用 Canvas 畫圖

本文章為 Mozilla Developer Center 的 Drawing Graphics with Canvas 的翻譯。原文的作者與編修歷史可在它的歷史頁上看到。

內容大綱

1 簡介
2 2D Context（平面繪製環境）
3 與 Apple <canvas> 的相容性
- 3.1 要求的 </canvas> 標籤
4 其它的功能
- 4.1 把網頁內容畫到 Canvas 內
5 參見

簡介

Mozilla Firefox 1.5 裡有個新的用來做出可程式化圖片的 HTML 元素。<canvas> 根據 WhatWG canvas 規格，而這又是根據 Apple Safari 裡的 <canvas> 實作。此元素可以在用戶端上直接繪製出圖表、介面、或其它自訂圖片。

<canvas> 會建立固定大小的繪圖空間，並會有一個或多個「繪製環境」（rendering context）。在本文裡我們會專注在 2D 的繪製上（這也是目前唯一有定義的 context）。在未來會有更多的 context 提供其它類別的繪製，例如使用 OpenGL 的 3D 繪製。

2D Context（平面繪製環境）

簡單的範例

一開始我們先來做一個簡單的練習，底下是一個半透明正方形蓋在另一個正方形之上的範例：

範例一

<html>
 <head>
  <script type="application/x-javascript">
function draw() {
 var canvas = document.getElementById("canvas");
 var ctx = canvas.getContext("2d");

 ctx.fillStyle = "rgb(200,0,0)";  // 把「填滿樣式」設為紅 200 綠 0 藍 0
 ctx.fillRect (10, 10, 50, 50);   // 畫一個填充的長方形

 ctx.fillStyle = "rgba(0, 0, 200, 0.5)"; // 把「填滿樣式」設為紅 0 綠 0 藍 200 透度 0.5
 ctx.fillRect (30, 30, 50, 50);          // 畫一個填充的長方形
}
  </script>
 </head>
 <body onload="draw()">
   <canvas id="canvas" width="300" height="300"></canvas>
 </body>
</html>

draw 函數先取得 canvas 元素，再獲得 2d context。ctx 物件可用來實際在畫板上繪製。本範例以用 CSS 顏色設定 fillStyle（填滿樣式）與呼叫 fillRect 的方式來繪出兩個方形。第二個 fillStyle 是用 rgba() 來一併定義顏色與透度（alpha）的值。

fillRect、strokeRect、與 clearRect calls 繪製填充、輪廓線、與透明的長方形。較複雜的形狀用路徑（path）。

使用路徑

beginPath 函數可以開始一個新的路徑，moveTo、lineTo、arcTo、arc、或其他類似的函數可以加入路徑片段。路徑可用 closePath 把頭尾連起來。建立路徑之後你可以用 fill 或 stroke 來把路徑繪製到 canvas 上。

範例二

<html>
 <head>
  <script type="application/x-javascript">
function draw() {
  var canvas = document.getElementById("canvas");
  var ctx = canvas.getContext("2d");

  ctx.fillStyle = "red";

  ctx.beginPath();                        // 開始路徑
  ctx.moveTo(30, 30);                     // （起點）移到 30, 30
  ctx.lineTo(150, 150);                   // 做直線到 150, 150
  ctx.quadraticCurveTo(60, 70, 70, 150);  // 做一元二次方程曲線到 70, 150
  ctx.lineTo(30, 30);                     // 做直線到 30, 30
  ctx.fill();                             // 路徑內填色
}
   </script>
 </head>
 <body onload="draw()">
   <canvas id="canvas" width="300" height="300"></canvas>
 </body>
</html>

呼叫 fill() 或 stroke() 會使得目前的路徑被用掉。要再塗滿或畫線的話，路徑必須要重建一次。

圖片狀態

Context 的如 fillStyle、strokeStyle、lineWidth、與 lineJoin 的屬性屬於目前的圖片狀態（graphics state）的一部份。Context 有 save()（儲存）與 restore()（返回）兩個函數讓目前的狀態可以存入狀態堆疊（stack）與從中移除。（注意路徑不屬於圖片狀態。）

較複雜的範例

現在來一個複雜一點的範例。這範例用到路徑（path）與狀態（state），此範例也介紹了轉換矩陣（current transformation matrix）的概念。Context 的 translate()（移動）、scale()（縮放）與 rotate()（轉動）方式會轉換目前的矩陣。所有繪製的點都會先用這個矩陣。

範例三

 <html>
  <head>
   <script type="application/x-javascript">

 // 畫蝴蝶結
 function drawBowtie(ctx, fillStyle) {
 
   ctx.fillStyle = "rgba(200,200,200,0.3)"; // 把「填滿樣式」設為灰色，0.3 透度
   ctx.fillRect(-30, -30, 60, 60);          // 畫一個填色的方形
 
   ctx.fillStyle = fillStyle;  // 設定填色

   ctx.globalAlpha = 1.0;    // 全域透度
   ctx.beginPath();          // 開始路徑
   ctx.moveTo(25, 25);       // （起點）移到 25, 25
   ctx.lineTo(-25, -25);     // 做直線到 -25, -25
   ctx.lineTo(25, -25);      // 做直線到 25, -25
   ctx.lineTo(-25, 25);      // 做直線到 -25, 25
   ctx.closePath();          // 關閉路徑
   ctx.fill();               // 填色
 }

 // 畫點
 function dot(ctx) {
   ctx.save();                  // 儲存目前狀態
   ctx.fillStyle = "black";     // 填色樣式設為黑色
   ctx.fillRect(-2, -2, 4, 4);  // 畫黑色正方形
   ctx.restore();               // 返回狀態
 }
 
 function draw() {
   var canvas = document.getElementById("canvas");
   var ctx = canvas.getContext("2d");

   // 注意其它的移動都是相對於這一個
   ctx.translate(45, 45);

   ctx.save();
   //ctx.translate(0, 0); // 不需要
   drawBowtie(ctx, "red");         // 畫綠色蝴蝶結
   dot(ctx);
   ctx.restore();
 
   ctx.save();                      // 儲存目前狀態
   ctx.translate(85, 0);            // 移動（向右 85）
   ctx.rotate(45 * Math.PI / 180);  // 轉動 45 度
   drawBowtie(ctx, "green");        // 畫綠色蝴蝶結
   dot(ctx);                        // 畫中心點
   ctx.restore();                   // 返回到先前的狀態 (轉動 0, 移動 45, 45)
 
   ctx.save();                      // 儲存目前狀態
   ctx.translate(0, 85);            // 移動（向下 85）
   ctx.rotate(135 * Math.PI / 180); // 轉動 135 度
   drawBowtie(ctx, "blue");         // 畫藍色蝴蝶結
   dot(ctx);                        // 畫中心點
   ctx.restore();                   // 返回到先前的狀態 (轉動 0, 移動 45, 45)
 
   ctx.save();
   ctx.translate(85, 85);
   ctx.rotate(90 * Math.PI / 180);
   drawBowtie(ctx, "yellow");       // 畫黃色蝴蝶結
   dot(ctx);
   ctx.restore();
 }
    </script>
  </head>
  <body onload="draw()">
    <canvas id="canvas" width="300" height="300"></canvas>
  </body>
 </html>

這裡定義了兩個函數 drawBowtie 與 dot，且各被呼叫四次。每次呼叫前 translate() 與 rotate() 被用來設立 current transformation matrix（目前轉換矩陣）以定位中心點和蝴蝶結。dot 繪製一個中心在 (0, 0) 的黑方形。這個點用轉換矩陣來移位。drawBowtie 用收到的填滿樣式繪製一個蝴蝶結。

因為矩陣運算會累積，每一段 save() 和 restore() 被用來返回到原來的 canvas 狀態。需注意的一點的是轉動永遠是繞著目前的原點，因此 translate() rotate() translate() 的呼叫的結果會與 translate() translate() rotate() 一串的有所不同。

與 Apple <canvas> 的相容性

<canvas> 的實作大致上與 Apple 的相容。不過有些小地方需要注意一下。

要求的 `</canvas>` 標籤

<canvas> 在 Apple Safari 的實作裡與 <img> 相似，不需要結束標籤。但是要讓 <canvas> 在網路上能有更廣泛的用途，必須要有備用環境（fallback content）的機制。因此 Mozilla 的實作有要求結束標籤。

如果不需要備用環境，簡單的 <canvas id="foo" ...></canvas> 會與 Safari 和 Mozilla 完全相容 — Safari 會忽略那個結束標籤。

若是有備用環境，則必須要用到一些 CSS 技巧讓備用環境不會在 Safari 裡出現，但會出現在 Internet Explorer 裡。

其它的功能

把網頁內容畫到 Canvas 內

Mozilla 的 canvas 有用 drawWindow 延伸。這個函數把一個 DOM 視窗內容的快照的畫入 canvas 內。舉例來說

ctx.drawWindow(window, 0, 0, 100, 200, "rgb(0,0,0)");

會把目前視窗的內容中，相對於檢視區左上角的 rectangle (0,0,100,200) 的部份，用黑色背景畫到 canvas 內。顏色設定如用 "rgba(0,0,0,0)" 會使內容有透明背景（但會較慢）。

有了這個方法，我們可以做一個隱藏式的 iframe，放入任何內容，然後畫到 canvas 中。這圖片會照目前的轉換（transformation）來縮放與轉動等。

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