JavaScript Canvas API

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Canvas API（畫布）用于在網(wǎng)頁實時生成圖像，并且可以操作圖像內(nèi)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(wǎng)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節(jié)點都有一個對應的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(shù)2d，表示該canvas節(jié)點用于生成2D圖案（即平面圖案）。如果參數(shù)是webgl，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）。

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.lineCap = "butt"; //設置端點樣式:butt(默認),round,square
ctx.lineJoin = "miter"; //設置連接樣式:miter(默認),bevel,round
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(shù)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(qū)域的內(nèi)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(shù)分別為文本內(nèi)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(nèi)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(xiàn)在一行內(nèi)。所以，如果要生成多行文本，只有調(diào)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(shù)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(shù)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);

平移、旋轉、縮放

ctx.translate( x, y )//位移：把圖像原點位移到(x， y)的位置
ctx.rotate( deg )//旋轉：旋轉 deg 度數(shù)
ctx.scale( sx, sy )//縮放：在橫向進行 sx 倍的縮放，在縱向進行 sy 倍的縮放

縮放出現(xiàn)的問題 1.如果有l(wèi)ineWith，寬度也會縮放 2.如果起始點不是0 0，起始點也會縮放

變換矩陣

ctx.transform(a, b, c, d, e, f);
/*
a:水平縮放(默認值1)
b:水平傾斜(默認值0)
c:垂直傾斜(默認值0)
d:垂直縮放(默認值1)
e:水平位移(默認值0)
f:垂直位移(默認值0)
*/

context.transform()可以疊加使用，如果需要重新初始化矩陣變換的值，可以用: context.setTransform(a, b, c, d, e, f) 它會使得之前設置的context.transform()失效，恢復為單位矩陣然后再transform

drawImage方法

Canvas API 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(nèi)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圖像載入畫布。drawImage()方法接受三個參數(shù)，第一個參數(shù)是圖像文件的DOM元素（即<img>節(jié)點），第二個和第三個參數(shù)是圖像左上角在畫布中的坐標，上例中的(0, 0)就表示將圖像左上角放置在畫布的左上角。

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(diào)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);
  // 插入頁面底部
  document.body.appendChild(image);
  return canvas;
}

image.src = 'image.png';

getImageData方法，putImageData方法

getImageData方法可以用來讀取Canvas的內(nèi)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(shù)組。該數(shù)組的值，依次是每個像素的紅、綠、藍、alpha通道值，因此該數(shù)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(shù)組不僅可讀，而且可寫，因此通過操作這個數(shù)組的值，就可以達到操作圖像的目的。修改這個數(shù)組以后，使用putImageData方法將數(shù)組內(nèi)容重新繪制在Canvas上。

context.putImageData(imageData, 0, 0);

toDataURL方法

對圖像數(shù)據(jù)做出修改以后，可以使用toDataURL方法，將Canvas數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，轉化成PNG data URI。

save方法，restore方法

save方法用于保存上下文環(huán)境，restore方法用于恢復到上一次保存的上下文環(huán)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。

利用JavaScript，可以在canvas元素上很容易地產(chǎn)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(chǎn)生一個小圓點，每隔30毫秒就向右下方移動的效果。setInterval函數(shù)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(chǎn)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(xù)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?yōu)樵瓉淼?5%，而向y軸反彈上一次反彈高度的40%。

通過getImageData方法和putImageData方法，可以處理每個像素，進而操作圖像內(nèi)容。

假定filter是一個處理像素的函數(shù)，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(shù)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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;

};

• David Walsh, JavaScript Canvas Image Conversion
• Matt West, Getting Started With The Canvas API
• John Robinson, How You Can Do Cool Image Effects Using HTML5 Canvas
• Ivaylo Gerchev, HTML5 Canvas Tutorial: An Introduction
• Donovan Hutchinson, Particles in canvas