioteca PNG que le permita acceder y manipular estos fragmentos adicionales (como la biblioteca de referencia ), o deberá escribir uno usted mismo. Entonces es solo cuestión de elegir cómo codificar los datos que desea como pares clave / valor. Sugeriría lo siguiente:

• elija nombres clave que tengan como prefijo el nombre de su proyecto o el nombre de código como una forma de crear un sistema de "espacio de nombres" crudo y evite posibles conflictos con los usos de los datos por parte de otras aplicaciones
• no intente almacenar texturas reales de esta manera, almacene referencias a esas texturas que apuntan dentro de la base de datos de activos de su propio juego
• datos como el tamaño de la criatura u objeto, el peso, etc., escalares simples, básicamente, pueden almacenarse trivialmente

En aras de dar una respuesta más completa, también señalaré que hay otro enfoque (previamente documentado por las respuestas de @Vaughn y @ Alexis): codifique los datos adicionales que desee directamente en los píxeles de su imagen, distribuyendo sus datos a través de los bits de bajo orden de los canales de color. Este enfoque no requiere el uso de metadatos adicionales, lo que significa que puede implementarlo por completo sin depender de él o preocuparse por los programas externos que manejan incorrectamente esos metadatos. También tiene un factor "genial" muy alto, y debido a que solo usa bits de bajo orden, la imagen seguirá siendo correcta para el ojo humano. Sin embargo, significa que el tamaño de su imagen es un factor de control primario para la cantidad de datos que puede almacenar; Si necesita más almacenamiento, deberá asignar más píxeles a la imagen.

Como otros han señalado, este proceso se conoce como esteganografía .

El desarrollador de Mónaco en realidad hizo un excelente artículo sobre cómo tanto ellos como Spore lograron esto.

El resumen básico de lo que hacen es bastante simple:

• Convierte tus datos en binario
• Convierta su imagen de destino en un mapa de bits sin procesar
• Camine a lo largo de los píxeles de la imagen en un patrón predecible (simplemente lo hacen de izquierda a derecha desde la esquina superior izquierda).
• Escriba un bit en el bit de orden más bajo de cada canal de color de cada píxel
• Exporte el mapa de bits modificado a png nuevamente

Simplemente haga esto a la inversa para recuperar sus datos.

La idea básica detrás del proceso es que hay muchos píxeles en una imagen, y los bits de orden más bajo de cada canal de color no hacen una gran diferencia. Además, aproximadamente la mitad de los bits que escriba serán lo que ya era en la imagen. Lo que obtienes es esencialmente la imagen correcta, pero con artefactos extraños. Se toma el tiempo para notar que estos artefactos solo son realmente notables si realmente aumenta el contraste / saturación y se acerca. Sin embargo, tiene imágenes de origen con mucho ruido inicial.

Del artículo:

Observe en la última imagen cómo hay una línea horizontal apenas perceptible en el ruido. Ese es el final de los datos de nivel. Lo que esto significa es que realmente puedo ajustar todos los datos de nivel en una imagen de 265x120 píxeles, solo usando el bit menos significativo.

Un truco adicional:

Algo que podría hacer, y creo que la gente de Spore también lo hizo, es usar TODOS los bits de color en píxeles que son 100% transparentes. Dado que esos píxeles son transparentes, no importa en qué color los configure.

Sin embargo, no puedo hacer esto, ya que estoy usando toda la imagen, lo que significa que no tengo píxeles transparentes para trabajar.

¿Por qué favorecer esta técnica en lugar de almacenarla en los metadatos?

• ¡Es más divertido! :)
• Los servicios pueden alterar los metadatos (posiblemente como una característica de privacidad / seguridad), pero no deben alterar los píxeles de sus png a menos que tengan requisitos de alojamiento de imágenes agresivos (mirándolo, Facebook). Pero si están reexportando completamente su imagen, no hay nada que pueda hacer de manera confiable .

Crédito adicional: para reducir la notoriedad del ruido, puede usar un PRNG con una semilla fija para seleccionar los píxeles para modificar. También puede modificar solo algunos de los canales de color de manera similar.

Descargué y examiné algunas criaturas Spore de Sporepedia. De aquellos aprendí que:

• Las imágenes no contienen información además de los datos de imagen estándar.
• Los datos estenográficos se han almacenado sin tener en cuenta la imagen, uno podría imaginar que las partes transparentes se usaron exclusivamente, pero no lo son.
• El uso del almacenamiento depende de la cantidad de información que necesita ser almacenada, algunas de las imágenes usan solo el bit menos significativo para el almacenamiento de datos, algunas usan los dos bits menos significativos, algunas pueden usar más.
• El formato Spore evita el uso de un bit en solo una parte de la imagen, el bit menos significativo cambia en toda la imagen, si se usa el segundo bit menos significativo, se usa en toda la imagen. Esto se hace presumiblemente usando relleno aleatorio. Esto evita un cambio en la calidad que podría ser más molesto para el espectador que el ruido en sí.
• Los cuatro canales se usan por igual, el canal de opacidad no recibe un tratamiento especial, por lo que algunos de los píxeles transparentes son ligeramente opacos, mientras que algunos de los píxeles opacos son ligeramente transparentes.

Vale la pena señalar que esto es justo lo que hace Spore, es un método que pone la simplicidad antes que la mayoría de las otras preocupaciones.

La elección de usar estenografía en lugar de un bloque de datos adicional significa que los datos sobrevivirán si la imagen se vuelve a codificar, por ejemplo, por un sitio web, aunque no sobrevivirá a la escala o la compresión Jpeg.

Creo que la alternativa más destacada es en realidad codificar solo una identificación en la imagen y dejar que los datos reales se almacenen en un servidor central donde esta identificación se pueda intercambiar por los datos exactos de la criatura. Tal identificación sería lo suficientemente corta como para poder codificarse en un formato de estenografía tolerante a la compresión y al escalado.

Las posibles mejoras simples al formato Spore incluyen:

• Use solo o prefiera usar los valores de color de píxeles transparentes, no hacen una diferencia visual.
• Use el canal azul más y el canal verde menos, el color azul tiene un menor impacto percibido en la imagen.
• Manteniendo la luminancia de cada píxel casi sin cambios y codificando los datos en croma, un poco de ruido en este parámetro es prácticamente indetectable para los humanos.