使用 HTML5 canvas 进行 Web 绘图

除此之外，在不久的将来，开发人员还会能够得到基于 OpenGL 的 3D 渲染上下文以在 canvas 中进行 3D 绘图。

与 SVG 不同，canvas 原生支持的基本图形只有矩形一种，至于其他的圆形，多边形等图形则都由路径来负责绘制实现。清单 1 展示了如何使用渲染上下文中的矩形绘图方法完成了图 1 所示图形。

图 1. 清单 1 对应的示例图形

清单 1. 绘制 canvas 矩形

       function drawRect(){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
 if (canvas.getContext){ 
 var ctx = canvas.getContext('2d');  // 获取 2D 渲染上下文
		
 ctx.clearRect(0,0,300,200)  ;// 清除以（0,0）为左上坐标原点，300*200 矩形区域内所有像素
 ctx.fillStyle = '#00f';   // 设置矩形的填充属性，#00f 代表蓝色
 ctx.strokeStyle = '#f00';  // 设置矩形的线条颜色，#f00 代表红色
 ctx.fillRect(50,25,150,80); // 使用 fillStyle 填充一个 150*80 大小的矩形
 ctx.strokeRect(45,20, 160, 90);  // 以 strokeStype 属性为边的颜色绘制一个无填充矩形
     } 
 }
    

绘制路径

在开始动手绘制路径之前，首先需要明确的是：矩形绘制 API 是一种即时性的 API，他会在相应的绘图函数执行完毕之后，将图形即时的渲染在画面上。然而路径绘制 API 并非如此，完整的路径绘制过程大致可以分为如下两个阶段：

• 定义路径轮廓：

在每个 canvas 实例对象中都拥有一个 path 对象，创建自定义图形的过程就是不断对 path 对象操作的过程。每当开始一次新的图形绘制任务，都需要先使用 beginPath() 方法来重置 path 对象至初始状态，进而通过一系列对 moveTo/lineTo 等画线方法的调用，绘制期望的路径，其中 moveTo(x, y) 方法设置绘图起始坐标，而 lineTo(x,y) 等画线方法可以从当前起点绘制直线，圆弧以及曲线到目标位置。最后一步，也是可选的步骤，是调用 closePath() 方法将自定义图形进行闭合，该方法将自动创建一条从当前坐标到起始坐标的直线。

• 绘制路径

定义完路径的轮廓，此时 canvas 画面中没有显示任何路径，开发人员还可以对路径进行修改。一旦确定完成，则需要继续调用 stroke()/fill() 函数来完成将路径渲染到画面的最后一步。路径的轮廓颜色和填充颜色由 strokeStyle 和 fillStyle 属性决定。

清单 2 绘制一个图 2 所示半圆弧，并通过 closePath() 方法完成图形的闭合。

图 2. 清单 2 对应的示例图形

清单 2. 绘制 canvas 路径

       function draw(){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
	 if (canvas.getContext){ 
		 var ctx = canvas.getContext('2d'); 
 ctx.fillStyle = '#00f'; 
		 ctx.strokeStyle = '#f00'; 
		 ctx.beginPath(); 
 ctx.arc(75,75,30,0,Math.PI, false);  // 绘制一条半圆弧线
 ctx.closePath();    // 自动绘制一条直线来关闭弧线。若不调用此方法，将仅仅显示一条半圆弧
 ctx.fill();      // 可以尝试注释掉 fill 或者 stroke 函数，观察图形的变化
 ctx.stroke();  
	 } 
 }
    

二维变形

Canvas 绘图中另一个重要的概念是 绘画状态（Drawing State） ，绘画状态反映了渲染上下文当前的瞬时状态，开发人员可以通过对绘画状态的保存 / 恢复操作而快速的回到之前使用的各种属性和变形操作。绘画状态主要由以下三个部分构成：

• 当前的变形矩阵（transformation matrix）
• 当前的裁剪区域（clipping region）
• 当前上下文中的属性，比如 strokeStyle, fillType, globalAlpha, font 等等。

需要指出的是，当前路径对象以及当前的位图都不包含在绘画状态之中，路径是持续性的对象，如前文所讲，只有通过 beginPath() 操作才会进行重置，而位图则是 canvas 的属性，并非属于渲染上下文的。

开发人员可以使用 save 和 restore 两种方法来保存和恢复 canvas 状态，每调用 save 方法，都会将当前状态压入堆栈中，而相应的 restore 方法则会从堆栈中弹出一个状态，并将当前画面恢复至该状态。绘画状态在 canvas 图形变形操作中应用极为广泛，也非常重要，因为调用一个 restore 方法远比手动恢复先前状态要简单许多，因而，一个较好的习惯是在做变形操作之前先保存 canvas 状态。

二维绘图的常用变形操作在 canvas 中都可到了很好的支持，包括平移（Translate），旋转（Rotate），伸缩（Scale）等等。由于所有的变形操作都基于变形矩阵，因而开发人 员始终需要记住一点的就是，一旦没有使用 save/restore 操作保持住原来的绘图状态，那么后续的绘图操作，都会在当前所应用的变形状态下完成。清单 3 使用平移和旋转方法绘制了如下所示画面。

图 3. 清单 3 所示示例图形

清单 3. 使用平移 / 旋转变形方法绘制复杂位图

       function drawPointCircle(){  
 var canvas = document.getElementById('canvas');  
	 if (canvas.getContext){ 
		 var ctx = canvas.getContext('2d');  
 ctx.translate(150,150);   // 将 canvas 的原点从 (0,0) 平移至（150,150）
 for (i=1;i<=2;i++){        // 绘制内外 2 层
 if ((i % 2) == 1) {ctx.fillStyle = '#00f';} 
 else{ ctx.fillStyle = '#f00'; } 
 ctx.save();             // 保持开始绘制每一层时的状态一致
 for (j=0;j<=i*6;j++){   // 每层生成点的数量
 ctx.rotate(Math.PI/(3*i));  // 绕当前原点将坐标系顺时针旋转 Math.Pi/(3*i) 度
				 ctx.beginPath(); 
				 ctx.arc(0,20*i,5,0,Math.PI*2,true); 
 ctx.fill();         // 使用 fillType 值填充每个点
 } 
 ctx.restore();   
		 } 
	 } 
 }
    

像素级绘图

像素级别的绘图操作是 canvas 绘图区别于 SVG，VML 等绘图技术的最为明显特征之一，渲染上下文提供了 createImageData, getImageData, 和 putImageData 三种方法来进行针对像素的操作，所基于的对象都是 imageData 对象。imageData 对象包含 width、height 和 data 三个属性，其中 data 包含了 width × height × 4 个像素值，之所以乘以 4，在于每个像素都有 RGB 值和透明度 alpha 值。

清单 4 中所示代码为上一节中示例图形增添了简单的颜色反转滤镜效果，通过调用 getImageData(x,y,width,height) 方法获取以（x,y）为左上坐标的矩形区域内所有像素，而后对所有像素的 RGB 值做取反操作，最后通过 putImageData（imageData, x, y）将修改后的像素值重新绘制到在 canvas 上。

图 4. 清单 4 所示示例图形

清单 4. 实现简单滤镜效果

       function revertImage(){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
 if (canvas.getContext){ 
 var context = canvas.getContext('2d'); 
 // 从指定的矩形区域获取 canvas 像素数组
 var imgdata = context.getImageData(100, 100, 100, 100); 
 var pixels = imgdata.data; 

 // 遍历每个像素并对 RGB 值进行取反
 for (var i=0, n=pixels.length; i<n; i+= 4){ 
      pixels[i] = 255-pixels[i]; 
       pixels[i+1] = 255-pixels[i+1]; 
       pixels[i+2] = 255-pixels[i+2]; 
 } 
 // 在指定位置进行像素重绘
 context.putImageData(imgdata, 100, 100); 
	 } 
 }
      
    

       <script type="text/javascript"> 
 var x=0,y=0,dx=2,dy=3,context2D;   // 小球从（0,0）开始移动，横向步长为 2，纵向步长为 3 

 function draw(){ 
 context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);   // 清除整个 canvas 画面
 drawCircle(x, y);         // 使用自定义的画圆方法，在当前（x,y）坐标出画一个圆
	
 // 判断边界值，调整 dx/dy 以改变 x/y 坐标变化方向。
 if (x + dx > canvas.width || x + dx < 0) dx = -dx; 
 if (y + dy > canvas.height || y + dy < 0) dy = -dy; 
 x += dx; 
 y += dy; 
 } 

 window.onload = function (){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
 context2D = canvas.getContext('2d'); 
 setInterval(draw, 20);     // 设置绘图周期为 20 毫秒
 } 
 </script>
    

       <script type="text/javascript"> 
 var g_x,g_y;    // 鼠标当前的坐标
 var g_pointx, g_pointy;   // 蓝色小球当前的坐标
	 var canvas; 
	
 function drawCircle(x,y){    // 以鼠标当前位置为原点绘制一个蓝色小球
 var ctx = canvas.getContext('2d'); 
		 ctx.clearRect(0,0,300,300); 
		 ctx.fillStyle = '#00f'; 
		 ctx.beginPath(); 
		 ctx.arc(x,y,20,0,Math.PI*2,true); 
		 ctx.fill(); 
			
 g_pointx = x; 
		 g_pointy = y 
 } 
	
	 function onMouseMove(evt) { 
 // 获取鼠标在 canvas 中的坐标位置
 if (evt.layerX || evt.layerX == 0) { // FireFox 
 g_x = evt.layerX; 
 g_y = evt.layerY; 
 } 
		 document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_x; 
		 document.getElementById("yinfo").innerHTML = g_y; 
	 } 

	 function onKeyPress(evt) { 
 var dx = 3;  // 横向平移步长
		 var kbinfo = document.getElementById("kbinfo"); 
		
 if (evt.keyCode == 39){   
			 kbinfo.innerHTML="right"; 
 if (g_x<300-dx) drawCircle(g_pointx+dx,g_pointy); 
 document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_pointx; 
		 }else if (evt.keyCode == 37){ 
 kbinfo.innerHTML = "left"; 
			 if (g_x>dx) drawCircle(g_pointx-dx,g_pointy); 
 document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_pointx; 
 } 
 } 
			
 window.onload = function(){ 
 canvas = document.getElementById('canvas'); 
 // 增加 canvas 节点对鼠标单击，移动以及键盘事件的响应函数
 canvas.addEventListener('click', function(evt){drawCircle(g_x, g_y);} , false);
 canvas.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false); 
 canvas.addEventListener('keypress', onKeyPress, false); 
 canvas.focus();  // 获得焦点之后，才能够对键盘事件进行捕获
 } 
 </script>