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HTML5(五)-Canvas API

么是 Canvas API?

Canvas API（画布）提供了一个通过 javascript 和 html 的 canvas 元素来在网页上实时绘制图形的方式。可用于动画、游戏、图标、图片编辑等多个方面。

使用前，首先需要新建在网页上新建 canvas 元素。

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

上述代码，如果浏览器不支持 canvas，就会显示标签中间的文字--您的浏览器不支持 canvas！标签通常指定一个 id 属性，width、height 属性一般定义画布的大小。

每个 canvas 元素都有一个对应的 context 对象（上下文对象），Canvas API 定义在 context 对象上，使用 getContext 方法来获取对象。

var canvas = document.getElementById("mycanvas");
var ctx = canvas.getContext("2d")

getContext 方法指定参数2d，表示 canvas 用于生成平面图案，如果是 3d，表示 canvas 用于生成3d立体图像。

绘图方法

canvas 画布提供了一个画图的平面空间范围，每个点都有自己的坐标，原点位于画布的左上角，x表示横坐标，y表示纵坐标。

2.1 绘制路径

  • ctx.beginPath - 开始绘制路径
  • ctx.moveTo( x,y ) - 设置路径起点
  • ctx.lineTo( x,y ) - 绘制一条线到(x,y)点
  • ctx.closePath - 闭合图形
  • ctx.stroke - 对路径进行着色
  • ctx.fill - 对路径进行填充

eg：绘制一条线宽为5像素的红色线条，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas");
var ctx = canvas.getContext("2d")
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0,0)
ctx.lineTo(400,400)
ctx.lineWidth = 5
ctx.strokeStyle = "red"
ctx.stroke()

eg：绘制一个绿色三角形，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas");
var ctx = canvas.getContext("2d")
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0,0)
ctx.lineTo(400,400)
ctx.lineTo(0,400)
ctx.closePath()
ctx.lineWidth = 5
ctx.strokeStyle = "red"
ctx.stroke()
ctx.fillStyle = "green"
ctx.fill()

2.2 绘制矩形

  • ctx.rect(x,y,width,height) - 绘制矩形路径
  • ctx.strokeRect(x,y,width,height) - 绘制矩形
  • ctx.fillRect(x,y,width,height) - 绘制填充矩形
  • ctx.clearRect(x,y,width,height) - 清除矩形区域

上述绘制矩形的方法中均有四个参数，其中x,y表示矩形的左上角顶点，也算起点，width、height 为矩形的宽高。strokeRect 与 strokeStyle 配合使用，fillRect 与 fillStyle 配合使用。

eg：绘制一个带有红色边框的矩形，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas")
var ctx = canvas.getContext('2d')
ctx.strokeStyle="red";
ctx.strokeRect(100,100,200,100)

上述 stroke 替换成fill便可绘制一个红色矩形。

2.3 绘制圆形 / 弧

  • ctx.arc(x,y,radius,start,end,anticlockwise) - 绘制圆形或扇形

上述的参数中，x,y 表示圆心的坐标，radius 是半径，start 开始弧度，end 结束弧度，anticlockwise 表示是否是逆时针。

eg：绘制一个带有红色描边的黑色圆，代码如下：

<canvas id="circle" width="400" height="400"></canvas>
<script>
 var canvas = document.getElementById("circle")
 var ctx = canvas.getContext('2d')
 ctx.arc(200,200,100,0,Math.PI*2,false);
 ctx.lineWidth=10
 ctx.strokeStyle = "red"
 ctx.stroke()
 ctx.fillStyle="#000"
 ctx.fill()
</script>

2.4 绘制文本

  • strokeText(string,x,y) - 绘制空心文字
  • fillText(string,x,y) - 绘制实心文字

上述两个方法均带有三个参数，第一个 string 是需要绘制的内容，x,y 是文字的位置，需要注意的是 y 坐标是以文字的基线处开始算距离的，并非是文字顶部。文字的其他样式可通过 font 属性设置，与 css 的 font 类似。

eg：绘制实心的文字，并设置文字加粗、大小20像素是微软雅黑字体。代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas")
var ctx = canvas.getContext('2d')
ctx.fillStyle="red";
ctx.font = "bold 40px 微软雅黑"
ctx.fillText("我爱前端",100,100)

注意：绘制文本的时候无法换行，如果需要换行的时候就需要多次绘制文字，达成换行目的。

2.5 设置渐变色

  • createLinearGradient(x1,y1,x2,y2) - 设置渐变色

其中 x1,y1 表示起点，x2,y2 表示终点，通过不同坐标可控制渐变方向。

eg：给文字设置渐变色，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas")
var ctx = canvas.getContext('2d')
var grd = ctx.createLinearGradient(0,0,400,400)
grd.addColorStop(0,"#4dffff")
grd.addColorStop(1,"#8e12aa")
ctx.fillStyle=grd;
ctx.font = "bold 40px 微软雅黑"
ctx.fillText("我爱前端",100,100)

2.6 设置阴影

  • shadowOffsetX - 设置水平位移
  • shadowOffsetY - 设置垂直位移
  • shadowBlur - 设置模糊度
  • shadowColor - 阴影颜色

eg：制作一个带有阴影的矩形，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas")
var ctx = canvas.getContext("2d")
ctx.shadowOffsetX = 5;
ctx.shadowOffsetY = 5
ctx.shadowBlur = 10;
ctx.shadowColor = "rgba(0,0,0,0.5)"
ctx.fillStyle="red"
ctx.fillRect(0,0,200,100);

图片处理

3.1 drawImage

drawImage(img,x,y) - 对图片进行重绘

drawImage方法接受三个参数，第一个是图片文件的 DOM 元素，x,y 表示绘制图片的起始位置，也是图片的左上角。由于图片加载需要时间，drawImage 方法只能在图片加载完成后才能调用。

eg：把一张图片重绘到 canvas 上，代码如下：

var canvas = document.getElementById("mycanvas")
var ctx = canvas.getContext("2d")
var img = new Image()
img.src="https://zhengxin-pub.cdn.bcebos.com/financepic/cc840df83f7b47551e080410cc6c484c_fullsize.jpg"
img.onload = function(){
 ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height)
 ctx.drawImage(img,0,0) 
}

3.2 getImageData、putImageData

getImageData(0,0,canvas.width,canvas.height)

getImageData 用来读取 canvas 的内容，返回一个对象，包含了每个像素的信息。

var info = ctx.getImageData( 0 , 0 , canvas.width , canvas.height )

putImageData( info , 0 , 0 )

putImageData 是将 getImageData 获取到的信息，重新绘制到 canvas。

3.3 toDataURL

对图像数据做出修改后，使用 toDataURL 方法，将 canvas 数据重新转化成一般的图像文件格式，然后可以进行另存本地或转发功能。

eg：将 canvas 绘制的矩形转成一张图片，显示到网页上，代码如下：

<canvas id="mycanvas" width="400" height="400"></canvas>
<img src="" alt="" id="picture">
<script>
 var canvas = document.getElementById("mycanvas")
 var ctx = canvas.getContext('2d')
 ctx.strokeStyle="red";
 ctx.strokeRect(100,100,200,100)        
 var img = document.getElementById("picture")
 img.src= canvas.toDataURL("image/png")
</script>

3.4 save、restore

  • save - 保存上下文环境
  • restore - 恢复到上一次保存的上下文环境

eg：下面代码先用 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。

布 (canvas) 是 JavaScript 库，用于在网页中创建交互式图形和动画。它提供一个绘图上下文，用于绘制各种图形元素。


画布 API

画布 API 提供以下方法：

  • getContext()：获取绘图上下文。
  • fillRect()：绘制一个矩形。
  • strokeRect()：绘制一个矩形的边框。
  • fillStyle：填充颜色。
  • strokeStyle：边框颜色。

示例

const canvas = document.getElementById("canvas");
const ctx = canvas.getContext("2d");

ctx.fillRect(10 viciss, 10 viciss, 10 viciss, 10 viciss);

图形操作

  • 线条：使用 beginPath()、moveTo() 和 lineTo() 方法绘制线条。
  • 图形：使用 beginPath()、arc() 和 closePath() 方法绘制图形。
  • 文本：使用 fillText() 方法绘制文本。

动画

  • 使用 requestAnimationFrame() 方法在动画帧中更新图形。
  • 使用 transform 属性来改变图形的坐标系。

结论

画布 API 提供了在 JavaScript 中创建交互式图形的强大工具。它适合各种目的，从简单图形到复杂的动画。了解画布 API 可以帮助您在网页上创建令人惊叹的视觉效果。

么是Canvas

<canvas> 是HTML中的一个元素，它可被用来通过 JavaScript（Canvas API 或 WebGL API）绘制图形及图形动画。

Canvas API 提供了一个通过 JavaScript 和 HTML 的 <canvas> 元素来绘制图形的方式。它可以用于动画、游戏画面、数据可视化、图片编辑以及实时视频处理等方面。

<canvas>标签本身没有绘图能力，它仅仅是图形的容器。在HTML，一般通过Javascript语言来完成实际的操作。

创建HTML页面并添加绘图容器

本文通过Javascript操作Canvas制作一个简单的显示当前时间的动画时钟，了解和学习简单的canvas用法，仅以抛砖引玉。

首先创建一个HTML文件，为了方便管理，使用一个div标签包裹两个canvas标签，并加上一些简单的css样式。

<!doctype html>
<html lang="zh-cn">
<head><title>Canvas绘制动画时钟</title>
<style>
html,body{margin:0;padding:0}
#clockWrap {
	position: relative;
}
canvas {
	position: absolute;
}
#clock-ui {
	z-index: 2;
}
#clock-plate {
	z-index: 1;
}
</style>
</head>
<body>
  <div id="clockWrap">
  <canvas id="clock-plate"></canvas>
  <canvas id="clock-ui"></canvas>
</div>
<script></script>
</body></html>

本示例中使用了两个canvas标签（为什么使用两个，一个不是更简单吗？），一个用于绘制钟面，一个根据当前时间实时显示和更新时针、分针和秒针的动态指向。好了，话不多说，开干。

绘制钟面刻度

一个简单的时钟，可以分为钟面上的刻度和指针。其中刻度和12个数字是固定的，我们可以将它们绘制在当作背景的canvas上（示例中id为clock-plate的canvas）。

（1）要使用canvas，首先必须通过容器获取渲染上下文：

var $=function(id){return document.querySelector(id);}//这个函数只是为了方便获取dom元素
const canvasbg=$("#clock-plate"),
      canvas=$("#clock-ui"),
      ctx = canvasbg.getContext("2d"),//背景容器上下文
      ctxUI = canvas.getContext("2d");//指针容器上下文，后面代码要用
//定义画布宽度和高度，时钟圆直径，并设置画布大小
const oW=1000,oH=800,cW=400,r=cW/2,oX=oW/2,oY=oH/2;
canvas.width=oW;
canvas.height=oH;
canvasbg.width=oW;
canvasbg.height=oH;

（2）画钟的边框，为了好看，这里画两个圈：

 //画出时钟外圆框
  ctx.lineWidth = 12;
	ctx.beginPath();
	ctx.arc(oX, oY, r+14, 0, 2 * Math.PI);
	ctx.stroke();
	ctx.closePath();
	ctx.lineWidth = 8;
	//画出时钟内圆框（刻度圈）
	ctx.beginPath();
	ctx.arc(oX, oY, r, 0, 2 * Math.PI);
	ctx.stroke();
	ctx.closePath();
	ctx.beginPath();

边框效果图

（3）绘制刻度线和数字，可以利用三角函数计算出每个刻度的坐标：

利用三角函数计算刻度线的坐标位置

钟面上有12个大格，从正上方12开始，它们的度数分别是270，300，330，0，30，60，90，120，150，180，210，240。然后利用JS的Math.sin和Math.cos分别计算出各大格的坐标。注意：js中Math.sin()和Math.cos()的参数不是角度数是弧度。可以使用Math.PI/180*角度来转化，比如将30度转换成弧度=Math.PI/180*30

//绘制钟表中心点
	ctx.beginPath();
	ctx.arc(oX, oY, 8, 0, 2 * Math.PI);//圆心
	ctx.fill();
	ctx.closePath();
	//设置刻度线粗细度
	ctx.lineWidth = 3;
	//设置钟面12个数字的字体、大小和对齐方式
	ctx.font = "30px serif";
	ctx.textAlign="center";
	ctx.textBaseline="middle";
	var kdx,kdy;
	//绘制12个大刻度和12个数字
	//为方便计算，先定义了0-11这12个刻度对应的度数，也可以直接定义对应的弧度。
	const hd=Math.PI/180，degr=[270,300,330,0,30,60,90,120,150,180,210,240];
	for(var i=0;i<12;i++){
		kdx=oX+Math.cos(hd*degr[i])*(r-3);
		kdy=oY+Math.sin(hd*degr[i])*(r-3);
		ctx.beginPath();
		ctx.arc(kdx, kdy, 6, 0, 2 * Math.PI);//画圆形大刻度
		ctx.fill();
    //绘制刻度对应的数字
		ctx.strokeText(i==0? 12 : i,oX+Math.cos(hd*degr[i])*(r-24),oY+Math.sin(hd*degr[i])*(r-24));
		ctx.closePath();
	}
	
	//绘制小刻度
	ctx.lineWidth = 2;
	for(var i=0;i<60;i++){
		if(i % 5 == 0) continue;//跳过与刻度重叠的刻度
		x0=Math.cos(hd*i*6);
		y0=Math.sin(hd*i*6);
		ctx.beginPath();
		ctx.moveTo(oX+x0*(r-10), oY+y0*(r-10)); 
		ctx.lineTo(oX+x0*r, oY+y0*r); //画短刻度线
		ctx.stroke(); 
		ctx.closePath();
	}

效果如图：

钟面效果图

（4）根据当前时间绘制指针

习惯上，时针粗短，分针略粗而长，秒针细长。为加大区别，示例中秒针细长并且绘制成红色。

function drawHp(i){//绘制时针
	const x0=Math.cos(hd*i*30),y0=Math.sin(hd*i*30);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-90),oY+y0*(r-90),10,"#000000");
}
function drawMp(i){//绘制分针
	const x0=Math.cos(hd*i*6),y0=Math.sin(hd*i*6);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-60),oY+y0*(r-60),5,"#000000");
}
function drawSp(i){//绘制秒针
	const x0=Math.cos(hd*i*6),y0=Math.sin(hd*i*6);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-20),oY+y0*(r-20),2,"#FF0000");
}
//抽取出绘制三种指针时共同的部分，注意指针绘制在渲染上下文ctxUI中
function drawPointer(ox,oy,tx,ty,width,color){
	ctxUI.strokeStyle = color;
	ctxUI.lineCap = "round";
	ctxUI.lineWidth = width;
	ctxUI.beginPath();
	ctxUI.moveTo(ox, oy);
	ctxUI.lineTo(tx,ty);
	ctxUI.stroke();
	ctxUI.closePath();
}

现在已经有了绘制三种指针的方法，参数是当前时间的时、分和秒，将根据它们的值确定指针的坐标。不过，因为使用的是默认的convas坐标体系，0值实际指向3的位置，需要小小的修正一下。

window.requestAnimationFrame(function fn(){
		var d = new Date();
		ctxUI.clearRect(0,0,oW,oH);
		//度数从0开始，而0在3刻度（15分/秒位置），修正为全值减15，如果小于0则修正回来
    var hour=d.getHours(),minute=d.getMinutes()-15,second=d.getSeconds()-15;
		hour=hour>11? hour-15 : hour-3;
		drawHp(hour>=0? hour : 12+hour);
		drawMp(minute>=0? minute : 60+minute);
		drawSp(second>=0? second : 60+second);
		window.requestAnimationFrame(fn);
});

接下来，调用window.requestAnimationFrame，在其中绘制并更新指标的位置。看看效果如何：

指针绘制情况与实际时间相符

貌似效果有了，截图时电脑上的时间是10时17分，指针绘制上，时针指向10时，分针指向17。嗯，感觉有点别扭？对了，时针和分针怎么是端端正正地指向它们的整时整分刻度上呢？实际钟表上时针和分针是展示动态进度的，此时时针应该越过10时的位置才对。没关系，我们在绘制时针和分针时别点东西，让它的角度值加上分针和秒针的值试试。

//修改后的绘制三种指针的方法
function drawHp(i,f,m){//绘制时针，参数：时，分，秒
	const x0=Math.cos(hd*(i+(f/60)+(m/600))*30),y0=Math.sin(hd*(i+(f/60)+(m/600))*30);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-90),oY+y0*(r-90),10,"#000000");
}
function drawMp(i,f){//绘制分针，参数，分，秒
	const x0=Math.cos(hd*(i+(f/60))*6),y0=Math.sin(hd*(i+(f/60))*6);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-60),oY+y0*(r-60),5,"#000000");
}
function drawSp(i){//绘制秒针
	const x0=Math.cos(hd*i*6),y0=Math.sin(hd*i*6);
	drawPointer(oX,oY,oX+x0*(r-20),oY+y0*(r-20),2,"#FF0000");
}

再来看看效果，嗯，立竿见影呀：

指针指向更合理了

到此为止，canvas绘制一个简易时钟就完成了。下面继续优化一下。刚才使用requestAnimationFrame方法即时更新绘制情况。这个方法与刷新率有关，看看mdn上面怎么说的：

window.requestAnimationFrame() 方法会告诉浏览器你希望执行一个动画。它要求浏览器在下一次重绘之前，调用用户提供的回调函数。

对回调函数的调用频率通常与显示器的刷新率相匹配。虽然 75hz、120hz 和 144hz 也被广泛使用，但是最常见的刷新率还是 60hz（每秒 60 个周期/帧）。为了提高性能和电池寿命，大多数浏览器都会暂停在后台选项卡或者隐藏的 <iframe> 中运行的 requestAnimationFrame()。

本示例中，更新指针的位置并不需要很高的刷新频率，可以通过节流进行一下优化：

var fps = 5, fpsInterval = 1000 / fps,lastTime = new Date().getTime(); //记录上次执行的时间
function runStep() {
    requestAnimationFrame(runStep);
    var d=new Date(),now = d.getTime()
    var elapsed = now - lastTime;
    if (elapsed > fpsInterval) {
				ctxUI.clearRect(0,0,oW,oH);
        lastTime = now - (elapsed % fpsInterval); 
			//度数从0开始，而0在3刻度（15分/秒位置），修正为全值-15，如果小于0则用60减回
        var hour=d.getHours(),minute=d.getMinutes()-15,second=d.getSeconds()-15;//console.log(d.getSeconds(),second);
        hour=hour>11? hour-15 : hour-3;
        drawHp(hour>=0? hour : 12+hour,minute+15,second+15);
        drawMp(minute>=0? minute : 60+minute,second+15);
        drawSp(second>=0? second : 60+second);
    }
}
runStep();

当然，实现时钟的方法是很多，比如可以使用画布的旋转（rotate方法）来实现指针的动态转动等等。

完整HTML+JS源码：


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