HTML5 canvas Web 绘图

二维变形

Canvas 绘图中另一个重要的概念是 绘画状态（Drawing State），绘画状态反映了渲染上下文当前的瞬时状态，开发人员可以通过对绘画状态的保存 / 恢复操作而快速的回到之前使用的各种属性和变形操作。绘画状态主要由以下三个部分构成：
    当前的变形矩阵（transformation matrix）
    当前的裁剪区域（clipping region）
    当前上下文中的属性，比如 strokeStyle, fillType, globalAlpha, font 等等。

需要指出的是，当前路径对象以及当前的位图都不包含在绘画状态之中，路径是持续性的对象，如前文所讲，只有通过 beginPath() 操作才会进行重置，而位图则是 canvas 的属性，并非属于渲染上下文的。

开发人员可以使用 save 和 restore 两种方法来保存和恢复 canvas 状态，每调用 save 方法，都会将当前状态压入堆栈中，而相应的 restore 方法则会从堆栈中弹出一个状态，并将当前画面恢复至该状态。绘画状态在 canvas 图形变形操作中应用极为广泛，也非常重要，因为调用一个 restore 方法远比手动恢复先前状态要简单许多，因而，一个较好的习惯是在做变形操作之前先保存 canvas 状态。

二维绘图的常用变形操作在 canvas 中都可到了很好的支持，包括平移（Translate），旋转（Rotate），伸缩（Scale）等等。由于所有的变形操作都基于变形矩阵，因而开发人员始终需要记住一点的就是，一旦没有使用 save/restore 操作保持住原来的绘图状态，那么后续的绘图操作，都会在当前所应用的变形状态下完成。

  function DrawPointCircle() {
            var canvas = document.getElementById('canvas');
            if (canvas.getContext) {
                var ctx = canvas.getContext('2d');
                ctx.translate(400,300);   // 将 canvas 的原点从 (0,0) 平移至（400,300）
                for (i = 1; i <= 3; i++) {        // 绘制内外 2 层
                    if ((i % 2) == 1) { ctx.fillStyle = '#00f'; }
                    else { ctx.fillStyle = '#f00'; }
                    ctx.save();             // 保持开始绘制每一层时的状态一致
                    for (j = 0; j <= i * 6; j++) {   // 每层生成点的数量
                        ctx.rotate(Math.PI / (3 * i));  // 绕当前原点将坐标系顺时针旋转 Math.Pi/(3*i) 度
                        ctx.beginPath();
                        ctx.arc(0, 20 * i, 5, 0, Math.PI * 2, true);
                        ctx.fill();         // 使用 fillType 值填充每个点
                    }
                    ctx.restore();
                }
            }
        }

像素级绘图

像素级别的绘图操作是 canvas 绘图区别于 SVG，VML 等绘图技术的最为明显特征之一，渲染上下文提供了 createImageData, getImageData, 和 putImageData 三种方法来进行针对像素的操作，所基于的对象都是 imageData 对象。imageData 对象包含 width、height 和 data 三个属性，其中 data 包含了 width × height × 4 个像素值，之所以乘以 4，在于每个像素都有 RGB 值和透明度 alpha 值。

清单 4 中所示代码为上一节中示例图形增添了简单的颜色反转滤镜效果，通过调用 getImageData(x,y,width,height) 方法获取以（x,y）为左上坐标的矩形区域内所有像素，而后对所有像素的 RGB 值做取反操作，最后通过 putImageData（imageData, x, y）将修改后的像素值重新绘制到在 canvas 上。

 function revertImage(){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
 if (canvas.getContext){ 
 var context = canvas.getContext('2d'); 
 // 从指定的矩形区域获取 canvas 像素数组
 var imgdata = context.getImageData(100, 100, 100, 100); 
 var pixels = imgdata.data; 

 // 遍历每个像素并对 RGB 值进行取反
 for (var i=0, n=pixels.length; i<n; i+= 4){ 
      pixels[i] = 255-pixels[i]; 
       pixels[i+1] = 255-pixels[i+1]; 
       pixels[i+2] = 255-pixels[i+2]; 
 } 
 // 在指定位置进行像素重绘
 context.putImageData(imgdata, 100, 100); 
     } 
 }

实现动画效果

Canvas 并非为了制作动画而出现，自然没有动画制作中帧的概念。因而，使用定时器不断的重绘 canvas 画面成为了实现动画效果的通用解决方式。Javascript 中的 setInterval(code，millisec) 方法可以按照指定的时间间隔 millisec 来反复调用 code 所指向的函数或代码串，这样，通过将绘图函数作为第一个参数传给 setInterval 方法，在每次被调用的过程中移动画面中图形的位置，来最终达到一种动画的体验。需要注意的一点是，虽然 setinterval 方法的第二个参数允许开发人员对绘图函数的调用频率进行设定，但这始终都是一种最为理想的情况，由于这种绘图频率很大程度上取决于支持 canvas 的底层 JavaScript 引擎的渲染速度以及相应绘图函数的复杂性，因而实际运行的结果往往都是要慢于指定绘图频率的。

清单 5 显示了一个小弹力球动画效果，在球没有到达四周边界时，绘图方法不断的移动所绘小球的横纵坐标。并且，在每次重绘之前，都是用 clear 方法将之前的画面清除。

 <script type="text/javascript"> 
 var x=0,y=0,dx=2,dy=3,context2D;   // 小球从（0,0）开始移动，横向步长为 2，纵向步长为 3 

 function draw(){ 
 context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);   // 清除整个 canvas 画面
 drawCircle(x, y);         // 使用自定义的画圆方法，在当前（x,y）坐标出画一个圆
    
 // 判断边界值，调整 dx/dy 以改变 x/y 坐标变化方向。
 if (x + dx > canvas.width || x + dx < 0) dx = -dx; 
 if (y + dy > canvas.height || y + dy < 0) dy = -dy; 
 x += dx; 
 y += dy; 
 } 

 window.onload = function (){ 
 var canvas = document.getElementById('canvas'); 
 context2D = canvas.getContext('2d'); 
 setInterval(draw, 20);     // 设置绘图周期为 20 毫秒
 } 
 </script> 

提高可访问性

一款优秀的 Web 应用必须要做到的就是提供给用户很好的可访问性，这包括对鼠标，键盘以及快捷键等操作的响应，canvas 画面的本质仍是一个 DOM 节点，因而开发人员可以通过常规的方法来处理响应。这里，与基于 SVG 的绘图不同，由于 SVG 是一种基于 XML 的声明式的绘图方式，因而，SVG 中任何的图形都可以作为一个独立的 DOM 节点去接收并响应特定事件，而 canvas 由于其像素绘图的本质，则只可以在 canvas 元素节点去处理。

图 5 所示示例代码，当鼠标在 canvas 中移动时，鼠标当前相对于 canvas 中的横纵坐标将实时输出到上方提示信息区域；当用户在 canvas 中单击鼠标左键，将在相应位置创建一个蓝色小球，而后用户可以通过键盘上的左 / 右方向键对蓝色小球进行控制，使其进行横向的移动。

                 
 <script type="text/javascript"> 
 var g_x,g_y;    // 鼠标当前的坐标
 var g_pointx, g_pointy;   // 蓝色小球当前的坐标
     var canvas; 
    
 function drawCircle(x,y){    // 以鼠标当前位置为原点绘制一个蓝色小球
 var ctx = canvas.getContext('2d'); 
         ctx.clearRect(0,0,300,300); 
         ctx.fillStyle = '#00f'; 
         ctx.beginPath(); 
         ctx.arc(x,y,20,0,Math.PI*2,true); 
         ctx.fill(); 
            
 g_pointx = x; 
         g_pointy = y 
 } 
    
     function onMouseMove(evt) { 
 // 获取鼠标在 canvas 中的坐标位置
 if (evt.layerX || evt.layerX == 0) { // FireFox 
 g_x = evt.layerX; 
 g_y = evt.layerY; 
 } 
         document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_x; 
         document.getElementById("yinfo").innerHTML = g_y; 
     } 

     function onKeyPress(evt) { 
 var dx = 3;  // 横向平移步长
         var kbinfo = document.getElementById("kbinfo"); 
        
 if (evt.keyCode == 39){   
             kbinfo.innerHTML="right"; 
 if (g_x<300-dx) drawCircle(g_pointx+dx,g_pointy); 
 document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_pointx; 
         }else if (evt.keyCode == 37){ 
 kbinfo.innerHTML = "left"; 
             if (g_x>dx) drawCircle(g_pointx-dx,g_pointy); 
 document.getElementById("xinfo").innerHTML = g_pointx; 
 } 
 } 
            
 window.onload = function(){ 
 canvas = document.getElementById('canvas'); 
 // 增加 canvas 节点对鼠标单击，移动以及键盘事件的响应函数
 canvas.addEventListener('click', function(evt){drawCircle(g_x, g_y);} , false);
 canvas.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false); 
 canvas.addEventListener('keypress', onKeyPress, false); 
 canvas.focus();  // 获得焦点之后，才能够对键盘事件进行捕获
 } 
 </script>