Canvas API（）

概述

Canvas API（畫布）用于在網(wǎng)頁(yè)實(shí)時(shí)生成圖像，并且可以操作圖像內(nèi)容，基本上它是一個(gè)可以用JavaScript操作的位圖（bitmap）。

使用前，首先需要新建一個(gè)canvas網(wǎng)頁(yè)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(gè)API，則就會(huì)顯示canvas標(biāo)簽中間的文字——“您的瀏覽器不支持canvas！”。

每個(gè)canvas元素都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的context對(duì)象（上下文對(duì)象），Canvas API定義在這個(gè)context對(duì)象上面，所以需要獲取這個(gè)對(duì)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對(duì)象用于生成2D圖案（即平面圖案）。如果參數(shù)是3d，就表示用于生成3D圖像（即立體圖案），這部分實(shí)際上單獨(dú)叫做WebGL API（本書不涉及）。

繪圖方法

canvas畫布提供了一個(gè)用來(lái)作圖的平面空間，該空間的每個(gè)點(diǎn)都有自己的坐標(biāo)，x表示橫坐標(biāo)，y表示豎坐標(biāo)。原點(diǎn)(0, 0)位于圖像左上角，x軸的正向是原點(diǎn)向右，y軸的正向是原點(diǎn)向下。

（1）繪制路徑

beginPath方法表示開(kāi)始繪制路徑，moveTo(x, y)方法設(shè)置線段的起點(diǎn)，lineTo(x, y)方法設(shè)置線段的終點(diǎn)，stroke方法用來(lái)給透明的線段著色。

ctx.beginPath(); // 開(kāi)始路徑繪制
ctx.moveTo(20, 20); // 設(shè)置路徑起點(diǎn)，坐標(biāo)為(20,20)
ctx.lineTo(200, 20); // 繪制一條到(200,20)的直線
ctx.lineWidth = 1.0; // 設(shè)置線寬
ctx.strokeStyle = "#CC0000"; // 設(shè)置線的顏色
ctx.stroke(); // 進(jìn)行線的著色，這時(shí)整條線才變得可見(jiàn)

moveto和lineto方法可以多次使用。最后，還可以使用closePath方法，自動(dòng)繪制一條當(dāng)前點(diǎn)到起點(diǎn)的直線，形成一個(gè)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(lái)繪制矩形，它的四個(gè)參數(shù)分別為矩形左上角頂點(diǎn)的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)，以及矩形的寬和高。fillStyle屬性用來(lái)設(shè)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(lái)繪制空心矩形。

ctx.strokeRect(10,10,200,100);

clearRect方法用來(lái)清除某個(gè)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(lái)繪制文本，它的三個(gè)參數(shù)分別為文本內(nèi)容、起點(diǎn)的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)。使用之前，需用font設(shè)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(lái)添加空心字。

// 設(shè)置字體
ctx.font = "Bold 20px Arial"; 
// 設(shè)置對(duì)齊方式
ctx.textAlign = "left";
// 設(shè)置填充顏色
ctx.fillStyle = "#008600"; 
// 設(shè)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(lái)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(biāo)，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(shí)應(yīng)該逆時(shí)針畫（true）還是順時(shí)針畫（false）。

下面是如何繪制實(shí)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(shè)置漸變色

createLinearGradient方法用來(lái)設(shè)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(diǎn)坐標(biāo)，x2和y2是終點(diǎn)坐標(biāo)。通過(guò)不同的坐標(biāo)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(shè)置陰影

一系列與陰影相關(guān)的方法，可以用來(lái)設(shè)置陰影。

ctx.shadowOffsetX = 10; // 設(shè)置水平位移
ctx.shadowOffsetY = 10; // 設(shè)置垂直位移
ctx.shadowBlur = 5; // 設(shè)置模糊度
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"; // 設(shè)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(nèi)進(jìn)行重繪。

var img = new Image();
img.src = "image.png";
ctx.drawImage(img, 0, 0); // 設(shè)置對(duì)應(yīng)的圖像對(duì)象，以及它在畫布上的位置

上面代碼將一個(gè)PNG圖像載入canvas。

由于圖像的載入需要時(shí)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);

    return canvas;
} 

image.src = "image.png";

drawImage()方法接受三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是圖像文件的DOM元素（即img標(biāo)簽），第二個(gè)和第三個(gè)參數(shù)是圖像左上角在Canvas元素中的坐標(biāo)，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(lái)讀取Canvas的內(nèi)容，返回一個(gè)對(duì)象，包含了每個(gè)像素的信息。

var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);

imageData對(duì)象有一個(gè)data屬性，它的值是一個(gè)一維數(shù)組。該數(shù)組的值，依次是每個(gè)像素的紅、綠、藍(lán)、alpha通道值，因此該數(shù)組的長(zhǎng)度等于 圖像的像素寬度 x 圖像的像素高度 x 4，每個(gè)值的范圍是0–255。這個(gè)數(shù)組不僅可讀，而且可寫，因此通過(guò)操作這個(gè)數(shù)組的值，就可以達(dá)到操作圖像的目的。修改這個(gè)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(duì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(dāng)前設(shè)置，然后繪制了一個(gè)有陰影的矩形。接著，使用restore方法，恢復(fù)了保存前的設(shè)置，繪制了一個(gè)沒(méi)有陰影的矩形。

動(dòng)畫

利用JavaScript，可以在canvas元素上很容易地產(chǎn)生動(dòng)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)小圓點(diǎn)，每隔30毫秒就向右下方移動(dòng)的效果。setInterval函數(shù)的一開(kāi)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(diǎn)。

通過(guò)設(shè)置圓心坐標(biāo)，可以產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)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(biāo)始終增大，表示持續(xù)向右運(yùn)動(dòng)。y坐標(biāo)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(biāo)處于屏幕下方75%的位置，向x軸移動(dòng)的速度變?yōu)樵瓉?lái)的75%，而向y軸反彈上一次反彈高度的40%。

像素處理

通過(guò)getImageData方法和putImageData方法，可以處理每個(gè)像素，進(jìn)而操作圖像內(nèi)容。

假定filter是一個(gè)處理像素的函數(shù)，那么整個(gè)對(duì)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(jiàn)的處理方法。

灰度效果

灰度圖（grayscale）就是取紅、綠、藍(lán)三個(gè)像素值的算術(shù)平均值，這實(shí)際上將圖像轉(zhuǎn)成了黑白形式。假定d[i]是像素?cái)?shù)組中一個(gè)象素的紅色值，則d[i+1]為綠色值，d[i+2]為藍(lán)色值，d[i+3]就是alpha通道值。轉(zhuǎn)成灰度的算法，就是將紅、綠、藍(lán)三個(gè)值相加后除以3，再將結(jié)果寫回?cái)?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(fù)古效果

復(fù)古效果（sepia）則是將紅、綠、藍(lán)三個(gè)像素，分別取這三個(gè)值的某種加權(quán)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(shè)為紅、綠、藍(lán)三個(gè)值的平均值，而將綠色通道和藍(lán)色通道都設(shè)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(lán)色通道都設(shè)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(lán)色通道，同時(shí)加上一個(gè)正值或負(fù)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(zhuǎn)效果

反轉(zhuǎn)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(lán)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
• 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