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  • canvas 绘制双线技巧

    楔子

    最近一个项目,需要绘制双线的效果,双线效果表示的是轨道(类似铁轨之类的),如下图所示:

    负责这块功能开发的小伙,姑且称之为L吧,最开始是通过数学计算的方式来实现这种双线,也就是在原来的路径的基础上,计算出两条路径。但是这个过程的计算算挺复杂,而是最终实现的效果很耗性能,性能损耗估计主要在于路径的计算上。

    优化技巧

    后来他找到我来看这个问题,我在分析了项目背景的情况下,给予了一个简单的绘制技巧,就是先用较粗的线条绘制路径,然后再用较细的线条绘制路径,较细线条的颜色正好是背景颜色。
    之所以能够使用这个技巧,是因为该项目的绘制背景是纯色的,而不是渐变色或者图片。
    示例代码如下:

                   ctx.beginPath();
                   ctx.fillStyle = 'blue';
                   ctx.rect(10,10,1000,1000);
                   ctx.fill();
    
                  ctx.save();
                  ctx.strokeStyle = 'red';
                  ctx.lineWidth = 10;
                  ctx.lineCap = "round";
                  ctx.beginPath();
                  ctx.moveTo(200,100);  //起始点
                  ctx.lineTo(400,100);
                  ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);   
                  ctx.lineTo(500,400);
                  ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);   
                  ctx.lineTo(200,500);
                  ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);   
                  ctx.lineTo(100,200);
                  ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);   
                  ctx.stroke();
    
                  ctx.strokeStyle= 'blue'
                  ctx.lineWidth = 4;
                  ctx.stroke();
                  ctx.restore();
                  
    

    代码的思路是,首先使用纯色blue绘制了一个背景,然后使用线条颜色red绘制一条线,然后使用较小的线宽,并把线条颜色改成背景颜色blue,绘制另外一个条线段。最终的绘制效果如下:

    double_line
    double_line

    到此,项目的这个技术难点问题,算是被解决了。这种解决方法,不仅算法简单,不用构思数学方法来构造双线,而且轻量,不会有性能负担。

    背景不是纯色的情况

    前面说到:之所以能够使用这个技巧,是因为该项目的绘制背景是纯色的,而不是渐变色或者图片。
    那如果背景是图片或者渐变颜色的情况下,用这种技巧,肯定就是失效的了。

    之所以会思考这个问题,是得益于公司的技术分享会。我会要求员工定期组织分享会,分享一些经验。在此打个小广告,可以看出我们公司的技术氛围是很好的,所以有兴趣的小伙伴可以抓紧时间投简历。怎么投简历呢,关注微信号ITman彪叔。
    过程中,当时小伙伴L也分享了前面提到这种思路。在分享的过程中,我提出了进一步的问题,如果背景不是纯色,而是渐变色或者图片怎么办?并且灵感乍现,想到了一个解决方法,就是使用ctx.globalCompositeOperation。

    有关globalCompositeOperation的说明,可以参考如下链接的说明:
    https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/CanvasRenderingContext2D/globalCompositeOperation
    http://www.w3school.com.cn/tags/canvas_globalcompositeoperation.asp

    globalCompositeOperation的定义和用法

    globalCompositeOperation 属性设置或返回如何将一个源(新的)图像绘制到目标(已有)的图像上。其中:

    • 源图像 = 您打算放置到画布上的绘图。
    • 目标图像 = 您已经放置在画布上的绘图
      下图显示了globalCompositeOperation的不同的值的解释:


      globalCompositeOperation的不同的值的解释
      globalCompositeOperation的不同的值的解释

    要实现双线的绘制,就要求用同样的路径,不同的线宽绘制两条线路
    (我们称之为目标线路和源线路)。并要达到一条线路抠出另外一条线路的效果。
    结合上图,我们可以看出destination-out,source-out,xor可以达到效果。下面以destination-out举例说明。

    destination-out绘制原理说明

    比如首先通过 css 设置背景图,并去掉绘制背景颜色,代码如下:

     <body onload="init()" style="background: url(../test/images/diffuse.png);">
    

    然后绘制代码如下:

      ctx.save();
                  ctx.strokeStyle = 'red';
                  ctx.lineWidth = 10;
                  ctx.lineCap = "round";
                  ctx.beginPath();
                  ctx.moveTo(200,100);  //起始点
                  ctx.lineTo(400,100);
                  ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);   
                  ctx.lineTo(500,400);
                  ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);   
                  ctx.lineTo(200,500);
                  ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);   
                  ctx.lineTo(100,200);
                  ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);   
                  ctx.stroke();
    
                  
                  ctx.globalCompositeOperation = 'destination-out';
                  ctx.lineWidth = 4;
                  ctx.stroke();
                  ctx.restore();
    

    首先设置路径,然后设置线宽为10,调用stroke方法绘制一条线宽为10的路线A。
    之后设置globalCompositeOperation为 'destination-out',调整线宽为4,调用stroke方法绘制一条线宽为4的路线B。
    看下destination-out的解释:

    在源图像外显示目标图像。只有源图像外的目标图像部分会被显示,源图像是透明的。

    绘制了线路A的canvas图像是目标图像,线路B是源图像。根据上面解释,只有源图像之外的目标图像能够被显示。最终绘制的效果如下:

    destination-out.png
    destination-out.png

    xor 和 source-out

    把上面的代码的globalCompositeOperation修改成xor,发现效果也是可以的,xor的解释如下:

    使用异或操作对源图像与目标图像进行组合。 英文解释如下:
    Shapes are made transparent where both overlap and drawn normal everywhere else.

    意思源和目标的像素重叠(overlap)的部分会被变成透明像素,其他部分正常绘制。 所以上面示例中,线条A和线条B重叠的部分会被变成透明。绘制的效果也是线条A的被挖空。

    对于source-out,其效果正好和destination-out的效果相反:

    在目标图像之外显示源图像。只会显示目标图像之外源图像部分,目标图像是透明的。

    应此只需要取反操作即可,先用宽度4绘制线条A,然后用宽度10绘制线条B,其结果也是一样的。

    背景不是纯色的情况2

    前面的背景是通过css的方式设置上去的,如果是通过canvas的drawImage直接绘制上去,效果就不一样了。还是以destination-out为例说明,首先绘制了image,然后绘制线路A,此时的目标图像不在是线路A组成的图形,而是image和线路A组合成的图形,此时用destination-out的方式绘制线路B,不仅会挖空线路A,背景也会被挖空,如下图所示:

    背景不是纯色的情况2
    背景不是纯色的情况2

    应此要想达到真正的双线效果,要么背景只能是用css设置,要么用两个canvas叠加,一个绘制背景图片,一个绘制路径。
    当然还有一种方式,就是绘制双线总是在一个临时的canvas上面进行,然后把这个临时的canvas绘制结果再次绘制到工作canvas上面,相关实践留给读者自己进行。

    后记

    在网络上面搜索canvas double line,搜索到stackoverflow上的一条结果如下:
    https://stackoverflow.com/questions/13441610/double-line-stroke-in-html5-canvas
    其中的答案也是采用了globalCompositeOperation设置为destination-out的方式。

    欢迎关注公众号“ITman彪叔”。彪叔,拥有10多年开发经验,现任公司系统架构师、技术总监、技术培训师、职业规划师。熟悉Java、JavaScript、Python语言,熟悉数据库。熟悉java、nodejs应用系统架构,大数据高并发、高可用、分布式架构。在计算机图形学、WebGL、前端可视化方面有深入研究。对程序员思维能力训练和培训、程序员职业规划有浓厚兴趣。

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