HTML5之SVG 2D入門6—視窗座標系與使用者座標系及變換概述_html5教學技巧

座標系統
SVG存在兩套座標系統：視窗座標系與使用者座標系。預設情況下，使用者座標系與視窗座標系的點是一一對應的，都為原點在視窗的左上角，x軸水平向右，y軸垂直向下；如下圖所示： 

SVG的視窗位置一般是由CSS指定，尺寸由SVG元素的屬性width和height設置，但是如果SVG是存儲在embedded對像中(例如object元素，或者其他SVG元素)，而且包含SVG的文檔是用CSS或XSL格式化的，而這些外圍物件的CSS或其他指定尺寸的值已經可以計算出視窗的尺寸了，則此時會使用外圍物件的尺寸。

這裡要區分視窗，視窗座標系，使用者座標系的概念：

視窗：指的是網頁上面可視的矩形局域，長度和寬度都是有限的，這個區域一般與外圍對象的尺寸有關。

視窗座標系：本質是一個座標系，有原點，x軸與y軸；而且在兩個方向上是無限延伸的。預設情況下，原點在視窗的左上角，x軸水平向右，y軸垂直向下。可以對這個座標系的點進行變換。

使用者座標系：本質是一個座標系，有原點，x軸與y軸；而且在兩個方向上是無限延伸的。預設情況下，原點在視窗的左上角，x軸水平向右，y軸垂直向下。可以對這個座標系的點進行變換。

預設情況下，視窗座標系與使用者座標係是重合的，但是這裡需要注意，視窗座標係屬於的是創建視窗的元素，視窗座標系確定好以後，整個視窗的座標基調就確定了。但是使用者座標係是屬於每個圖形元素的，只要圖形進行了座標變換，就會創建新的使用者座標系，這個元素中所有的座標和尺寸都使用這個新的使用者座標系。

簡單點說：視窗座標系描述了視窗中所有元素的初始座標概況，使用者座標系描述了每個元素的座標概況，預設情況下，所有元素都使用預設的與視窗座標系重合的那個使用者座標系。

座標空間變換
讓我們回顧一下canvas使用者座標的變換，它們是透過平移，縮放，旋轉函數實現的；每次變換後對以後繪製的圖形都起作用，除非再次進行變換，這是"當前"使用者座標系統的概念。 canvas只有唯一一個使用者座標系。
在SVG中，情況完全不同。 SVG本身作為一種向量圖元素，它的兩個座標系統本質上都可以算作"使用者座標系統"；SVG的兩個座標空間都是可以變換的：視窗空間變換和使用者空間變換。視窗空間變換由相關元素(這些元素創建了新的視窗)的屬性viewBox控制；用戶空間變換由圖形元素的transform屬性控制。視窗空間變換應用於對應的整個視窗，使用者空間變換應用於目前元素及其子元素。

視窗轉換 - viewBox屬性

所有的能建立一個視窗的元素(看下一節)，再加上marker,pattern,view元素，都有一個viewBox屬性。

viewBox屬性值的格式為(x0,y0,u_width,u_height)，每個值之間以逗號或空格隔開，它們共同決定了視窗顯示的區域：視窗左上角座標設為(x0,y0 )、視窗的寬設為u_width，高為u_height；這個變換對整個視窗都起作用。

這裡一定不要混淆：視窗的大小和位置已經由創建視窗的元素和外圍的元素共同確定了(例如最外層的svg元素建立的視窗由CSS，width和height確定)，這裡的viewBox其實是設定這個確定的區域能顯示視窗座標系的哪個部分。
viewBox的設定其實是包含了視窗空間的縮放和平移兩種變換。

變換的計算也很簡單：以最外層的svg元素的視窗為例，假設svg的寬與長設定為width,height，viewBox的設定為(x0,y0,u_width,u_height)。則繪製的圖形，寬和高的縮放比例分別為：width/u_width, height/u_height。視窗的左上角的座標設定為了(x0,y0)。

體會下面幾種程式碼所繪製的結果的差異：

複製程式碼

程式碼如下:

上面的範例繪製的圖中你可以看到綠色和紅色的矩形，這種情況下視窗座標系的點還是與視窗上的點是一一對應的，這個也是預設。

複製程式碼

程式碼如下:

上面的範例繪製的圖中這個你只能看到綠色的長方形，而且綠色的長方形顯示在螢幕上是200*200像素的，這時候座標點已經不是一一對應了，圖被放大了。

複製程式碼

程式碼如下:

上面的範例繪製的圖中，視窗座標系的單位被縮小，所以兩個長方形都縮小了。

在日常工作中，我們經常需要完成的一個任務就是縮放一組圖形，讓它適應它的父容器。我們可以透過設定viewBox屬性來達到這個目的。

能建立新視窗的元素
任何時候，我們都可以嵌套視窗。建立新的視窗的時候，也會建立新的視窗座標系和使用者座標系，當然也包含裁減路徑也會創造新的。下列是能建立新視窗的元素清單：
svg：svg支援巢狀。
symbol：當被use元素實例化的時候創造新的視窗。

image：引用svg元素時會建立新視窗。
foreignObject：建立新視窗去渲染裡面的物件。

保持縮放的比例- preserveAspectRatio屬性
有些時候，特別是當使用viewBox的時候，我們期望圖形佔據整個視窗，而不是兩個方向上按相同的比例縮放。而有些時候，我們卻是希望圖形兩個方向是依照固定的比例縮放的。使用屬性preserveAspectRatio就可以達到控制這個的目的。
這個屬性是所有能建立一個新視窗的元素，再加上image,marker,pattern,view元素都有的。而且preserveAspectRatio屬性只有在該元素設定了viewBox以後才會運作。如果沒有設定viewBox，則preserveAspectRatio屬性會被忽略。
屬性的語法如下：preserveAspectRatio="[defer] []"
注意3個參數之間需要使用空格隔開。
defer:可選參數，只對image元素有效，如果image元素中preserveAspectRatio屬性的值以"defer"開頭，則表示image元素使用引用圖片的縮放比例，如果被引用的圖片沒有縮放比例，則忽略"defer"。所有其他的元素都忽略這個字串。
align:此參數決定了統一縮放的對齊方式，可以取下列值：
  none - 不強制統一縮放，這樣圖形才能完整填充整個viewport。
  xMinYMin - 強制統一縮放，並且把viewBox中設定的和對齊到viewport的最小X值和Y值處。
  xMidYMin - 強制統一縮放，並且把vivewBox中X方向上的中點對齊到viewport的X方向中點處，簡言之就是X方向中點對齊，Y方向與上面相同。
  xMaxYMin - 強制統一縮放，並且把viewBox中設定的 對齊到viewport的X值最大處。
  類似的還有其他類型的值：xMinYMid,xMidYMid,xMaxYMid,xMinYMax,xMidYMax,xMaxYMax。這些組合的含義與上面的幾種情況類似。
meetOrSlice：可選參數，可以去下列值：
  meet - 預設值，統一縮放圖形，讓圖形全部顯示在viewport中。
  slice - 統一縮放圖形，讓圖形充滿viewport，超出的部分被剪裁掉。

下圖詮釋了各種填充的效果：

使用者座標系的變換 - transform屬性
該類型變換是透過設定元素的transform屬性來指定的。這裡要注意，transform屬性設定的元素的變換，只影響該元素及其子元素，與別的元素無關，不影響別的元素。

平移 - translate
平移變換把相關的座標值平移到指定的位置，該變換需要傳入兩個軸上平移的量。看範例：

複製程式碼

程式碼如下:

這個範例繪製一個長方形，並把它的起點(0 ,0)平移到(30,40)處。雖然可以直接設定(x,y)的座標值，但使用平移變換去實作也很方便。這個變換第二個參數可以省略，預設當0處理。

旋轉 - rotate
旋轉一個元素也是一個很常見的任務，我們可以使用rotate變換實現，該變換需要傳入旋轉的角度參數。看範例：

複製程式碼

程式碼如下:

這個範例會顯示一個旋轉45度的長方形。有幾點注意：
1.這裡的變換是以角度值為參數的。
2.旋轉指的是相對於x軸的旋轉。
3.旋轉是圍繞著使用者座標系的原點(0,0)展開的。

傾斜- skew
transform也支援傾斜變換，可以是沿著x軸的(左右傾斜，正角度為向右傾斜，其實是傾斜了y軸)，或是沿著y軸的(上下傾斜，正角度為向下傾斜，其實是傾斜了x軸)傾斜；該變換需要傳入一個角度參數，這個角度參數會決定傾斜的角度。看下面的範例：

複製程式碼

程式碼如下:

程式碼如下:

從結果中，你可以直接看到同樣尺寸的矩形，在不同的傾斜變換後，得到的位置和形狀。這裡注意矩形的起始位置都已經改變了，這是因為在新的座標系統中，(30,30)已經在不同的位置了。
縮放- scale

縮放物件由縮放變換完成，該變換接受2個參數，分別指定在水平和垂直上的縮放比例，如果第二個參數省略則與第一個參數取相同的值。看下面的範例：

複製程式碼

程式碼如下:



程式碼如下:

ABC (scale) ABC (scale)


轉換矩陣- matrix

學過圖形學的都知道，所有的變換其實都是由矩陣表徵的，所以上面的變換其實都可以用一個3*3矩陣去表示：

複製程式碼


程式碼如下:

a c

1

由於只有6個值用到了，所以也簡寫成[a b c d e f]。把matrix(a,b,c,d,e,f)賦給transfrom就可以實作對應的變換。變換會把座標和長度都轉換成新的尺寸。上面各種變換對應的矩陣如下：

平移變換[1 0 1 0 tx ty]：

複製程式碼


程式碼🎜>
1 0 tx

0 1 ty
0 0 1

縮放變換[sx 0 0 sy 0 0]：

複製程式碼

程式碼如下:


sx 0 0

0 sy 0
0 0 1
🎜>
旋轉變換[cos(a) sin(a) -sin(a) cos(a) 0 0]：

複製程式碼

複製程式碼


代碼如下:

cos(a) -sin(a) 0
sin(a) cos(a) 0

00 1

沿X軸的傾斜[1 0 tan(a) 1 0 0]：

複製代碼


代碼如下:

1 tan(a) 0
0 1 0

0 0 1

沿Y軸的傾斜[1 tan( a) 0 1 0 0]：

複製代碼


代碼如下:

1🎜>代碼如下:1🎜>代碼如下:1🎜>代碼如下:1 0tan(a) 1 000 1
變換本質
前面我們總結canvas的時候，我們知道各種變換都是作用在使用者座標系上的。在SVG中，所有的變換也都是針對兩個座標系(本質上都是"使用者座標系")的。當給容器物件或圖形物件指定"transform"屬性，或給"svg,symbol,marker,pattern,view"指定"viewBox"屬性以後，SVG會根據目前的使用者座標系統進行變換，去建立新的使用者座標系，並作用於目前的對像以及它的子對象。在該物件中指定的座標和長度的單位不再是1:1的對應到外圍的座標系，而是隨著變形，轉換到新的使用者座標系中；這個新的使用者座標係是只作用於當前的元素及其子元素。

變換鏈
transform屬性支援設定多個變換，這些變換只要中間用空格分開，然後一起放到屬性中就可以了。執行效果跟依序獨立執行這些變換是一樣的。

複製程式碼

程式碼如下:

上面的效果與下面的一樣：

複製代碼

代碼如下:

單位
最後說一下單位，任何座標和長度都可以帶和不帶單位。
不含單位的情況

不帶單位的值被認為帶的是"用戶單位"，就是目前使用者座標系的單位值。
帶單位的情況

svg中相關單位與CSS中是相同的：em,ex,px,pt,pc,cm,mm和in。長度也可以使用"%"。
相對度量單位：em和ex也跟CSS一樣，是相對於目前字體的font-size和x-height來說的。
絕對度量單位：一個px是等於一個"用戶單位"的，也就是"5px"與"5"是一樣的。但是一個px是不是對應一個像素，那就看有沒有進行過一些變換了。
其他的幾個單位基本上都是px的倍數：1pt=1.25px,1pc=15px,1mm=3.543307px,1cm=35.43307px,1in=90px。

如果最外層的SVG元素的width和height沒有指定單位(也就是"用戶單位")，則這些值會被認為單位是px。

這篇比較拗口，其實只要記住“圖形元素的坐標和長度指的是，經過視窗坐標系變換和用戶坐標系變換雙重變換後，新用戶坐標系的坐標和長度” 就可以了。

實用參考：
腳本索引：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ff971910(v=vs.85).aspx
開發中心：https://developer.mozilla.org/en/SVG
熱門參考：http://www.chinasvg.com/
官方文件：http://www.w3.org/TR/SVG11/