「用 Canvas 畫圖」修訂間的差異
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於 2012年2月16日 (四) 15:57 的最新修訂
內容大綱
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：
<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。
<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。
<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。
參見
- Canvas tutorial
- A Basic RayCaster
- Apple Canvas Documentation
- Rendering Web Page Thumbnails
- The Lightweight Visual Thesaurus
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