HTML5 Canvas API詳解

HTML5 是一個新興標準，它正在以越來越快的速度替代久經考驗的 HTML4。HTML5 是一個 W3C “工作草案” — 意味著它仍然處於開發階段 — 它包含豐富的元素和屬性，它們都支援現行的 HTML 4.01 版本規範。它還引入了幾個新元素和屬性，它們適用許多使用 web 頁面的領域 — 音訊、視訊、圖形、資料儲存、內容呈現，等等。本文主要關注圖形方面的增強：canvas。
新的 HTML5 canvas 是一個原生 HTML 繪圖簿，用於 JavaScript 程式碼，不使用第三方工具。跨所有 web 瀏覽器的完整 HTML5 支援還沒有完成，但在新興的支援中，canvas 已經可以在幾乎所有現代瀏覽器上良好執行了，但 Windows® Internet Explorer® 除外。幸運的是，一個解決方案已經出現，將 Internet Explorer 也包含進來。
本質上，canvas 元素是一個白板，直到您在它上面 “繪製” 一些可視內容。與擁有各種畫筆的藝術家不同，您使用不同的方法在 canvas 上作畫。您甚至可以在 canvas 上建立並操作動畫，這不是使用畫筆和油彩所能夠實現的。

Canvas API（畫布）用於在網頁實時生成影像，並且可以操作影像內容，基本上它是一個可以用JavaScript操作的點陣圖（bitmap）。
使用前，首先需要新建一個canvas網頁元素。

<canvas id="myCanvas" width="400" height="200">
    您的瀏覽器不支援canvas！
</canvas>
<!-- 如果瀏覽器不支援這個API，則就會顯示canvas標籤中間的文字——“您的瀏覽器不支援canvas！”。 -->

每個canvas元素都有一個對應的context物件（上下文物件），Canvas API定義在這個context物件上面，所以需要獲取這個物件，方法是使用getContext方法。

var canvas = document.getElementById('myCanvas');
if (canvas.getContext) {
    var ctx = canvas.getContext('2d');
}
// getContext方法指定引數2d，表示該canvas物件用於生成2D圖案（即平面圖案）。如果引數是3d，就表示用於生成3D影像（即立體圖案），這部分實際上單獨叫做WebGL API（看博主其他文章）。 

canvas畫布提供了一個用來作圖的平面空間，該空間的每個點都有自己的座標，x表示橫座標，y表示豎座標。原點(0, 0)位於影像左上角，x軸的正向是原點向右，y軸的正向是原點向下。
繪製路徑
beginPath方法表示開始繪製路徑，moveTo(x, y)方法設定線段的起點，lineTo(x, y)方法設定線段的終點，stroke方法用來給透明的線段著色。

ctx.beginPath(); // 開始路徑繪製
ctx.moveTo(20, 20); // 設定路徑起點，座標為(20,20)
ctx.lineTo(200, 20); // 繪製一條到(200,20)的直線
ctx.lineWidth = 1.0; // 設定線寬
ctx.strokeStyle = "#CC0000"; // 設定線的顏色
ctx.stroke(); // 進行線的著色，這時整條線才變得可見
//moveto和lineto方法可以多次使用。最後，還可以使用closePath方法，自動繪製一條當前點到起點的直線，形成一個封閉圖形，省卻使用一次lineto方法。

繪製矩形
fillRect(x, y, width, height)方法用來繪製矩形，它的四個引數分別為矩形左上角頂點的x座標、y座標，以及矩形的寬和高。fillStyle屬性用來設定矩形的填充色。

ctx.fillStyle = 'yellow';
ctx.fillRect(50, 50, 200, 100);
//strokeRect方法與fillRect類似，用來繪製空心矩形。
ctx.strokeRect(10,10,200,100);
//clearRect方法用來清除某個矩形區域的內容。
ctx.clearRect(100,50,50,50);

繪製文字
fillText(string, x, y) 用來繪製文字，它的三個引數分別為文字內容、起點的x座標、y座標。使用之前，需用font設定字型、大小、樣式（寫法類似與CSS的font屬性）。與此類似的還有strokeText方法，用來新增空心字。

// 設定字型
ctx.font = "Bold 20px Arial"; 
// 設定對齊方式
ctx.textAlign = "left";
// 設定填充顏色
ctx.fillStyle = "#008600"; 
// 設定字型內容，以及在畫布上的位置
ctx.fillText("Hello!", 10, 50); 
// 繪製空心字
ctx.strokeText("Hello!", 10, 100);
//fillText方法不支援文字斷行，即所有文字出現在一行內。所以，如果要生成多行文字，只有呼叫多次fillText方法。

繪製圓形和扇形
arc方法用來繪製扇形

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);
//arc方法的x和y引數是圓心座標，radius是半徑，startAngle和endAngle則是扇形的起始角度和終止角度（以弧度表示）//，anticlockwise表示做圖時應該逆時針畫（true）還是順時針畫（false）
//繪製實心的圓形
ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.fillStyle = "#000000"; 
ctx.fill();
//繪製空心圓形
ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.lineWidth = 1.0; 
ctx.strokeStyle = "#000"; 
ctx.stroke();

設定漸變色
createLinearGradient方法用來設定漸變色。

var myGradient = ctx.createLinearGradient(0, 0, 0, 160); 
myGradient.addColorStop(0, "#BABABA"); 
myGradient.addColorStop(1, "#636363");
//createLinearGradient方法的引數是(x1, y1, x2, y2)，其中x1和y1是起點座標，x2和y2是終點座標。通過不同的座標值，可以生成從上至下、從左到右的漸變等等
ctx.fillStyle = myGradient;
ctx.fillRect(10,10,200,100);

設定陰影
一系列與陰影相關的方法，可以用來設定陰影。

ctx.shadowOffsetX = 10; // 設定水平位移
ctx.shadowOffsetY = 10; // 設定垂直位移
ctx.shadowBlur = 5; // 設定模糊度
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"; // 設定陰影顏色
ctx.fillStyle = "#CC0000"; 
ctx.fillRect(10,10,200,100);

//canvas允許將影像檔案插入畫布，做法是讀取圖片後，使用drawImage方法在畫布內進行重繪。
var img = new Image();
img.src = "image.png";
ctx.drawImage(img, 0, 0); // 設定對應的影像物件，以及它在畫布上的位置
//由於影像的載入需要時間，drawImage方法只能在影像完全載入後才能呼叫，因此上面的程式碼需要改寫。
var image = new Image(); 
image.onload = function() { 
    if (image.width != canvas.width)
        canvas.width = image.width;
    if (image.height != canvas.height)
        canvas.height = image.height;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    ctx.drawImage(image, 0, 0);
} 
image.src = "image.png";
//drawImage()方法接受三個引數，第一個引數是影像檔案的DOM元素（即img標籤），第二個和第三個引數是影像左上角在//Canvas元素中的座標，上例中的（0, 0）就表示將影像左上角放置在Canvas元素的左上角。

//getImageData方法可以用來讀取Canvas的內容，返回一個物件，包含了每個畫素的資訊。
var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
//imageData物件有一個data屬性，它的值是一個一維陣列。該陣列的值，依次是每個畫素的紅、綠、藍、alpha通道值，因//此該陣列的長度等於 影像的畫素寬度 x 影像的畫素高度 x 4，每個值的範圍是0–255。這個陣列不僅可讀，而且可寫，//因此通過操作這個陣列的值，就可以達到操作影像的目的。修改這個陣列以後，使用putImageData方法將陣列內容重新繪//制在Canvas上。
context.putImageData(imageData, 0, 0);

//對影像資料做出修改以後，可以使用toDataURL方法，將Canvas資料重新轉化成一般的影像檔案形式。
function convertCanvasToImage(canvas) {
  var image = new Image();
  image.src = canvas.toDataURL("image/png");
  return image;
}

//save方法用於儲存上下文環境，restore方法用於恢復到上一次儲存的上下文環境。
ctx.save(); 
ctx.shadowOffsetX = 10;
ctx.shadowOffsetY = 10;
ctx.shadowBlur = 5;
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)";
ctx.fillStyle = "#CC0000";
ctx.fillRect(10,10,150,100);
ctx.restore(); 
ctx.fillStyle = "#000000";
ctx.fillRect(180,10,150,100);
//先用save方法，儲存了當前設定，然後繪製了一個有陰影的矩形。接著，使用restore方法，恢復了儲存前的設定，繪製//了一個沒有陰影的矩形

//利用JavaScript，可以在canvas元素上很容易地產生動畫效果
var posX = 20,
    posY = 100;
setInterval(function() {
    context.fillStyle = "black";
    context.fillRect(0,0,canvas.width, canvas.height);
    posX += 1;
    posY += 0.25;
    context.beginPath();
    context.fillStyle = "white";
    context.arc(posX, posY, 10, 0, Math.PI*2, true); 
    context.closePath();
    context.fill();
}, 30);
//產生一個小圓點，每隔30毫秒就向右下方移動的效果。setInterval函式的一開始，之所以要將畫布重新渲染黑色底色，//是為了抹去上一步的小圓點。
//通過設定圓心座標，可以產生各種運動軌跡。
//先上升後下降。
var vx = 10,
    vy = -10,
    gravity = 1;
setInterval(function() {
    posX += vx;
    posY += vy;
    vy += gravity;
    // ...
});
//x座標始終增大，表示持續向右運動。y座標先變小，然後在重力作用下，不斷增大，表示先上升後下降。
//小球不斷反彈後，逐步趨於靜止
var vx = 10,
    vy = -10,
    gravity = 1;
setInterval(function() {
    posX += vx;
    posY += vy;
    if (posY > canvas.height * 0.75) {
          vy *= -0.6;
          vx *= 0.75;
          posY = canvas.height * 0.75;
    }
    vy += gravity;
    // ...
});
//一旦小球的y座標處於螢幕下方75%的位置，向x軸移動的速度變為原來的75%，而向y軸反彈上一次反彈高度的40%。

//通過getImageData方法和putImageData方法，可以處理每個畫素，進而操作影像內容。
//假定filter是一個處理畫素的函式，那麼整個對Canvas的處理流程，可以用下面的程式碼表示。
if (canvas.width > 0 && canvas.height > 0) {
    var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    filter(imageData);
    context.putImageData(imageData, 0, 0);
}

//以下是幾種常見的處理方法。
//灰度圖（grayscale）就是取紅、綠、藍三個畫素值的算術平均值，這實際上將影像轉成了黑白形式。假定d[i]是畫素陣列中一個象素的紅色值，則d[i+1]為綠色值，d[i+2]為藍色值，d[i+3]就//是alpha通道值。轉成灰度的演算法，就是將紅、綠、藍三個值相加後除以3，再將結果寫回陣列。
grayscale = function (pixels) {
    var d = pixels.data;
    for (var i = 0; i < d.length; i += 4) {
      var r = d[i];
      var g = d[i + 1];
      var b = d[i + 2];
      d[i] = d[i + 1] = d[i + 2] = (r+g+b)/3;
    }
    return pixels;
};

//復古效果（sepia）則是將紅、綠、藍三個畫素，分別取這三個值的某種加權平均值，使得影像有一種古舊的效果。
sepia = function (pixels) {
    var d = pixels.data;
    for (var i = 0; i < d.length; i += 4) {
      var r = d[i];
      var g = d[i + 1];
      var b = d[i + 2];
      d[i]     = (r * 0.393)+(g * 0.769)+(b * 0.189); // red
      d[i + 1] = (r * 0.349)+(g * 0.686)+(b * 0.168); // green
      d[i + 2] = (r * 0.272)+(g * 0.534)+(b * 0.131); // blue
    }
    return pixels;
};

//紅色蒙版指的是，讓影像呈現一種偏紅的效果。演算法是將紅色通道設為紅、綠、藍三個值的平均值，而將綠色通道和藍色通道都設為0。
red = function (pixels) { 
    var d = pixels.data;
    for (var i = 0; i < d.length; i += 4) {
      var r = d[i];
      var g = d[i + 1];
      var b = d[i + 2];
      d[i] = (r+g+b)/3;        // 紅色通道取平均值
      d[i + 1] = d[i + 2] = 0; // 綠色通道和藍色通道都設為0
    }
    return pixels;
};

//亮度效果（brightness）是指讓影像變得更亮或更暗。演算法將紅色通道、綠色通道、藍色通道，同時加上一個正值或負值。
brightness = function (pixels, delta) {
    var d = pixels.data;
    for (var i = 0; i < d.length; i += 4) {
          d[i] += delta;     // red
          d[i + 1] += delta; // green
          d[i + 2] += delta; // blue   
    }
    return pixels;
};

//反轉效果（invert）是指圖片呈現一種色彩顛倒的效果。演算法為紅、綠、藍通道都取各自的相反值（255-原值）。
invert = function (pixels) {
    var d = pixels.data;
    for (var i = 0; i < d.length; i += 4) {
        d[i] = 255 - d[i];
        d[i+1] = 255 - d[i + 1];
        d[i+2] = 255 - d[i + 2];
    }
    return pixels;
};

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