软件项目技术点(2)——Canvas之获取Canvas当前坐标系矩阵

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前言

在我的另一篇博文 Canvas坐标系转换 中，我们知道了所有的平移缩放旋转操作都会影响到画布坐标系。那在我们对画布进行了一系列操作之后，怎么再知道当前矩阵数据状态呢。

具体代码

首先请看下面的一段代码（下文具体解释代码作用）：  

window.TrackTransform = function () {
    var svg = document.createElementNS("http://www.w3.org/2000/svg", 'svg');
    var xform = svg.createSVGMatrix();
    var savedTransforms = [];
    this.trackTransform=function(ctx) {
        
        ctx.getTransform = function () { return xform; };
        
        var save = ctx.save;
        ctx.save = function () {
            savedTransforms.push(xform.translate(0, 0));
            return save.call(ctx);
        };
        var restore = ctx.restore;
        ctx.restore = function () {
            xform = savedTransforms.pop();
            return restore.call(ctx);
        };
        
        var scale = ctx.scale;
        ctx.scale = function (sx, sy) {
            xform = xform.scaleNonUniform(sx, sy);
            return scale.call(ctx, sx, sy);
        };
        var rotate = ctx.rotate;
        ctx.rotate = function (deg) {
            
            var radians = deg * Math.PI / 180;
            xform = xform.rotate(deg);
            return rotate.call(ctx, radians);
        };
        var translate = ctx.translate;
        ctx.translate = function (dx, dy) {
            xform = xform.translate(dx, dy);
            return translate.call(ctx, dx, dy);
        };
        var transform = ctx.transform;
        ctx.transform = function (a, b, c, d, e, f) {
            var m2 = svg.createSVGMatrix();
            m2.a = a; m2.b = b; m2.c = c; m2.d = d; m2.e = e; m2.f = f;
            xform = xform.multiply(m2);
            return transform.call(ctx, a, b, c, d, e, f);
        };
        var setTransform = ctx.setTransform;
        ctx.setTransform = function (a, b, c, d, e, f) {
            xform.a = a;
            xform.b = b;
            xform.c = c;
            xform.d = d;
            xform.e = e;
            xform.f = f;
            return setTransform.call(ctx, a, b, c, d, e, f);
        };
        var pt = svg.createSVGPoint();
        //通过原坐标系点x，y求对应当前坐标系的坐标值
        ctx.transformedPoint = function (x, y) {
            pt.x = x; pt.y = y;
            return pt.matrixTransform(xform.inverse());
        }
        var pt2 = svg.createSVGPoint();
        //当前坐标系中的的xy还原到原坐标系坐标值
        ctx.transformedPoint2 = function (x, y) {
            pt2.x = x; pt2.y = y;
            return pt2.matrixTransform(xform);
        }
        var clearRect = ctx.clearRect;
        ctx.clearRect = function (x, y, w, h) {
            ctx.save();
            ctx.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0);
            clearRect.call(ctx, x, y, w, h);
            ctx.restore();
        }
    }
}

代码中主要定义了一个类TrackTransform，重写了CanvasRenderingContext2D对象的save，restore，scale，rotate，translate，transform，setTransform，clearRect方法。

TrackTransform类使用

如何使用window.TrackTransform类呢？通过以下两句代码，变量contex的转换方法即进行了重写。

//初始化矩阵转换; context为 getContext("2d")所得的CanvasRenderingContext2D对象。
var track = new TrackTransform();
track.trackTransform(context);

方法详解

具体解释上面各行代码的作用

1 创建矩阵对象xform

 2     var svg = document.createElementNS("http://www.w3.org/2000/svg", 'svg');
 3     var xform = svg.createSVGMatrix();

第2行代码通过createElementNS创建与获取到SVG对象。

第3行代码通过createSVGMatrix()方法创建并返回一个新的2x3的矩阵SVGMatrix矩阵对象赋值到xform。

我们在浏览器中打开开发者工具，到控制台可以输出矩阵看看初始值。

a b c d e f 这6个值就对应了我们在介绍transform方法的那6个参数。这个2x3的矩阵为了方便矩阵运算我们把它扩展为一个3x3的矩阵。

svgMatrix介绍

这里再简单解释下svgMatrix：

svgMatrix的方法和属性如下图（具体可参阅：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/SVGMatrix）

2 save方法

             savedTransforms.push(xform.translate(0, 0));
             return save.call(ctx);

先将xform存储在一个数组savedTransforms中，然后调用原API方法。

3 restore方法

            xform = savedTransforms.pop();
            return restore.call(ctx);

从savedTransforms数组中去除最后一个对象，并将其赋值到变量xform，然后调用原API方法。

4 scale方法

            xform = xform.scaleNonUniform(sx, sy);
            return scale.call(ctx, sx, sy);

 维护xform，将其缩放，然后调用原API方法。

5 rotate方法

　　　　　　  var radians = deg * Math.PI / 180;
            xform = xform.rotate(deg);
            return rotate.call(ctx, radians);

 将角度转为弧度，维护xform将其进行旋转变换，然后调用原API方法。

6 translate方法

            xform = xform.translate(dx, dy);
            return translate.call(ctx, dx, dy);

 维护xform将其进行平移变换，然后调用原API方法。

7 transform方法

            var m2 = svg.createSVGMatrix();
            m2.a = a; m2.b = b; m2.c = c; m2.d = d; m2.e = e; m2.f = f;
            xform = xform.multiply(m2);
            return transform.call(ctx, a, b, c, d, e, f);

首先声明一个新的矩阵m2，m2赋值为要进行变换的6个参数值，然后xform和m2执行矩阵乘法运算，运算结果赋值到xform将其维护。然后调用原API方法。

8 setTransform方法

            xform.a = a;
            xform.b = b;
            xform.c = c;
            xform.d = d;
            xform.e = e;
            xform.f = f;
            return setTransform.call(ctx, a, b, c, d, e, f);

维护xform的值，然后调用原API方法。

9 clearRect方法

            ctx.save();
            ctx.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0);
            clearRect.call(ctx, x, y, w, h);
            ctx.restore();

首先保存context的当前状态，将画布重置到原始状态（可以理解为坐标系重置到默认坐标系），然后调用原API方法清除画布指定范围内容。清除后调用restore恢复Canvas之前保存的状态。

10 getTeansform方法

ctx.getTransform = function () { return xform; };

接下来介绍的三个方法都是原API没有的。getTeansform直接返回xform，可以看到代表画布矩阵的6个值abcdef。

11 transformedPoint方法

54         var pt = svg.createSVGPoint();
55         //通过原坐标系点x，y求对应当前坐标系的坐标值
56         ctx.transformedPoint = function (x, y) {
57             pt.x = x; pt.y = y;
58             return pt.matrixTransform(xform.inverse());
59         }

通过原坐标系点x，y求对应当前坐标系的坐标值。

createSVGPoint创建的点为（0,0），xform.inverse()是求xform的逆矩阵。MatrixTransform则是通过一种矩阵算法来进行运算得到相应的变形的效果的。矩阵的一些基本算法就不多总结了，以前上课就学过了，网上也有不少讲解。

12 transformedPoint2方法

60         var pt2 = svg.createSVGPoint();
61         //当前坐标系中的的xy还原到原坐标系坐标值
62         ctx.transformedPoint2 = function (x, y) {
63             pt2.x = x; pt2.y = y;
64             return pt2.matrixTransform(xform);
65         }

当前坐标系中的的x，y还原到原坐标系坐标值。