Canvas学习：绘制箭头
beyondqxch
8年前
<p>在这篇文章中主要来聊在Canvas中怎么绘制箭头。在Canvas的 CanvasRenderingContext2D 对象中是没有提供绘制箭头的方法，言外之意，在Canvas中要绘制箭头是需要自己封装函数来处理。那今天的主题就是来看怎么封装绘制箭头的函数。</p> <h2>了解一些基础知识</h2> <p>平常我们常常看到的一些箭头样式如下图所示：</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/ed323b27f6bd37a6b0f21f4e145d694b.png"></p> <p>在绘制箭头最关键之处就是处理箭头：</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/ba33d05500f1175127adce37720d9801.png"></p> <p>其包括几个部分：</p> <ul> <li>一条直线，从起点 P1 到终点 P2</li> <li>终点 P2 向这条直线两侧扩展，将会产生一个 P3 和 P4 点</li> <li>另外 P2P3 或者 P2P4 构成箭头斜线率</li> <li>箭头斜线和直线有一个夹角 theta （ θ ）</li> <li>指定箭头的长度 d</li> </ul> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/a97775cff946fe5436913b5bd34bf97e.png"></p> <p>从上图上我们可以看出，控制一个箭头，可以通过这几个参数来控制：</p> <ul> <li>起点 P1 （ (fromX, fromY) ）</li> <li>终点 P2 （ (toX, toY) ）</li> <li>斜线率 headlen</li> <li>夹角 theta （ θ ）</li> </ul> <p>对于箭头的 P3 和 P4 点，我们就需要通过相应的 三角函数 计算得来。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/9c31bdef721e2693407719fcbe71067b.png"></p> <p>那么 P3 的坐标可以轻易计算出来：</p> <pre> p3[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P3对应的X坐标 p3[1] = p2[1] - Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P3对应的Y坐标</pre> <p>用同样的方法可以计算出 P4 坐标:</p> <pre> p4[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P4对应的X坐标 p3[1] = p2[1] + Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P4对应的Y坐标</pre> <p>除此之外，还有一个关键，就是箭头的角度。获取箭头的角度，可以直接通过 atan2(y,x) 来获取。这也就涉及到三角函数中的 反正切函数 。</p> <p>在三角函数中，两个参数的函数 atan2 是正切函数 tan 的一个变种。对于任意不同时等于 0 的实参数 x 和 y ， atan2(y,x) 所表达的意思是坐标原点为起点，指向 (x,y) 的射线在坐标平面上与x轴正方向之间的角的角度。当 y>0 时，射线与 x 轴正方向的所得的角的角度指的是 x 轴正方向绕逆时针方向到达射线旋转的角的角度；而当 y<0 时，射线与 x 轴正方向所得的角的角度指的是 x 轴正方向绕顺时针方向达到射线旋转的角的角度。</p> <p>在几何意义上， atan2(y, x) 等价于 atan(y/x) ，但 atan2 的最大优势是可以正确处理 x=0 而 y≠0 的情况，而不必进行会引发除零异常的 y/x 操作。</p> <p>简单的用下图来阐述：</p> <p> </p> <p>在一个单位圆内 atan2 函数在各点的取值。圆内标注代表各点的取值的幅度表示。图片中，从最左端开始，角度的大小随着逆时针方向逐渐从 -π 增大到 +π ，并且角度大小在点位于最右端时，取值为 0 。另外要注意的是，函数 atan2(y,x) 中参数的顺序是倒置的， atan2(y,x) 计算的值相当于点 (x,y) 的角度值。</p> <p>简单的了解了反正切函数，我们回到我们的主题中。</p> <p>先来看一张图：</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/8e1747ce212f2eb0e3ce265ad070e5e2.png"></p> <p>通过 Math.atan2() 函数计算出 angle :</p> <pre> angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX)</pre> <p>为了和 θ 的单位值相匹配，将上面的公式进行一下转换：</p> <pre> angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX) * 180 / Math.PI</pre> <p>除此之外，还需要计算出箭头两条侧边线的夹角：</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/234a70d1087ef4bd243d2d6fc52ed63d.png"></p> <pre> angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180; angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180;</pre> <p>感觉有点零乱，其实我自己也瞎折腾了好几天。</p> <h2>封装绘制箭头函数</h2> <p>通过前面的内容，可能对绘制箭头有一定的理论基础，接下来，我们看如何封装箭头函数。</p> <pre> drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color)</pre> <p>这里我们传了九个参数：</p> <ul> <li>ctx ：Canvas绘图环境</li> <li>fromX, fromY ：起点坐标（也可以换成 p1 ，只不过它是一个数组）</li> <li>toX, toY ：终点坐标 (也可以换成 p2 ，只不过它是一个数组)</li> <li>theta ：三角斜边一直线夹角</li> <li>headlen ：三角斜边长度</li> <li>width ：箭头线宽度</li> <li>color ：箭头颜色</li> </ul> <p>根据前面的内容，我们可以这样来写这个函数：</p> <pre> function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY,theta,headlen,width,color) { theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30; headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10; width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1; color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000'; // 计算各角度和对应的P2,P3坐标 var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI, angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180, angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180, topX = headlen * Math.cos(angle1), topY = headlen * Math.sin(angle1), botX = headlen * Math.cos(angle2), botY = headlen * Math.sin(angle2); ctx.save(); ctx.beginPath(); var arrowX = fromX - topX, arrowY = fromY - topY; ctx.moveTo(arrowX, arrowY); ctx.moveTo(fromX, fromY); ctx.lineTo(toX, toY); arrowX = toX + topX; arrowY = toY + topY; ctx.moveTo(arrowX, arrowY); ctx.lineTo(toX, toY); arrowX = toX + botX; arrowY = toY + botY; ctx.lineTo(arrowX, arrowY); ctx.strokeStyle = color; ctx.lineWidth = width; ctx.stroke(); ctx.restore(); }</pre> <p>这个时候，只需要调用这个封装好的函数，我们就可以轻松的绘制一条向右的箭头：</p> <pre> drawArrow(ctx, 150, 100, 400,100,30,30,10,'#f36');</pre> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/2b1663e1151990e819566afb947e8933.png"></p> <p>改变不同的坐标，可以得到不同方向的箭头：</p> <pre> // 向右箭头 drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#f36'); // 向下箭头 drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2 + 150,30,30,4,'#f66'); // 向左箭头 drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 - 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#0f6'); // 向上箭头 drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2 - 150,30,30,4,'#d6f');</pre> <p>有的时候，我们需要线的两头都要有箭头形状，在上面的基础上，稍加修改，增加一个反项的代码即可：</p> <pre> function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color) { theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30; headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10; width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1; color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000'; var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI, angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180, angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180, topX = headlen * Math.cos(angle1), topY = headlen * Math.sin(angle1), botX = headlen * Math.cos(angle2), botY = headlen * Math.sin(angle2); ctx.save(); ctx.beginPath(); var arrowX = fromX - topX, arrowY = fromY - topY; ctx.moveTo(arrowX, arrowY); ctx.lineTo(fromX, fromY); arrowX = fromX - botX; arrowY = fromY - botY; ctx.lineTo(arrowX, arrowY); ctx.moveTo(fromX, fromY); ctx.lineTo(toX, toY); // Reverse length on the other side arrowX = toX + topX; arrowY = toY + topY; ctx.moveTo(arrowX, arrowY); ctx.lineTo(toX, toY); arrowX = toX + botX; arrowY = toY + botY; ctx.lineTo(arrowX, arrowY); ctx.strokeStyle = color; ctx.lineWidth = width; ctx.stroke(); ctx.restore(); }</pre> <p>调用函数：</p> <pre> drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2 - 200, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 200,myCanvas.height / 2,30,30,5,'#f36');</pre> <p>看到的效果如下：</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/eb35774a87b9b33cda1bf82d4da8fa32.png"></p> <p>上面我们看到的仅是一种箭头方式，文章开头，提到箭头方式有多种方式。那么我们可以将 drawArrow 功强变得更为强大一些。比如@Patrick Horgan在他的文章中提到的方法：</p> <ul> <li>drawHead ：封装一个专门绘制箭头头部的函数，而且提供了四种样式做为选择</li> <li>drawArrow : 封装直线箭头，并且提供两个方向</li> <li>drawArcedArrow ：函数一个曲线箭头</li> </ul> <p>由于代码较多，这里就不展示出来了，不过可以在对应的 CodePen示例 中查看到代码：</p> <h2>总结</h2> <p>这篇文章主要介绍了通过三角函数的一些知识，封装了一个箭头函数，用来帮助我们在Canvas中更轻易的绘制出箭头。因为在Canvas中没有直接提供绘制箭头的函数或者说方法。那么三角在实际中有什么哪些运用呢？大家可以发挥想象力，思考一下，写写实例。在最后一个方法中，我们其实还运用到了Canvas中的贝塞尔曲线绘制的方法。在下一节中，我们就来学习在Canvas中怎么绘制贝塞尔曲线。</p> <p> </p> <h3> </h3> <p> </p> <p>来自：http://www.w3cplus.com/canvas/drawing-arrow.html</p> <p> </p>