7.2 Canvas API · JavaScript 標準參考教程

[TOC] ## 概述 Canvas API（畫布）用于在網頁實時生成圖像，并且可以操作圖像內容，基本上它是一個可以用JavaScript操作的位圖（bitmap）。使用前，首先需要新建一個canvas網頁元素。 ~~~ <canvas id="myCanvas" width="400" height="200"> 您的瀏覽器不支持canvas！ </canvas> ~~~ 上面代碼中，如果瀏覽器不支持這個API，則就會顯示canvas標簽中間的文字——“您的瀏覽器不支持canvas！”。每個canvas元素都有一個對應的context對象（上下文對象），Canvas API定義在這個context對象上面，所以需要獲取這個對象，方法是使用getContext方法。 ~~~ var canvas = document.getElementById('myCanvas'); if (canvas.getContext) { var ctx = canvas.getContext('2d'); } ~~~ 上面代碼中，getContext方法指定參數2d，表示該canvas對象用于生成2D圖案（即平面圖案）。如果參數是3d，就表示用于生成3D圖像（即立體圖案），這部分實際上單獨叫做WebGL API（本書不涉及）。 ## 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坐標，x表示橫坐標，y表示豎坐標。原點(0, 0)位于圖像左上角，x軸的正向是原點向右，y軸的正向是原點向下。（1）繪制路徑 beginPath方法表示開始繪制路徑，moveTo(x, y)方法設置線段的起點，lineTo(x, y)方法設置線段的終點，stroke方法用來給透明的線段著色。 ~~~ ctx.beginPath(); // 開始路徑繪制 ctx.moveTo(20, 20); // 設置路徑起點，坐標為(20,20) ctx.lineTo(200, 20); // 繪制一條到(200,20)的直線 ctx.lineWidth = 1.0; // 設置線寬 ctx.strokeStyle = "#CC0000"; // 設置線的顏色 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。最后，還可以使用closePath方法，自動繪制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）繪制矩形 fillRect(x, y, width, height)方法用來繪制矩形，它的四個參數分別為矩形左上角頂點的x坐標、y坐標，以及矩形的寬和高。fillStyle屬性用來設置矩形的填充色。 ~~~ ctx.fillStyle = 'yellow'; ctx.fillRect(50, 50, 200, 100); ~~~ strokeRect方法與fillRect類似，用來繪制空心矩形。 ~~~ 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); ~~~ （3）繪制文本 fillText(string, x, y) 用來繪制文本，它的三個參數分別為文本內容、起點的x坐標、y坐標。使用之前，需用font設置字體、大小、樣式（寫法類似與CSS的font屬性）。與此類似的還有strokeText方法，用來添加空心字。 ~~~ // 設置字體 ctx.font = "Bold 20px Arial"; // 設置對齊方式 ctx.textAlign = "left"; // 設置填充顏色 ctx.fillStyle = "#008600"; // 設置字體內容，以及在畫布上的位置 ctx.fillText("Hello!", 10, 50); // 繪制空心字 ctx.strokeText("Hello!", 10, 100); ~~~ fillText方法不支持文本斷行，即所有文本出現在一行內。所以，如果要生成多行文本，只有調用多次fillText方法。（4）繪制圓形和扇形 arc方法用來繪制扇形。 ~~~ ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise); ~~~ arc方法的x和y參數是圓心坐標，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）。下面是如何繪制實心的圓形。 ~~~ ctx.beginPath(); ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); ctx.fillStyle = "#000000"; ctx.fill(); ~~~ 繪制空心圓形的例子。 ~~~ ctx.beginPath(); ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); ctx.lineWidth = 1.0; ctx.strokeStyle = "#000"; ctx.stroke(); ~~~ （5）設置漸變色 createLinearGradient方法用來設置漸變色。 ~~~ var myGradient = ctx.createLinearGradient(0, 0, 0, 160); myGradient.addColorStop(0, "#BABABA"); myGradient.addColorStop(1, "#636363"); ~~~ createLinearGradient方法的參數是(x1, y1, x2, y2)，其中x1和y1是起點坐標，x2和y2是終點坐標。通過不同的坐標值，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); ~~~ （6）設置陰影一系列與陰影相關的方法，可以用來設置陰影。 ~~~ ctx.shadowOffsetX = 10; // 設置水平位移 ctx.shadowOffsetY = 10; // 設置垂直位移 ctx.shadowBlur = 5; // 設置模糊度 ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"; // 設置陰影顏色 ctx.fillStyle = "#CC0000"; ctx.fillRect(10,10,200,100); ~~~ ## 圖像處理方法 ### drawImage方法 canvas允許將圖像文件插入畫布，做法是讀取圖片后，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); // 設置對應的圖像對象，以及它在畫布上的位置 ~~~ 上面代碼將一個PNG圖像載入canvas。由于圖像的載入需要時間，drawImage方法只能在圖像完全載入后才能調用，因此上面的代碼需要改寫。 ~~~ 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); return canvas; } image.src = "image.png"; ~~~ drawImage()方法接受三個參數，第一個參數是圖像文件的DOM元素（即img標簽），第二個和第三個參數是圖像左上角在Canvas元素中的坐標，上例中的（0, 0）就表示將圖像左上角放置在Canvas元素的左上角。 ### getImageData方法，putImageData方法 getImageData方法可以用來讀取Canvas的內容，返回一個對象，包含了每個像素的信息。 ~~~ var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height); ~~~ imageData對象有一個data屬性，它的值是一個一維數組。該數組的值，依次是每個像素的紅、綠、藍、alpha通道值，因此該數組的長度等于圖像的像素寬度 x 圖像的像素高度 x 4，每個值的范圍是0–255。這個數組不僅可讀，而且可寫，因此通過操作這個數組的值，就可以達到操作圖像的目的。修改這個數組以后，使用putImageData方法將數組內容重新繪制在Canvas上。 ~~~ context.putImageData(imageData, 0, 0); ~~~ ### toDataURL方法對圖像數據做出修改以后，可以使用toDataURL方法，將Canvas數據重新轉化成一般的圖像文件形式。 ~~~ function convertCanvasToImage(canvas) { var image = new Image(); image.src = canvas.toDataURL("image/png"); return image; } ~~~ 上面的代碼將Canvas數據，轉化成PNG data URI。 ### save方法，restore方法 save方法用于保存上下文環境，restore方法用于恢復到上一次保存的上下文環境。 ~~~ 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); ~~~ 上面代碼先用save方法，保存了當前設置，然后繪制了一個有陰影的矩形。接著，使用restore方法，恢復了保存前的設置，繪制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); ~~~ 上面代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函數的一開始，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。通過設置圓心坐標，可以產生各種運動軌跡。先上升后下降。 ~~~ var vx = 10, vy = -10, gravity = 1; setInterval(function() { posX += vx; posY += vy; vy += gravity; // ... }); ~~~ 上面代碼中，x坐標始終增大，表示持續向右運動。y坐標先變小，然后在重力作用下，不斷增大，表示先上升后下降。小球不斷反彈后，逐步趨于靜止。 ~~~ 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; // ... }); ~~~ 上面代碼表示，一旦小球的y坐標處于屏幕下方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%。 ## 像素處理通過getImageData方法和putImageData方法，可以處理每個像素，進而操作圖像內容。假定filter是一個處理像素的函數，那么整個對Canvas的處理流程，可以用下面的代碼表示。 ~~~ 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。 ### 灰度效果灰度圖（grayscale）就是取紅、綠、藍三個像素值的算術平均值，這實際上將圖像轉成了黑白形式。假定d[i]是像素數組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。轉成灰度的算法，就是將紅、綠、藍三個值相加后除以3，再將結果寫回數組。 ~~~ 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; }; ~~~ ### 復古效果復古效果（sepia）則是將紅、綠、藍三個像素，分別取這三個值的某種加權平均值，使得圖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; }; ~~~ ### 紅色蒙版效果紅色蒙版指的是，讓圖像呈現一種偏紅的效果。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; }; ~~~ ### 亮度效果亮度效果（brightness）是指讓圖像變得更亮或更暗。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; }; ~~~ ### 反轉效果反轉效果（invert）是指圖片呈現一種色彩顛倒的效果。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; }; ~~~ ## 參考鏈接 * David Walsh,?[JavaScript Canvas Image Conversion](http://davidwalsh.name/convert-canvas-image) * Matt West,?[Getting Started With The Canvas API](http://blog.teamtreehouse.com/getting-started-with-the-canvas-api) * John Robinson,?[How You Can Do Cool Image Effects Using HTML5 Canvas](http://www.storminthecastle.com/2013/04/06/how-you-can-do-cool-image-effects-using-html5-canvas/) * Ivaylo Gerchev,?[HTML5 Canvas Tutorial: An Introduction](http://www.sitepoint.com/html5-canvas-tutorial-introduction/) * Donovan Hutchinson,?[Particles in canvas](http://hop.ie/blog/particles/)