讲一讲 Canvas 究竟是个啥

   <p>HTML5 的标准已经出来好久了，但是似乎其中的 Canvas 现在并没有在太多的地方用到。一个很重要的原因是，Canvas 的标准还没有完全确定，不适合大规模用在生产环境。但是，Canvas 的优点也是很明显的，例如在绘制含有大量元素的图表的时候，SVG 往往因为性能问题而无法胜任，例如我见过的一次技术分享会的抽奖环节，虽然效果比较炫，但因为每个头像都是 DOM，利用 CSS3 控制的动画，导致了性能非常低下。此外，随着硬件性能的提高，视频截图、图像处理等功能也逐渐可以在网页上实现了，大多数网站用的是 Flash，但是 Flash 在 Mac 电脑上性能不高，还需要学一些额外的知识。Canvas 则是直接使用 JavaScript 来进行绘图，对 Mac 友好，所以不失为 Flash 的一个继承者。</p>    <h2><strong>使用 Canvas</strong></h2>    <p>说了这么多，Canvas 究竟是个啥？</p>    <p>英文中 Canvas 的意思是“画布”，不过这里说的 Canvas 是 HTML5 中新出的一个元素，开发者可以在上面绘制一系列图形。Canvas 在 HTML 文件中的写法很简单：</p>    <pre>  <canvas id="canvas" width="宽度" height="高度"></canvas></pre>    <p>其中 id 属性是所有 HTML 元素都可以用的，Canvas 自带的属性只有后面两个（分别控制宽度、高度），没有其它的了。至于兼容性， <a href="/misc/goto?guid=4959717938661428246" rel="nofollow,noindex">CanIUse</a> 上面写了，基础的功能目前用户使用的 90% 的浏览器都支持，所以大部分情况下还是可以放心使用的。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/83946fc3e8e2bf72a568205bbdf8fac0.png"></p>    <p>注意，一定要使用 Canvas 自带的 width 和 height 属性，不要使用 CSS 来控制，因为 CSS 控制会导致 Canvas 变形。可以试着与 PhptpShop 对比一下，后者是改变“图像大小”，前者才是正确的改变“画布大小”。例如下图是三张图片的横向拼接：最左边的黑框中是大小为 50px * 50px 的原图；中间是改变了图像大小为 100px * 100px 的效果，图像变得模糊，但是对于图像本身来说坐标范围并没有变大；最右边才是正确的 100px * 100px 的 Canvas。</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/bd6718fc1592d6be545862a77e01c6a4.png"></p>    <p>Canvas 绝大部分的绘图方法都与 <canvas> 标签无关，需要使用 JavaScript 对其进行操作，这就是所谓的 Canvas API。</p>    <p>我们首先获取到这个元素：</p>    <pre>  var canvas = document.getElementById('canvas');</pre>    <p>然后通过一个方法来获取可以调用一切 Canvas API 的入口：</p>    <pre>  var ctx = canvas.getContext('2d');</pre>    <p>看到 2d 是不是很激动地联想到有没有 3d 呢？没有 3d 的写法，不过如果想要开启 3D 世界的大门，则可以写 canvas.getContext('webgl') 。然而 WebGL 是基于 OpenGL ES 2.0 的一套标准，与本文是彻彻底底的两条路，因此这里就不讨论了。</p>    <h2><strong>Canvas 中的基本概念</strong></h2>    <h2><strong>坐标</strong></h2>    <p>与数学上常见的笛卡尔坐标系不太相同，Canvas 的坐标系是计算机中常见的坐标系，它长这样：</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/325670e65a5fcf90ed306671c8150cdd.png"></p>    <p>画布的最左上角是 (0,0)，往右 x 增大，往下 y 增大，而且 x 和 y 都是整数（就算在计算过程中不是整数，在绘制的时候也会当作整数处理），单位是像素。</p>    <h2><strong>绘图</strong></h2>    <p>带大家怀旧一下。不知道有多少同学小时候玩过 logo 语言，在里面你可以控制一只小海龟在一块板子上行走、画画、提笔、落笔。Canvas 中也一样，你需要控制一只画笔的移动和绘制。然而 Canvas 更高级一些，你可以直接利用一些函数来画图，不用去控制那只画笔的位置。</p>    <h2><strong>Canvas 中的基本图形</strong></h2>    <p>通过上文定义的 ctx 变量可以干许多有意思的事情，我们先看看如何绘制一些基本图形。</p>    <h2><strong>线条</strong></h2>    <p>我们指定画笔移动到某一点，然后告诉画笔需要从当前这一点画到另一点。我们可以让画笔多次移动、绘制，最后统一输出到屏幕上。例子如下：</p>    <pre>  ctx.moveTo(10, 10);  ctx.lineTo(150, 50);  ctx.lineTo(10, 50);  ctx.moveTo(10, 20);  ctx.lineTo(40, 70);  ctx.stroke();</pre>    <p>上面的代码中， lineTo 是产生线条用的函数，执行完之后画笔就移到了线条的终点。需要注意的是，线条此时并没有显示在屏幕上，必须调用 stroke 才会显示。这样设计是有道理的，因为向屏幕上输出内容需要耗费大量的资源，我们完全可以先攒够一波 lineTo ，最后用 stroke 放一个大的。</p>    <h2><strong>路径</strong></h2>    <p>绘制路径非常简单，只需要先告诉 ctx 一声“我要开始画路径了”，然后通过各种方法（例如 lineTo ）绘制路径。如果需要画一个封闭路径，那就最后告诉 ctx 一声：“我画完了，你把它封闭起来吧。”当然，不要忘记利用 stroke 输出到屏幕上。</p>    <p>一个简单的例子：</p>    <pre>  ctx.beginPath();  ctx.moveTo(10, 10);  ctx.lineTo(150, 50);  ctx.lineTo(10, 50);  ctx.closePath();  ctx.stroke();</pre>    <p>如果我不想只描绘路径线条，而是想填充整个路径呢？可以将最后一行的 stroke 改成 fill ，这样就跟使用了画图中的油漆桶一样，封闭路径里面的内容就都被填充上颜色了：</p>    <pre>  ctx.fill();</pre>    <h2><strong>弧 / 圆形</strong></h2>    <p>绘制弧的函数参数比较多：</p>    <pre>  ctx.arc(圆心 x 坐标, 圆心 y 坐标, 半径, 起始角度, 终止角度, 是否为逆时针);</pre>    <p>注意，在 Canvas 的坐标系中，角的一边是以圆心为中心的水平向右的直线。角度单位均为弧度。例如下图，确定了圆心、起始角度（图中标明的锐角）和终止角度（图中标明的钝角），方向为逆时针，于是就有了这么一个弧。如果方向为顺时针，那么就会是一个跟它互补的、非常非常大的弧……</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/415cf547a9760b42d796da7961ddbcb5.png"></p>    <p>所以如果转了 2π 圈之后，弧就成了圆形，因此也可以使用绘制弧的方式来绘制圆形：</p>    <pre>  ctx.beginPath();  ctx.arc(圆心 x 坐标, 圆心 y 坐标, 半径, 0, Math.PI * 2, true);  ctx.closePath();</pre>    <p>最后一个参数随便填（当然也可以不填），因为不管是顺时针还是逆时针，转了 2π 圈之后都是一个圆。</p>    <h2><strong>矩形</strong></h2>    <p>如果只是想绘制一个横平竖直的矩形，可以使用下面的两个方法：</p>    <pre>  // 只描边  ctx.strokeRect(左上角 x 坐标, 左上角 y 坐标, 宽度, 高度);  // 只填充  ctx.fillRect(左上角 x 坐标, 左上角 y 坐标, 宽度, 高度);</pre>    <h2><strong>线条样式 / 填充样式</strong></h2>    <p>之前绘制的所有图形都是黑色的，但是 Canvas 肯定不止这么一种颜色（不然标准的制定者会被喷的很惨）。事实上，Canvas 可以单独设置线条样式和填充样式，分别使用的是 strokeStyle 和 fillStyle 。可能的值有三种：纯色、渐变、图像。既然线条样式与填充样式的使用方法相同，那么下面统一以填充样式为例。如果想设置线条样式，直接将所有的 fillStyle 改成 strokeStyle 即可，里面的参数都不变。</p>    <pre>  /* 纯色填充 */  // 普通的颜色  ctx.fillStyle = '#0000ff';  // 带有透明度的颜色  ctx.fillStyle = 'rgba(64, 0, 127, 0.5)';    /* 渐变填充 */  // 设置渐变的尺寸（参数分别为起始点的 x 和 y、终止点的 x 和 y）  var gradient = ctx.createLinearGradient(0, 0, 170, 0);  // 设置过渡色，第一个参数是渐变的位置，第二个参数是颜色  gradient.addColorStop(0, 'magenta');  gradient.addColorStop(0.5, 'blue');  gradient.addColorStop(1.0, 'red');  // 设置填充样式  ctx.fillStyle = gradient;    /* 图片填充 */  // 创建图片  var image = new Image;  image.src = '/path/to/image.png';  // 创建图片笔触，可以指定图片的平铺方式，这里是横向平铺  var pattern = ctx.createPattern(image, 'repeat-x');  // 设置笔触填充  ctx.fillStyle = pattern;</pre>    <p>关于渐变，除了代码中提到的线性渐变以外，还有 createRadialGradient ，也就是径向渐变。</p>    <p>设置完填充样式之后，就可以使用 fill 来填充啦！如果设置的是线条样式，那么就可以使用 stroke 来描边。</p>    <p>当然，对于线条样式，还有个额外的方法叫 lineWidth 可以用来控制线条的宽度。</p>    <h2><strong>文字</strong></h2>    <p>要想在画布上画文字，首先需要知道所使用的字体和字号：</p>    <pre>  ctx.font = '30px Verdana';</pre>    <p>然后就可以通过 strokeText 或者 fillText 来对字体描边或者填充字体。</p>    <pre>  ctx.strokeText("Hello Coding!", 23, 33);  ctx.fillText("Hello Coding!", 23, 66);</pre>    <h2><strong>图片</strong></h2>    <p>在 Canvas 中绘制图片有三种方法：</p>    <pre>  // 指定绘制位置  ctx.drawImage(image, x, y);  // 指定绘制位置和图像宽高  ctx.drawImage(image, x, y, width, height);  // 指定剪裁区域、绘制位置和图像宽高  ctx.drawImage(image, sx, sy, swidth, sheight, x, y, width, height);</pre>    <p>参数的含义依次如下：</p>    <pre>  image:   要使用的 Image、Canvas 或 Video  sx:      可选，开始剪切的 x 坐标  sy:      可选，开始剪切的 y 坐标  swidth:  可选，被剪切图像的宽度  sheight: 可选，被剪切图像的高度  x:       在画布上放置图像的 x 坐标  y:       在画布上放置图像的 y 坐标  width:   可选，要使用的图像的宽度  height:  可选，要使用的图像的高度</pre>    <h2><strong>画布设置</strong></h2>    <p>细心的同学可能会发现，刚才有些属性是直接对 ctx 变量做设置，例如 ctx.lineWidth ，只要设置了它，那么后续画出来的线条全都是这么个宽度。</p>    <p>其实，Canvas 的设置项还有许多，例如我们可以直接移动画布、旋转画布、设置全局的绘制透明度等等。这些设置还可以随时保存和恢复。</p>    <p><strong>要注意的一点是，所有已经画在画布上的东西，是已经定死了的，不管之后再次进行任何设置都不会再改变。这个很像 Windows 下的画图程序。</strong></p>    <p>废话不多说，直接上代码：</p>    <pre>  // 移动画布，其实就是移动坐标系  ctx.translate(往右移动的量, 往下移动的量);  // 旋转画布，旋转中心为坐标系原点  ctx.rotate(顺时针旋转的角度);  // 以坐标系原点为中心缩放画布  ctx.scale(横向放大倍数, 纵向放大倍数);  // 设置绘制透明度，如果 fillStyle 等属性设置了透明度则会叠加  ctx.globalAlpha(零到一的小数);  // 设置全局组合操作  ctx.globalCompositeOperation = 'lighter';  // 保存当前设置  ctx.save();  // 恢复上次保存的设置  ctx.restore();</pre>    <p>移动、旋转、缩放其实就是在控制绘图的坐标系，如果你在调用这三个方法的时候，脑子里时刻有一个带刻度的坐标系，效果会非常好。</p>    <p>事实上，Canvas 的坐标变换遵循计算机图形学的知识：变换矩阵。简单来说，一个坐标可以看成是一个矩阵，坐标所对应的矩阵乘上变换矩阵就可以实现对坐标的变换。为了提升计算的效率，可以先计算出几种变换复合之后的变换矩阵，然后直接通过 transform 函数对当前坐标系进行变换，或者通过 setTransform 函数将坐标系重置为初始状态后再进行变换。至于变换矩阵的内容，对于本文来说就有些超纲了。</p>    <p>全局组合操作有点像 PhotoShop 里面的“混合选项”，具体的实现方式还没有完全确定，目前常见浏览器都统一了的实现方式有： source-over 、 source-atop 、 destination-over 、 destination-out 、 lighter 、 xor 。具体的行为可以看 <a href="/misc/goto?guid=4959717938780238997" rel="nofollow,noindex">Mozilla 官方文档</a> ，但是由于标准还未完全确定，因此其它浏览器不保证所有的行为都跟 Mozilla 的标准一致。一般来说，比较常见的是 source-over 和 lighter 两种，这两种的标准在浏览器界也算是无可争议的。</p>    <p>至于保存和恢复设置就有点好玩了，首先需要了解一个叫“栈”的东西。</p>    <p>栈是一个一维数组，规定只能从一个方向操作。栈一开始是空的，我们可以从这个方向往数组 push 元素，也只能从这个方向把最后一个元素（栈顶元素）pop 出来，除此以外没有任何多余的操作。当然，pop 的次数不能多于 push 的次数，因为 pop 到栈底的时候栈里就已经没有元素了，此时再 pop 是没有意义的。栈的用处有很多，例如括号匹配、表达式求值、深度优先搜索，甚至绝大部分语言的函数调用都要用到栈。</p>    <p>每次我们调用 save 函数，实际上是将当前的全局设置 push 到了一个专门栈上，每次调用 restore 函数的时候将最后一次保存的内容 pop 出来并用它覆盖当前的全局设置，这样栈顶就是最近一次保存的内容了。保存和恢复在某些情况下很好用，例如我需要画一个歪着的图形，然后继续画正着的图形，这样就可以先调用 save ，然后调用 rotate ，画完图形之后再 restore 回来，继续画其它的图形。</p>    <p>其实 Canvas 还有许多方法，例如 toDataURL 直接将当前画布上的内容转换为十六进制的 data-url ， getImageData 直接将图像转换为 RGBA 数组以供图像处理算法使用， putImageData 将 RGBA 数组转换为图片显示在画布上等等。如果配上 JavaScript 的定时更新（最好用 requestAnimationFrame 而不是 setInterval ），则可以产生动画效果。网上还有许多 Canvas 的库，可以让程序员更简便地基于 Canvas 编写属于自己的特效或功能。在这儿我想说一句话：大家的脑洞有多大，Canvas 的能力就有多强~</p>    <p> </p>    <p>来自：https://blog.coding.net/blog/what-is-canvas</p>    <p> </p>