canvas 繪製雙線技巧

weixin_33670713發表於2018-12-18
Canvas

楔子

最近一個專案，需要繪製雙線的效果，雙線效果表示的是軌道（類似鐵軌之類的），如下圖所示：

負責這塊功能開發的小夥，姑且稱之為L吧，最開始是通過數學計算的方式來實現這種雙線，也就是在原來的路徑的基礎上，計算出兩條路徑。但是這個過程的計算算挺複雜，而是最終實現的效果很耗效能，效能損耗估計主要在於路徑的計算上。

優化技巧

後來他找到我來看這個問題，我在分析了專案背景的情況下，給予了一個簡單的繪製技巧，就是先用較粗的線條繪製路徑，然後再用較細的線條繪製路徑，較細線條的顏色正好是背景顏色。
之所以能夠使用這個技巧，是因為該專案的繪製背景是純色的，而不是漸變色或者圖片。
示例程式碼如下：

               ctx.beginPath();
               ctx.fillStyle = 'blue';
               ctx.rect(10,10,1000,1000);
               ctx.fill();

              ctx.save();
              ctx.strokeStyle = 'red';
              ctx.lineWidth = 10;
              ctx.lineCap = "round";
              ctx.beginPath();
              ctx.moveTo(200,100);  //起始點
              ctx.lineTo(400,100);
              ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);   
              ctx.lineTo(500,400);
              ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);   
              ctx.lineTo(200,500);
              ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);   
              ctx.lineTo(100,200);
              ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);   
              ctx.stroke();

              ctx.strokeStyle= 'blue'
              ctx.lineWidth = 4;
              ctx.stroke();
              ctx.restore();

程式碼的思路是，首先使用純色blue繪製了一個背景，然後使用線條顏色red繪製一條線，然後使用較小的線寬，並把線條顏色改成背景顏色blue，繪製另外一個條線段。最終的繪製效果如下：

6271001-ef866ee9604e62b7.png
double_line

到此，專案的這個技術難點問題，算是被解決了。這種解決方法，不僅演算法簡單，不用構思數學方法來構造雙線，而且輕量，不會有效能負擔。

背景不是純色情況

前面說到：之所以能夠使用這個技巧，是因為該專案的繪製背景是純色的，而不是漸變色或者圖片。
那如果背景是圖片或者漸變顏色情況下，用這種技巧，肯定就是失效的了。

之所以會思考這個問題，是得益於公司的技術分享會。我會要求員工定期組織分享會，分享一些經驗。在此打個小廣告，可以看出我們公司的技術氛圍是很好的，所以有興趣的小夥伴可以抓緊時間投簡歷。怎麼投簡歷呢，關注微訊號ITman彪叔。
過程中，當時小夥伴L也分享了前面提到這種思路。在分享的過程中，我提出了進一步的問題，如果背景不是純色，而是漸變色或者圖片怎麼辦？並且靈感乍現，想到了一個解決方法，就是使用ctx.globalCompositeOperation。

有關globalCompositeOperation的說明，可以參考如下連結的說明：
https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/CanvasRenderingContext2D/globalCompositeOperation
http://www.w3school.com.cn/tags/canvas_globalcompositeoperation.asp

globalCompositeOperation的定義和用法

globalCompositeOperation 屬性設定或返回如何將一個源（新的）影象繪製到目標（已有）的影象上。其中：

  • 源影象 = 您打算放置到畫布上的繪圖。

  • 目標影象 = 您已經放置在畫布上的繪圖
    下圖顯示了globalCompositeOperation的不同的值的解釋：


    6271001-b7746eeee52239ab.png
    globalCompositeOperation的不同的值的解釋

要實現雙線的繪製，就要求用同樣的路徑，不同的線寬繪製兩條線路
（我們稱之為目標線路和源線路）。並要達到一條線路摳出另外一條線路的效果。
結合上圖，我們可以看出destination-out,source-out,xor可以達到效果。下面以destination-out舉例說明。

destination-out繪製原理說明

比如首先通過 css 設定背景圖,並去掉繪製背景顏色，程式碼如下：

 <body onload="init()" style="background: url(../test/images/diffuse.png);">

然後繪製程式碼如下：

  ctx.save();
              ctx.strokeStyle = 'red';
              ctx.lineWidth = 10;
              ctx.lineCap = "round";
              ctx.beginPath();
              ctx.moveTo(200,100);  //起始點
              ctx.lineTo(400,100);
              ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);   
              ctx.lineTo(500,400);
              ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);   
              ctx.lineTo(200,500);
              ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);   
              ctx.lineTo(100,200);
              ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);   
              ctx.stroke();

              
              ctx.globalCompositeOperation = 'destination-out';
              ctx.lineWidth = 4;
              ctx.stroke();
              ctx.restore();

首先設定路徑，然後設定線寬為10，呼叫stroke方法繪製一條線寬為10的路線A。
之後設定globalCompositeOperation為 'destination-out'，調整線寬為4，呼叫stroke方法繪製一條線寬為4的路線B。
看下destination-out的解釋：

在源影象外顯示目標影象。只有源影象外的目標影象部分會被顯示，源影象是透明的。

繪製了線路A的canvas影象是目標影象，線路B是源影象。根據上面解釋，只有源影象之外的目標影象能夠被顯示。最終繪製的效果如下：


6271001-7df93d00905d692d.png
destination-out.png

xor 和 source-out

把上面的程式碼的globalCompositeOperation修改成xor，發現效果也是可以的，xor的解釋如下：

使用異或操作對源影象與目標影象進行組合。 英文解釋如下：
Shapes are made transparent where both overlap and drawn normal everywhere else.

意思源和目標的畫素重疊(overlap)的部分會被變成透明畫素，其他部分正常繪製。 所以上面示例中，線條A和線條B重疊的部分會被變成透明。繪製的效果也是線條A的被挖空。

對於source-out，其效果正好和destination-out的效果相反：

在目標影象之外顯示源影象。只會顯示目標影象之外源影象部分，目標影象是透明的。

應此只需要取反操作即可，先用寬度4繪製線條A，然後用寬度10繪製線條B,其結果也是一樣的。

背景不是純色情況2

前面的背景是通過css的方式設定上去的，如果是通過canvas的drawImage直接繪製上去，效果就不一樣了。還是以destination-out為例說明，首先繪製了image，然後繪製線路A，此時的目標影象不在是線路A組成的圖形，而是image和線路A組合成的圖形，此時用destination-out的方式繪製線路B，不僅會挖空線路A，背景也會被挖空，如下圖所示：

6271001-564850aeb4fb622f.png
背景不是純色情況2

應此要想達到真正的雙線效果，要麼背景只能是用css設定，要麼用兩個canvas疊加，一個繪製背景圖片，一個繪製路徑。
當然還有一種方式，就是繪製雙線總是在一個臨時的canvas上面進行，然後把這個臨時的canvas繪製結果再次繪製到工作canvas上面，相關實踐留給讀者自己進行。

後記

在網路上面搜尋canvas double line，搜尋到stackoverflow上的一條結果如下：
https://stackoverflow.com/questions/13441610/double-line-stroke-in-html5-canvas
其中的答案也是採用了globalCompositeOperation設定為destination-out的方式。

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