HTML5中canvas的使用總結

1.概述

Canvas API（畫布）用於在網頁實時生成圖像，並且可以操作圖像內容，基本上它是一個可以用JavaScript操作的點陣圖（bitmap）。使用前，首先需要新建一個網頁元素。

<canvas id="myCanvas" width="400" height="200">
  您的浏览器不支持canvas！
</canvas>

上面程式碼中，如果瀏覽器不支援這個API，就會顯示標籤中間的文字－「您的瀏覽器不支援canvas！」。

每個canvas節點都有一個對應的context物件（上下文物件），Canvas API定義在這個context物件上面，所以需要取得這個對象，方法是使用getContext方法。

var canvas = document.getElementById('myCanvas');
if (canvas.getContext) {
  var ctx = canvas.getContext('2d');
}

上面程式碼中，getContext方法指定參數2d，表示該canvas節點用於產生2D圖案（即平面圖案）。如果參數是webgl，就表示用於產生3D影像（即立體圖案），這部分其實單獨叫做WebGL API。

2.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座標，x表示橫座標，y表示垂直座標。原點(0, 0)位於影像左上角，x軸的正向是原點向右，y軸的正向是原點向下。

（1）繪製路徑

beginPath方法表示開始繪製路徑，moveTo(x, y)方法設定線段的起點，lineTo(x, y)方法設定線段的終點，stroke方法用來為透明的線段著色。

ctx.beginPath(); // 开始路径绘制
ctx.moveTo(20, 20); // 设置路径起点，坐标为(20,20)
ctx.lineTo(200, 20); // 绘制一条到(200,20)的直线
ctx.lineWidth = 1.0; // 设置线宽
ctx.strokeStyle = '#CC0000'; // 设置线的颜色
ctx.stroke(); // 进行线的着色，这时整条线才变得可见

moveto和lineto方法可以多次使用。最後，也可以使用closePath方法，自動繪製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）繪製矩形

fillRect(x, y, width, height)方法用來繪製矩形，它的四個參數分別為矩形左上角頂點的x座標、y座標，以及矩形的寬和高。 fillStyle屬性用來設定矩形的填滿色。

ctx.fillStyle = 'yellow';
ctx.fillRect(50, 50, 200, 100);

strokeRect方法與fillRect類似，用來繪製空心矩形。

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）繪製文本

fillText(string, x, y) 用來繪製文本，它的三個參數分別為文本內容、起點的x座標、y座標。使用前，需先用font設定字體、大小、樣式（寫法類似與CSS的font屬性）。與此類似的還有strokeText方法，用來加入空心字。

ctx.font = "Bold 20px Arial"; // 设置字体
ctx.textAlign = "left";// 设置对齐方式
ctx.fillStyle = "#008600"; // 设置填充颜色
ctx.fillText("Hello!", 10, 50); // 设置字体内容，以及在画布上的位置
ctx.strokeText("Hello!", 10, 100); // 绘制空心字

fillText方法不支援文字斷行，即所有文字出現在一行內。所以，如果要產生多行文本，只有呼叫多次fillText方法。

（4）繪製圓形和扇形

arc方法用來繪製扇形。

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);

arc方法的x和y參數是圓心座標，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）。

下面是如何繪製實心的圓形:

ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.fillStyle = "#000000"; 
ctx.fill();

繪製空心圓形的例子:

ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.lineWidth = 1.0; 
ctx.strokeStyle = "#000"; 
ctx.stroke();

（5）設定漸變色

createLinearGradient方法用來設定漸變色。

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是起點座標，x2和y2是終點座標。透過不同的座標值，可以產生從上至下、從左到右的漸層等等。使用方法如下：

ctx.fillStyle = myGradient;
ctx.fillRect(10,10,200,100);

（6）設定陰影

一系列與陰影相關的方法，可以用來設定陰影。

ctx.shadowOffsetX = 10; // 设置水平位移
ctx.shadowOffsetY = 10; // 设置垂直位移
ctx.shadowBlur = 5; // 设置模糊度
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"; // 设置阴影颜色
ctx.fillStyle = "#CC0000"; 
ctx.fillRect(10,10,200,100);

3.影像處理方法

drawImage方法

Canvas API 允許將影像檔案插入畫布，做法是讀取圖片後，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); // 设置对应的图像对象，以及它在画布上的位置

上面程式碼將一個PNG圖像載入畫布。 drawImage()方法接受三個參數，第一個參數是影像檔案的DOM元素（即節點），第二個和第三個參數是影像左上角在畫布中的座標，上例中的( 0, 0)就表示將影像左上角放置在畫布的左上角。

由於映像的載入需要時間，drawImage方法只能在映像完全載入後才能調用，因此上面的程式碼需要改寫。

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);
    // 插入页面底部
    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的內容，傳回一個對象，包含了每個像素的資訊。

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

imageData物件有一個data屬性，它的值是一個一維數組。此數組的值，依序為每個像素的紅、綠、藍、alpha通道值，因此該數組的長度等於 影像的像素寬度 x 影像的像素高度 x 4，每個值的範圍為0–255。這個數組不僅可讀，而且可寫，因此透過操作這個數組的值，就可以達到操作圖像的目的。修改這個陣列以後，使用putImageData方法將陣列內容重新繪製在Canvas上。

context.putImageData(imageData, 0, 0);

toDataURL方法

對影像資料做出修改以後，可以使用toDataURL方法，將Canvas資料重新轉換成一般的影像檔案形式。

function convertCanvasToImage(canvas) {
    var image = new Image();
    image.src = canvas.toDataURL('image/png');
    return image;
}

上面的程式碼將Canvas數據，轉換成PNG data URI。

save方法，restore方法

save方法用於保存上下文環境，restore方法用於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);

上面代码先用save方法，保存了当前设置，然后绘制了一个有阴影的矩形。接着，使用restore方法，恢复了保存前的设置，绘制了一个没有阴影的矩形。

4.动画

利用JavaScript，可以在canvas元素上很容易地产生动画效果。

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);

上面代码会产生一个小圆点，每隔30毫秒就向右下方移动的效果。setInterval函数的一开始，之所以要将画布重新渲染黑色底色，是为了抹去上一步的小圆点。
通过设置圆心坐标，可以产生各种运动轨迹。
先上升后下降。

var vx = 10,
    vy = -10,
    gravity = 1;
setInterval(function() {
    posX += vx;
    posY += vy;
    vy += gravity;
    // ...
});

上面代码中，x坐标始终增大，表示持续向右运动。y坐标先变小，然后在重力作用下，不断增大，表示先上升后下降。小球不断反弹后，逐步趋于静止。

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;
    // ...
});

上面代码表示，一旦小球的y坐标处于屏幕下方75%的位置，向x轴移动的速度变为原来的75%，而向y轴反弹上一次反弹高度的40%。

5.像素处理

通过getImageData方法和putImageData方法，可以处理每个像素，进而操作图像内容。假定filter是一个处理像素的函数，那么整个对Canvas的处理流程，可以用下面的代码表示。

if (canvas.width > 0 && canvas.height > 0) {
    var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    filter(imageData);
    context.putImageData(imageData, 0, 0);
}

以下是几种常见的处理方法:

灰度效果

灰度图（grayscale）就是取红、绿、蓝三个像素值的算术平均值，这实际上将图像转成了黑白形式。假定d[i]是像素数组中一个象素的红色值，则d[i+1]为绿色值，d[i+2]为蓝色值，d[i+3]就是alpha通道值。转成灰度的算法，就是将红、绿、蓝三个值相加后除以3，再将结果写回数组。

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;
};

复古效果

复古效果（sepia）则是将红、绿、蓝三个像素，分别取这三个值的某种加权平均值，使得图像有一种古旧的效果。

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;
};

红色蒙版效果

红色蒙版指的是，让图像呈现一种偏红的效果。算法是将红色通道设为红、绿、蓝三个值的平均值，而将绿色通道和蓝色通道都设为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;        // 红色通道取平均值
      d[i + 1] = d[i + 2] = 0; // 绿色通道和蓝色通道都设为0
    }
    return pixels;
};

亮度效果

亮度效果（brightness）是指让图像变得更亮或更暗。算法将红色通道、绿色通道、蓝色通道，同时加上一个正值或负值。

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;
};

反转效果

反转效果（invert）是指图片呈现一种色彩颠倒的效果。算法为红、绿、蓝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;
};