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Canvas API 详解

Canvas API

概述

Canvas API(画布)用于在网页实时生成图像,并且可以操作图像内容,基本上它是一个可以用JavaScript操作的位图(bitmap)。


开始使用

  • 一、首先新建一个<canvas>网页元素。
<canvas id="myCanvas" width="400" height="200">
你的浏览器不支持canvas!
</canvas>
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上面代码中,如果浏览器不支持这个API,则就会显示<canvas>标签中间的文字——“您de浏览器不支持canvas!”。

  • 每个canvas节点都有一个对应的context对象(上下文对象),Canvas API定义在这个context对象上面,所以需要获取这个对象,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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上面代码中,getContext方法指定参数2d,表示该canvas节点用于生成2D图案(即平面图案)。如果参数是webgl,就表示用于生成3D图像(即立体图案),这部分实际上单独叫做WebGL API。


绘图方法

canvas画布提供了一个用来作图的平面空间,该空间的每个点都有自己的坐标,x表示横坐标,y表示竖坐标。原点(0, 0)位于图像左上角,x轴的正向是原点向右,y轴的正向是原点向下

(1)绘制路径

beginPath方法表示开始绘制路径,moveTo(x, y)方法设置线段的起点,lineTo(x, y)方法设置线段的终点,stroke方法用来给透明的线段着色。

ctx.beginPath(); // 开始路径绘制
ctx.moveTo(20, 20); // 设置路径起点,坐标为(20,20)
ctx.lineTo(200, 20); // 绘制一条到(200,20)的直线
ctx.lineWidth = 1.0; // 设置线宽
ctx.strokeStyle = '#CC0000'; // 设置线的颜色
ctx.stroke(); // 进行线的着色,这时整条线才变得可见
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moveto和lineto方法可以多次使用。最后,还可以使用closePath方法,自动绘制一条当前点到起点的直线,形成一个封闭图形,省却使用一次lineto方法。

(2)绘制矩形

fillRect(x, y, width, height)方法用来绘制矩形,它的四个参数分别为矩形左上角顶点的x坐标、y坐标,以及矩形的宽和高。fillStyle属性用来设置矩形的填充色。

ctx.fillStyle = 'yellow';
ctx.fillRect(50, 50, 200, 100); 
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strokeRect方法与fillRect类似,用来绘制空心矩形。

ctx.strokeRect(10,10,200,100); 
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clearRect方法用来清除某个矩形区域的内容。

ctx.clearRect(100,50,50,50); 
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(3)绘制文本

fillText(string, x, y) 用来绘制文本,它的三个参数分别为文本内容、起点的x坐标、y坐标。使用之前,需用font设置字体、大小、样式(写法类似与CSS的font属性)。与此类似的还有strokeText方法,用来添加空心字。

// 设置字体
ctx.font = "Bold 20px Arial"; 
// 设置对齐方式
ctx.textAlign = "left";
// 设置填充颜色
ctx.fillStyle = "#008600"; 
// 设置字体内容,以及在画布上的位置
ctx.fillText("Hello!", 10, 50); 
// 绘制空心字
ctx.strokeText("Hello!", 10, 100); 
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fillText方法不支持文本断行,即所有文本出现在一行内。所以,如果要生成多行文本,只有调用多次fillText方法。

(4)绘制圆形和扇形

arc方法用来绘制扇形

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);
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arc方法的x和y参数是圆心坐标,radius是半径,startAngle和endAngle则是扇形的起始角度和终止角度(以弧度表示),anticlockwise表示做图时应该逆时针画(true)还是顺时针画(false)。

下面是如何绘制实心的圆形。

ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.fillStyle = "#000000"; 
ctx.fill();
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绘制空心圆形的例子。

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)设置渐变色

createLinearGradient方法用来设置渐变色。

var myGradient = ctx.createLinearGradient(0, 0, 0, 160); 

myGradient.addColorStop(0, "#BABABA"); 

myGradient.addColorStop(1, "#636363");
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createLinearGradient方法的参数是(x1, y1, x2, y2),其中x1和y1是起点坐标,x2和y2是终点坐标。通过不同的坐标值,可以生成从上至下、从左到右的渐变等等。

使用方法如下:

ctx.fillStyle = myGradient;
ctx.fillRect(10,10,200,100);
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(6)设置阴影

一系列与阴影相关的方法,可以用来设置阴影。

ctx.shadowOffsetX = 10; // 设置水平位移
ctx.shadowOffsetY = 10; // 设置垂直位移
ctx.shadowBlur = 5; // 设置模糊度
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"; // 设置阴影颜色

ctx.fillStyle = "#CC0000"; 
ctx.fillRect(10,10,200,100);
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图像处理方法

drawImage方法

Canvas API 允许将图像文件插入画布,做法是读取图片后,使用drawImage方法在画布内进行重绘。

var img = new Image();
img.src = 'image.png';
ctx.drawImage(img, 0, 0); // 设置对应的图像对象,以及它在画布上的位置
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上面代码将一个PNG图像载入画布。drawImage()方法接受三个参数,第一个参数是图像文件的DOM元素(即<img>节点),第二个和第三个参数是图像左上角在画布中的坐标,上例中的(0, 0)就表示将图像左上角放置在画布的左上角。

由于图像的载入需要时间,drawImage方法只能在图像完全载入后才能调用,因此上面的代码需要改写。

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);
  // 插入页面底部
  document.body.appendChild(image);
  return canvas;
}

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

getImageData方法可以用来读取Canvas的内容,返回一个对象,包含了每个像素的信息。

var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
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imageData对象有一个data属性,它的值是一个一维数组。该数组的值,依次是每个像素的红、绿、蓝、alpha通道值,因此该数组的长度等于 图像的像素宽度 x 图像的像素高度 x 4,每个值的范围是0–255。这个数组不仅可读,而且可写,因此通过操作这个数组的值,就可以达到操作图像的目的。修改这个数组以后,使用putImageData方法将数组内容重新绘制在Canvas上。

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

对图像数据做出修改以后,可以使用toDataURL方法,将Canvas数据重新转化成一般的图像文件形式。

function convertCanvasToImage(canvas) {
  var image = new Image();
  image.src = canvas.toDataURL('image/png');
  return image;
}
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上面的代码将Canvas数据,转化成PNG data URI。

save方法,restore方法

save方法用于保存上下文环境,restore方法用于恢复到上一次保存的上下文环境。

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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上面代码先用save方法,保存了当前设置,然后绘制了一个有阴影的矩形。接着,使用restore方法,恢复了保存前的设置,绘制了一个没有阴影的矩形。


动画

利用JavaScript,可以在canvas元素上很容易地产生动画效果。

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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上面代码会产生一个小圆点,每隔30毫秒就向右下方移动的效果。setInterval函数的一开始,之所以要将画布重新渲染黑色底色,是为了抹去上一步的小圆点。

通过设置圆心坐标,可以产生各种运动轨迹。

先上升后下降。

var vx = 10,
    vy = -10,
    gravity = 1;

setInterval(function() {
    posX += vx;
    posY += vy;
    vy += gravity;
	// ...
});
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上面代码中,x坐标始终增大,表示持续向右运动。y坐标先变小,然后在重力作用下,不断增大,表示先上升后下降。

小球不断反弹后,逐步趋于静止。

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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上面代码表示,一旦小球的y坐标处于屏幕下方75%的位置,向x轴移动的速度变为原来的75%,而向y轴反弹上一次反弹高度的40%。


像素处理

通过getImageData方法和putImageData方法,可以处理每个像素,进而操作图像内容。

假定filter是一个处理像素的函数,那么整个对Canvas的处理流程,可以用下面的代码表示。

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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以下是几种常见的处理方法。

灰度效果

灰度图(grayscale)就是取红、绿、蓝三个像素值的算术平均值,这实际上将图像转成了黑白形式。假定d[i]是像素数组中一个象素的红色值,则d[i+1]为绿色值,d[i+2]为蓝色值,d[i+3]就是alpha通道值。转成灰度的算法,就是将红、绿、蓝三个值相加后除以3,再将结果写回数组。

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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复古效果

复古效果(sepia)则是将红、绿、蓝三个像素,分别取这三个值的某种加权平均值,使得图像有一种古旧的效果。

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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红色蒙版效果

红色蒙版指的是,让图像呈现一种偏红的效果。算法是将红色通道设为红、绿、蓝三个值的平均值,而将绿色通道和蓝色通道都设为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;        // 红色通道取平均值
      d[i + 1] = d[i + 2] = 0; // 绿色通道和蓝色通道都设为0
    }

    return pixels;

};
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亮度效果

亮度效果(brightness)是指让图像变得更亮或更暗。算法将红色通道、绿色通道、蓝色通道,同时加上一个正值或负值。

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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反转效果

反转效果(invert)是指图片呈现一种色彩颠倒的效果。算法为红、绿、蓝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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一个简单的小栗子

vue 动画小组件

<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

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

        // 画左侧贝塞尔
        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)

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

        // 画右侧贝塞尔
        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

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

        // 画外圆
        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>
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