HTML5 Canvas API详解

HTML5 是一个新兴标准，它正在以越来越快的速度替代久经考验的 HTML4。HTML5 是一个 W3C “工作草案” — 意味着它仍然处于开发阶段 — 它包含丰富的元素和属性，它们都支持现行的 HTML 4.01 版本规范。它还引入了几个新元素和属性，它们适用许多使用 web 页面的领域 — 音频、视频、图形、数据存储、内容呈现，等等。本文主要关注图形方面的增强：canvas。
新的 HTML5 canvas 是一个原生 HTML 绘图簿，用于 JavaScript 代码，不使用第三方工具。跨所有 web 浏览器的完整 HTML5 支持还没有完成，但在新兴的支持中，canvas 已经可以在几乎所有现代浏览器上良好运行了，但 Windows® Internet Explorer® 除外。幸运的是，一个解决方案已经出现，将 Internet Explorer 也包含进来。
本质上，canvas 元素是一个白板，直到您在它上面 “绘制” 一些可视内容。与拥有各种画笔的艺术家不同，您使用不同的方法在 canvas 上作画。您甚至可以在 canvas 上创建并操作动画，这不是使用画笔和油彩所能够实现的。

Canvas API（画布）用于在网页实时生成图像，并且可以操作图像内容，基本上它是一个可以用JavaScript操作的位图（bitmap）。
使用前，首先需要新建一个canvas网页元素。

    您的浏览器不支持canvas！

每个canvas元素都有一个对应的context对象（上下文对象），Canvas API定义在这个context对象上面，所以需要获取这个对象，方法是使用getContext方法。

var canvas = document.getElementById('myCanvas');
if (canvas.getContext) {
    var ctx = canvas.getContext('2d');
}
// getContext方法指定参数2d，表示该canvas对象用于生成2D图案（即平面图案）。如果参数是3d，就表示用于生成3D图像（即立体图案），这部分实际上单独叫做WebGL API（看博主其他文章）。 

canvas画布提供了一个用来作图的平面空间，该空间的每个点都有自己的坐标，x表示横坐标，y表示竖坐标。原点(0, 0)位于图像左上角，x轴的正向是原点向右，y轴的正向是原点向下。
绘制路径
beginPath方法表示开始绘制路径，moveTo(x, y)方法设置线段的起点，lineTo(x, y)方法设置线段的终点，stroke方法用来给透明的线段着色。

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。最后，还可以使用closePath方法，自动绘制一条当前点到起点的直线，形成一个封闭图形，省却使用一次lineto方法。

绘制矩形
fillRect(x, y, width, height)方法用来绘制矩形，它的四个参数分别为矩形左上角顶点的x坐标、y坐标，以及矩形的宽和高。fillStyle属性用来设置矩形的填充色。

ctx.fillStyle = 'yellow';
ctx.fillRect(50, 50, 200, 100);
//strokeRect方法与fillRect类似，用来绘制空心矩形。
ctx.strokeRect(10,10,200,100);
//clearRect方法用来清除某个矩形区域的内容。
ctx.clearRect(100,50,50,50);

绘制文本
fillText(string, x, y) 用来绘制文本，它的三个参数分别为文本内容、起点的x坐标、y坐标。使用之前，需用font设置字体、大小、样式（写法类似与CSS的font属性）。与此类似的还有strokeText方法，用来添加空心字。

// 设置字体
ctx.font = Bold 20px Arial; 
// 设置对齐方式
ctx.textAlign = left;
// 设置填充颜色
ctx.fillStyle = #008600; 
// 设置字体内容，以及在画布上的位置
ctx.fillText(Hello!, 10, 50); 
// 绘制空心字
ctx.strokeText(Hello!, 10, 100);
//fillText方法不支持文本断行，即所有文本出现在一行内。所以，如果要生成多行文本，只有调用多次fillText方法。

绘制圆形和扇形
arc方法用来绘制扇形

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);
//arc方法的x和y参数是圆心坐标，radius是半径，startAngle和endAngle则是扇形的起始角度和终止角度（以弧度表示）//，anticlockwise表示做图时应该逆时针画（true）还是顺时针画（false）
//绘制实心的圆形
ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.fillStyle = #000000; 
ctx.fill();
//绘制空心圆形
ctx.beginPath(); 
ctx.arc(60, 60, 50, 0, Math.PI*2, true); 
ctx.lineWidth = 1.0; 
ctx.strokeStyle = #000; 
ctx.stroke();

设置渐变色
createLinearGradient方法用来设置渐变色。

var myGradient = ctx.createLinearGradient(0, 0, 0, 160); 
myGradient.addColorStop(0, #BABABA); 
myGradient.addColorStop(1, #636363);
//createLinearGradient方法的参数是(x1, y1, x2, y2)，其中x1和y1是起点坐标，x2和y2是终点坐标。通过不同的坐标值，可以生成从上至下、从左到右的渐变等等
ctx.fillStyle = myGradient;
ctx.fillRect(10,10,200,100);

设置阴影
一系列与阴影相关的方法，可以用来设置阴影。

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);

 

//canvas允许将图像文件插入画布，做法是读取图片后，使用drawImage方法在画布内进行重绘。
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
//由于图像的载入需要时间，drawImage方法只能在图像完全载入后才能调用，因此上面的代码需要改写。
var image = new Image(); 
image.onload = function() { 
    if (image.width != canvas.width)
        canvas.width = image.width;
    if (image.height != canvas.height)
        canvas.height = image.height;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    ctx.drawImage(image, 0, 0);
} 
image.src = image.png;
//drawImage()方法接受三个参数，第一个参数是图像文件的DOM元素（即img标签），第二个和第三个参数是图像左上角在//Canvas元素中的坐标，上例中的（0, 0）就表示将图像左上角放置在Canvas元素的左上角。

//getImageData方法可以用来读取Canvas的内容，返回一个对象，包含了每个像素的信息。
var imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
//imageData对象有一个data属性，它的值是一个一维数组。该数组的值，依次是每个像素的红、绿、蓝、alpha通道值，因//此该数组的长度等于 图像的像素宽度 x 图像的像素高度 x 4，每个值的范围是0–255。这个数组不仅可读，而且可写，//因此通过操作这个数组的值，就可以达到操作图像的目的。修改这个数组以后，使用putImageData方法将数组内容重新绘//制在Canvas上。
context.putImageData(imageData, 0, 0);

//对图像数据做出修改以后，可以使用toDataURL方法，将Canvas数据重新转化成一般的图像文件形式。
function convertCanvasToImage(canvas) {
  var image = new Image();
  image.src = canvas.toDataURL(image/png);
  return image;
}

//save方法用于保存上下文环境，restore方法用于恢复到上一次保存的上下文环境。
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);
//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

//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);
//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;
    // ...
});
//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;
    // ...
});
//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%。

//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（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（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（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;
};