Canvas API 詳解

°執念″發表於2018-04-04
CanvasAPI

Canvas API

概述

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）。

開始使用

  • 一、首先新建一個<canvas>網頁元素。
<canvas id="myCanvas" width="400" height="200">
你的瀏覽器不支援canvas!
</canvas>
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上面程式碼中，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de瀏覽器不支援canvas！”。

  • 每個canvas節點都有一個對應的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');
}
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上面程式碼中，getContext方法指定引數2d，表示該canvas節點用於生成2D圖案（即平面圖案）。如果引數是webgl，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。

繪圖方法

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

（1）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
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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。

（2）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); 
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strokeRect方法與fillRect類似，用來繪製空心矩形。

ctx.strokeRect(10,10,200,100); 
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clearRect方法用來清除某個矩形區域的內容。

ctx.clearRect(100,50,50,50); 
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（3）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); 
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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。

（4）繪製圓形和扇形

arc方法用來繪製扇形

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);
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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）。

下面是如何繪製實心的圓形。

ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.fillStyle = "#000000"; 
ctx.fill();
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繪製空心圓形的例子。

ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.lineWidth = 1.0; 
ctx.strokeStyle = "#000"; 
ctx.stroke();
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（5）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");
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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。

使用方法如下：

ctx.fillStyle = myGradient;
ctx.fillRect(10,10,200,100);
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（6）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);
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影像處理方法

drawImage方法

Canvas API 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
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上面程式碼將一個PNG影像載入畫布。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>節點），第二個和第三個引數是影像左上角在畫布中的座標，上例中的(0, 0)就表示將影像左上角放置在畫布的左上角。

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() {
  var canvas = document.createElement('canvas');
  canvas.width = image.width;
  canvas.height = image.height;
  canvas.getContext('2d').drawImage(image, 0, 0);
  // 插入頁面底部
  document.body.appendChild(image);
  return canvas;
}

image.src = 'image.png';
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getImageData方法，putImageData方法

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);
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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製在Canvas上。

context.putImageData(imageData, 0, 0);
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toDataURL方法

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;
}
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上面的程式碼將Canvas資料，轉化成PNG data URI。

save方法，restore方法

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);
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上面程式碼先用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。

動畫

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);
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上面程式碼會產生一個小圓點，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;
	// ...
});
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上面程式碼中，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;
	// ...
});
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上面程式碼表示，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%。

畫素處理

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);

}
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以下是幾種常見的處理方法。

灰度效果

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;

};
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復古效果

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;

};
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紅色蒙版效果

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;

};
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亮度效果

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;

};
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反轉效果

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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一個簡單的小栗子

vue 動畫小元件

<template>
  <canvas ref="bubble" :width="width" :height="height" :style="style"></canvas>
</template>

<script type="text/ecmascript-6">
  export default {
    props: {
      y: {
        type: Number,
        default: 0
      }
    },
    data() {
      return {
        width: 50,
        height: 80
      }
    },
    computed: {
      distance() {
        return Math.max(0, Math.min(this.y * this.ratio, this.maxDistance))
      },
      style() {
        return `width:${this.width / this.ratio}px;height:${this.height / this.ratio}px`
      }
    },
    created() {
      this.ratio = window.devicePixelRatio
      this.width *= this.ratio
      this.height *= this.ratio
      this.initRadius = 18 * this.ratio
      this.minHeadRadius = 12 * this.ratio
      this.minTailRadius = 5 * this.ratio
      this.initArrowRadius = 10 * this.ratio
      this.minArrowRadius = 6 * this.ratio
      this.arrowWidth = 3 * this.ratio
      this.maxDistance = 40 * this.ratio
      this.initCenterX = 25 * this.ratio
      this.initCenterY = 25 * this.ratio
      this.headCenter = {
        x: this.initCenterX,
        y: this.initCenterY
      }
    },
    mounted() {
      this._draw()
    },
    methods: {
      _draw() {
        const bubble = this.$refs.bubble
        let ctx = bubble.getContext('2d')
        ctx.clearRect(0, 0, bubble.width, bubble.height)

        this._drawBubble(ctx)

        this._drawArrow(ctx)
      },
      _drawBubble(ctx) {
        ctx.save()
        ctx.beginPath()

        const rate = this.distance / this.maxDistance
        const headRadius = this.initRadius - (this.initRadius - this.minHeadRadius) * rate

        this.headCenter.y = this.initCenterY - (this.initRadius - this.minHeadRadius) * rate

        // 畫上半弧線
        ctx.arc(this.headCenter.x, this.headCenter.y, headRadius, 0, Math.PI, true)

        // 畫左側貝塞爾
        const tailRadius = this.initRadius - (this.initRadius - this.minTailRadius) * rate
        const tailCenter = {
          x: this.headCenter.x,
          y: this.headCenter.y + this.distance
        }

        const tailPointL = {
          x: tailCenter.x - tailRadius,
          y: tailCenter.y
        }
        const controlPointL = {
          x: tailPointL.x,
          y: tailPointL.y - this.distance / 2
        }

        ctx.quadraticCurveTo(controlPointL.x, controlPointL.y, tailPointL.x, tailPointL.y)

        // 畫下半弧線
        ctx.arc(tailCenter.x, tailCenter.y, tailRadius, Math.PI, 0, true)

        // 畫右側貝塞爾
        const headPointR = {
          x: this.headCenter.x + headRadius,
          y: this.headCenter.y
        }
        const controlPointR = {
          x: tailCenter.x + tailRadius,
          y: headPointR.y + this.distance / 2
        }
        ctx.quadraticCurveTo(controlPointR.x, controlPointR.y, headPointR.x, headPointR.y)

        ctx.fillStyle = 'rgb(170,170,170)'
        ctx.fill()
        ctx.strokeStyle = 'rgb(153,153,153)'
        ctx.stroke()
        ctx.restore()
      },
      _drawArrow(ctx) {
        ctx.save()
        ctx.beginPath()

        const rate = this.distance / this.maxDistance
        const arrowRadius = this.initArrowRadius - (this.initArrowRadius - this.minArrowRadius) * rate

        // 畫內圓
        ctx.arc(this.headCenter.x, this.headCenter.y, arrowRadius - (this.arrowWidth - rate), -Math.PI / 2, 0, true)

        // 畫外圓
        ctx.arc(this.headCenter.x, this.headCenter.y, arrowRadius, 0, Math.PI * 3 / 2, false)

        ctx.lineTo(this.headCenter.x, this.headCenter.y - arrowRadius - this.arrowWidth / 2 + rate)
        ctx.lineTo(this.headCenter.x + this.arrowWidth * 2 - rate * 2, this.headCenter.y - arrowRadius + this.arrowWidth / 2)

        ctx.lineTo(this.headCenter.x, this.headCenter.y - arrowRadius + this.arrowWidth * 3 / 2 - rate)

        ctx.fillStyle = 'rgb(255,255,255)'
        ctx.fill()
        ctx.strokeStyle = 'rgb(170,170,170)'
        ctx.stroke()
        ctx.restore()
      }
    },
    watch: {
      y() {
        this._draw()
      }
    }
  }
</script>

<style scoped>

</style>
複製程式碼

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