HTML5边玩边学（6）：汽车人，变形......

一、状态及其保存和恢复

在这一节开始之前，我们要先理解一下什么是状态以及状态的保存和恢复。玩过 MFC 编程的人经常能碰到这样的代码：

pOldPen=pDC->SelectObject(pNewPen)

我们在选择一个新画笔对象的同时，总是要保存住旧画笔对象，为什么要这样做呢？因为新画笔对象只是临时用一下，等用完了，我们想恢复到原来的画笔配置时，如果旧的配置事先没有被保存，这些配置就丢失了，也就没办法恢复了。

在 HTML5 绘图中，某一刻的状态就是当前这一刻上下文对象的一系列属性的配置值，只是，决定一个画笔状态的属性比较少，如颜色、粗细、线型之类的，而确定上下文状态的属性比较多，包括下面这些：

1、当前上下文对象的移动、旋转、缩放配置

2、当前上下文对象的 strokeStyle, fillStyle, globalAlpha, lineWidth, lineCap, lineJoin, miterLimit, shadowOffsetX, shadowOffsetY, shadowBlur, shadowColor, globalCompositeOperation 属性值

3、当前上下文对象的裁剪路径配置

上面这一系列配置决定了当前这一刻上下文对象的状态，其中移动、旋转、缩放、globalCompositeOperation（组合）、裁剪下面我们马上会讲到。

二、状态的保存与恢复

上面我们说某一刻的状态由那么多属性决定，我们要保存这一刻的状态就要把这些属性值一个一个都保存，恢复的时候在一个一个都设置回去，那也太麻烦了。确实是这样的，所以上下文对下提供了了两个简单的方法，对状态进行保存和恢复，他们是：

save( ) 和 restore( )

save 和 restore 方法可以多次调用，每调用一次 save 方法，调用时的状态（即一系列属性值）就压入一个栈中。

每调用一次 restore 方法，最后一次 save 的状态就被恢复，即出栈。

想象一下弹匣，第一颗被发射出去的子弹，总是最后一个被压入弹匣的。

三、变型

1、移动：translate(dx,dy)

这个方法看上去很简单，其实它包含了一定的数学含义，你可以认为是整个坐标系的原点发生了移动，新坐标系下任意一点(x,y)相当于原坐标系下的坐标为：

x'=x+dx
y'=y+dy

如果我们调用 ctx.translate(5,8) 改变上下文对象的坐标系状态，然后在新状态下的点(3,2)绘图，相当于图像被绘制到了原状态下的点(8,10)处，即

x'=5+3=8
y'=5+2=10

也许你会问，为什么要那么麻烦，直接在(8,10)处绘制比行吗？比如把

ctx.translate(5,8)
ctx.drawImage(img,3,2)

改成

ctx.drawImage(img,8,10)

这样不是更简单、更直接吗？

我的理解是，移动更多的情况下是为其他图形变换服务的，恰当的改变坐标原点可以让图形学计算更好理解，并带来很大方便，下面我举个简单的例子，假如：

有一条线段，是 x 轴正向上的一小段

y = 0 (1 <= x <= 3)，

如果以坐标原点为圆心，逆时针旋转90度，则线段与 y 轴正向重合，旋转后的线段为：

x = 0 (1 <= y <= 3)

但是我们不可能每次旋转都以原点为圆心进行旋转，假如我们以线段的一个端点(1,0)为圆心进行旋转，我们怎么才能得到旋转后线段上每一点的坐标值呢？其实这个过程可以分为三步：

第一步：移动原点坐标到(1,0)，新的线段依然在 x 轴上，但是方程变为了：y = 0 (0 <= x <= 2)

第二步：以新坐标系的原点为圆心进行旋转，得到新坐标系下的线段 x = 0 (0 <= y <= 2)

第三步：将新坐标系的原点移动到新坐标系下(-1,0)处，即将原点恢复到原来的位置，此时的线段为：x = 1 (0 <= y <= 2)

第三步所得到的线段就是最后需要绘制的线段。

从这个例子我们可以看出来，即使在这么简单的情况下，如果不移动坐标原点来直接计算旋转后的图形，也是比较困难的。

提示：当你移动坐标原点之前，千万别忘了保存状态，当然，绘制完毕后也别放了恢复状态。

2、缩放 scale(sx, sy)

这个同样很简单，sx, sy 是缩放比例因子，缩放后新坐标系下任意一点 (x,y) 相当于原坐标系下的坐标为：

x' = x * sx
y' = y * sy

同样，改变坐标系统总是不要忘记保存和恢复状态

3、旋转 rotate(A)

angle 是旋转角度，旋转后新坐标系下任意一点 (x,y) 相当于原坐标系下的坐标为：

x' = x cosA - y sinA
y' = x sinA + y cosA

同样，改变坐标系统总是不要忘记保存和恢复状态

4、变形 transform(m11, m12, m21, m22, dx, dy)

其实前面讲的移动、缩放、旋转都是变形的特例，transform 方法的六个参数组成了一个变形矩阵，如下

m11	m21	dx
m12	m22	dy
0	0	1

调用 transform 方法就相当于用这些参数为上下文对象设置了新的变形矩阵，关于变形矩阵的具体内容可以参照图形学相关资料，下面给出几个简单特例：

移动 translate(dx,dy)：相当于 transform(1,0,0,1,dx,dy)

缩放 scale(sx,xy)：相当于 transform(sx,0,0,sy,0,0)

旋转 rotate(A)：相当于 transform(cosA,sinA,-sinA,cosA,0,0)

以 (dx,dy) 为基准点旋转角度 A：transform(cosA, sinA, -sinA, cosA, dx(1-cosA) + dysinA, dy(1-cosA) - dxsinA)

以 (dx,dy) 为基准点进行 (sx,sy)比例缩放：transform(sx, 0, 0, sy, dx(1-sx), dy(1-sy))

还有很多其他更复杂的变形，大家可以参考图形学相关资料。

下面给出一个基准点变形的例子，鼠标在图像上的某点保持按下状态，图像就会以该点为基准点进行缩放或者旋转，松开按钮后图像复原。

提示：即缩放又旋转这个例子，并没有使用变形矩阵，而是用了四步简单变形复合而成。效果如下：

移动——在图像上按住鼠标并移动
基准点缩放——在图像某点处按住鼠标
基准点旋转——在图像某点处按住鼠标
基准点缩放同时旋转——在图像某点处按住鼠标

四、组合

所谓组合就是一个图形绘制在另一个图形之上，会出现什么效果。默认的情况下是上面的图形覆盖了下面的图形，称之为 source-over 。

上下文对象总共十二中组合类型，属性 globalCompositeOperation 被用来设置组合类型，如下：

globalCompositeOperation = type

type 是下面 12 种字符串值之一：

注意：上面所有例子中，蓝色方块是先绘制的，即“已有的 canvas 内容”，红色圆形是后面绘制，即“新图形”。

五、裁剪路径

在第一篇文章中我们就介绍了上下文对象的两大类绘制方法，即绘制线条的 stroke 系列方法和填充区域的 fill 系列方法，其实，上下文对象还有一类绘制方法叫做裁剪 clip 。

什么是裁剪呢？打个不恰当的比方吧，你用一块布把电视机屏幕遮住了，这时候电视机屏幕上的任何变化你都看不见了。

但是，如果你布上裁剪出一块区域，那么至少这块区域里的屏幕变化你能看见。

当然裁剪区域之外的屏幕也在不停地变化（即也在重新绘制），只是你看不见罢了。这就是所谓的裁剪，平常在处理图像时经常会遇到这种需求。

那么什么又是裁剪路径呢？上面说要在布上裁剪出一块区域，这块区域是怎么来的呢？

这块区域是在裁剪动作 clip 之前，由绘图路径设定的，他可以是方形、圆形、五星形和其他任何可以绘制的轮廓形状。

所以，裁剪路径其实就是绘图路径，只不过这个路径不是拿来绘图的，而是设定显示区域和遮挡区域的一个分界线。

如果你不明白什么是绘图路径，在前的文章 HTML5边玩边学（2）：基础绘图中有介绍。

下面的例子用了两种方法进行裁剪。第一种方法显示一来回移动的圆形裁剪区域，大体流程如下：

1、清空画布

2、改变圆心位置

3、在新的圆心位置处设置一个圆形的裁剪区域

4、在画布上绘制美女图像

由于我们不停地在新位置处设定裁剪区域，我们就能看见裁剪区域在移动，而裁剪区域之外的图像并没有显示出来

我们用 clip 方法设置裁剪区域，之后绘制的图形只能显示裁剪区域内的一部分，而裁剪区域之外总是显示画布的背景色。

假如并不想完全遮挡裁剪区域之外的图像，比如我们想让裁剪区域之内的图像完全显示出来，但是裁剪区域之外的图像以半透明的方式显示出来，该怎么做呢？

这就要用到我们上面说的的组合知识了。第二中方法显示半透明的遮挡，大体思路如下：

1、清空画布

2、将画布的所有区域用一种半透明的颜色填充，这里我用的是灰色，透明度0.9

3、改变圆心位置

4、在新的圆心位置处以 XOR 方式绘制圆，这样和圆形重叠的部分将被擦除掉。
这时候我们得到的图形效果是一个半透明的画布，上面有一块完全透明的圆形区域

5、在第 4 步的基础上，以 destination-over 方式绘制美女图像，这时候美女图像将会出现在第 4 步图形效果的下方，想象一下，正好是我们想要的效果吧？！

效果如下：

所有程序的代码：

代码

<canvas id="canvas1" width="250" height="300"
    onmousedown="trans.transform(event);"
    onmouseup="trans.init(event);"
    onmousemove="trans.translate(event);"
    style="background-color:black">
    你的浏览器不支持 <canvas>标签，请使用 Chrome 浏览器或者 FireFox 浏览器
</canvas><br/>
<input type="radio" name="r" id="r1" checked="checked">移动——在图像上按住鼠标并移动<br />
<input type="radio" name="r" id="r2">基准点缩放——在图像某点处按住鼠标<br />
<input type="radio" name="r"  id="r3">基准点旋转——在图像某点处按住鼠标<br />
<input type="radio" name="r"  id="r4">基准点缩放同时旋转——在图像某点处按住鼠标<br />

<canvas id="canvas3" width="250" height="300" style="background-color:black">
    你的浏览器不支持 <canvas>标签，请使用 Chrome 浏览器或者 FireFox 浏览器
</canvas><br/>
<input type="button" onclick="move(1);" value="移动裁剪区域">
<input type="button" onclick="move(2);" value="移动蒙版">
<input type="button" onclick="stop();" value="停止移动"><br />

        <div>
            <table>
                <tr>
                    <td><canvas id="tut0" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab0"></label></td>
                <td><canvas id="tut1" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab1"></label></td>
                <td><canvas id="tut2" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab2"></label></td>
                <td><canvas id="tut3" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab3"></label></td>
                </tr>
                <tr>
                    <td><canvas id="tut4" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab4"></label></td>
                <td><canvas id="tut5" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab5"></label></td>
                <td><canvas id="tut6" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab6"></label></td>
                <td><canvas id="tut7" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab7"></label></td>
                </tr>
                <tr>
                    <td><canvas id="tut8" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab8"></label></td>
                <td><canvas id="tut9" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab9"></label></td>
                <td><canvas id="tut10" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab10"></label></td>
                <td><canvas id="tut11" width="125" height="125"></canvas><br/><label id="lab11"></label></td>
                </tr>
            </table>
        </div>

<script type="text/javascript">
    //美女图的 Base64 编码
    IMG_SRC='data:image/gif;base64,/9j/4QDfRXhpZgAASUkqAAgAAAAFABIBAwA......';//省略四十字节

    //==========================================
    //基准点变形类
    //==========================================
    function Transform(){
        //获取画布对象
        this.ctx = document.getElementById("canvas1").getContext("2d");
        //创建图像对象
        this.img=new Image();
        //指定图像源
        this.img.src=IMG_SRC;
        this.interval = null;
        //鼠标按钮状态
        this.pressed=false;
        this.init();
    }

    //初始化图形
    Transform.prototype.init=function(){
        //鼠标按钮状态
        this.pressed=false;
        //停止计时器
        if(this.interval) clearInterval(this.interval);
        //变化值
        this.delta = 0.06;
        //清空
        this.ctx.clearRect(0,0,250,300);
        //重绘
        this.paint();
    }

    //绘制图像
    Transform.prototype.paint=function(){
        var that=this;
        var img=this.img
        if(img.complete)
            that.ctx.drawImage(img,0,0);
        else
            var interval = setInterval(function(){
                if(img.complete){
                    that.ctx.drawImage(img,0,0);
                    clearInterval(interval);
                }
            },300);
    }

    //鼠标按钮按下后，开始变形
    Transform.prototype.transform = function(){
        //获取基准点
        this.dx=event.offsetX;
        this.dy=event.offsetY;
        //获取基准点
        this.startx=event.offsetX;
        this.starty=event.offsetY;
        //初始缩放比例
        this.sc=1;
        //初旋转角度
        this.angle=0;

        var that=this;
        if(document.getElementById("r1").checked)
            //鼠标按钮状态
            this.pressed=true;
        else if(document.getElementById("r2").checked)
            this.interval = setInterval(function(){that.scale()},50);
        else if((document.getElementById("r3").checked))
            this.interval = setInterval(function(){that.rotate()},50);
        else
            this.interval = setInterval(function(){that.scaleAndRotate()},50);
    }

    //移动
    Transform.prototype.translate = function(){
        this.ddx=event.offsetX-this.startx;
        this.ddy=event.offsetY-this.starty;
        if(this.pressed){
            //清空
            this.ctx.clearRect(0,0,250,300);
            //保存状态
            this.ctx.save();
            //平移
            this.ctx.translate(this.ddx,this.ddy);
            //重绘
            this.paint();
            //绘制基准点
            this.ctx.fillStyle="red";
            this.ctx.fillRect(this.dx-5,this.dy-5,10,10);
            //恢复状态
            this.ctx.restore();
        }
    }

    //缩放变形
    Transform.prototype.scale = function(){
        //清空
        this.ctx.clearRect(0,0,250,300);
        //改变缩放比例
        this.sc=this.sc - this.delta;
        if(this.sc<0.2 || this.sc>2)
            this.delta = -this.delta;
        //保存状态
        this.ctx.save();
        //以 (dx,dy) 为基准点进行 (sx,sy)比例缩放：transform(sx, 0, 0, sy, dx(1-sx), dy(1-sy))
        this.ctx.transform(this.sc, 0, 0, this.sc, this.dx*(1-this.sc), this.dy*(1-this.sc))
        //用新的变形矩阵重绘
        this.paint();
        //绘制基准点
        this.ctx.fillStyle="red";
        this.ctx.fillRect(this.dx-5,this.dy-5,10,10);
        //恢复状态
        this.ctx.restore();
    }

    //旋转变形
    Transform.prototype.rotate = function(){
        //清空
        this.ctx.clearRect(0,0,250,300);
        //改变缩放比例
        var PI = Math.PI;
        this.angle=this.angle + PI/60;
        //保存状态
        this.ctx.save();
        //以 (dx,dy) 为基准点旋转角度 A：transform(cosA, sinA, -sinA, cosA, dx(1-cosA) + dysinA, dy(1-cosA) - dxsinA)
        this.ctx.transform(Math.cos(this.angle), Math.sin(this.angle),
                -Math.sin(this.angle), Math.cos(this.angle),
                this.dx*(1-Math.cos(this.angle)) + this.dy*Math.sin(this.angle),
                this.dy*(1-Math.cos(this.angle)) - this.dx*Math.sin(this.angle))
        //用新的变形矩阵重绘
        this.paint();
        //绘制基准点
        this.ctx.fillStyle="red";
        this.ctx.fillRect(this.dx-5,this.dy-5,10,10);
        //恢复状态
        this.ctx.restore();
    }

    //即缩放又旋转变形,没有使用变形矩阵
    Transform.prototype.scaleAndRotate = function(){
        //清空
        this.ctx.clearRect(0,0,250,300);
        //改变缩放比例
        this.sc=this.sc - this.delta;
        if(this.sc<0.2 || this.sc>2)
            this.delta = -this.delta;
        var PI = Math.PI;
        this.angle=this.angle + PI/60;
        //保存状态
        this.ctx.save();
        //先移动原点到基点
        this.ctx.translate(this.dx,this.dy);
        this.ctx.scale(this.sc,this.sc);
        this.ctx.rotate(this.angle);
        this.ctx.translate(-this.dx,-this.dy);
        //用新的变形矩阵重绘
        this.paint();
        //绘制基准点
        this.ctx.fillStyle="red";
        this.ctx.fillRect(this.dx-5,this.dy-5,10,10);
        //恢复状态
        this.ctx.restore();
    }

    var trans = new Transform();

    //==========================================
    function Clip(){
        var canvas = document.getElementById("canvas3");
        this.ctx = canvas.getContext("2d");
        this.img=new Image();
        this.img.src=IMG_SRC;
        //移动方向
        this.delta=[3,3];
        //起始点
        this.pos_x = 225;
        this.pos_y = 120;
        //半径
        this.radius = 40;
        //画布的长和宽
        this.w = parseInt(canvas.getAttribute("width"));
        this.h = parseInt(canvas.getAttribute("height"));
    }

    Clip.prototype.draw1=function(){
        //碰撞检测
        if (this.pos_x < this.radius) {
            this.delta[0] = Math.random() % 4 + 5;
        } else if (this.pos_x > this.w - this.radius) {
            this.delta[0] = -(Math.random() % 4 + 5);
        }
        if (this.pos_y < this.radius) {
            this.delta[1] = Math.random() % 4 + 5;
        } else if (this.pos_y > this.h - this.radius) {
            this.delta[1] = -(Math.random() % 4 + 5);
        }
        this.pos_x += this.delta[0];
        this.pos_y += this.delta[1];

        this.ctx.clearRect(0, 0, this.w, this.h);
        //保存状态
        this.ctx.save()
        //移动变形
        this.ctx.translate(this.pos_x,this.pos_y);
        //设置裁剪区域
        this.ctx.beginPath();
        this.ctx.arc(0 ,0,this.radius,0,Math.PI*2,true);
        this.ctx.clip();
        // 将图片画到画布上
        this.ctx.drawImage(this.img, -this.pos_x, -this.pos_y,this.w, this.h);
        //恢复状态
        this.ctx.restore();
    }

    Clip.prototype.draw2=function(){
        //碰撞检测
        if (this.pos_x < this.radius) {
            this.delta[0] = Math.random() % 4 + 5;
        } else if (this.pos_x > this.w - this.radius) {
            this.delta[0] = -(Math.random() % 4 + 5);
        }
        if (this.pos_y < this.radius) {
            this.delta[1] = Math.random() % 4 + 5;
        } else if (this.pos_y > this.h - this.radius) {
            this.delta[1] = -(Math.random() % 4 + 5);
        }
        this.pos_x += this.delta[0];
        this.pos_y += this.delta[1];

        this.ctx.clearRect(0, 0, this.w, this.h);
        //绘制灰色的半透明蒙版
        this.ctx.fillStyle="rgba(125,125,125,0.9)"
        this.ctx.fillRect(0, 0, this.w, this.h);
        //保存状态
        this.ctx.save()
        //移动坐标
        this.ctx.translate(this.pos_x,this.pos_y);
        //裁剪透明的圆形区域
        this.ctx.globalCompositeOperation = "xor";
        this.ctx.fillStyle="white"
        this.ctx.beginPath();
        this.ctx.arc(0 ,0,this.radius,0,Math.PI*2,true);
        this.ctx.fill();
        // 将图片画到蒙版的下面，即只露出透明区域
        this.ctx.globalCompositeOperation = "destination-over";
        this.ctx.drawImage(this.img, -this.pos_x, -this.pos_y,this.w, this.h);
        //恢复状态
        this.ctx.restore();
    }

    var cl=new Clip();
    cl.interval=null;

    function move(id){
        if(cl.interval)
            clearInterval(cl.interval)
        if(id==1){
            cl.ctx.clearRect(0, 0, 450, 300);
            cl.interval=setInterval(function(){cl.draw1()},20);
        }
        else{
            cl.ctx.clearRect(0, 0, 450, 300);
            cl.interval=setInterval(function(){cl.draw2()},20);
        }
    }

    function stop(){
        clearInterval(cl.interval)
    }

    var compositeTypes = [
        'source-over','source-in','source-out','source-atop',
        'destination-over','destination-in','destination-out','destination-atop',
        'lighter','darker','copy','xor'
    ];
    function drawComp(){
        for (i=0;i<compositeTypes.length;i++){
            var label = document.createTextNode(compositeTypes[i]);
            document.getElementById('lab'+i).appendChild(label);
            var ctx = document.getElementById('tut'+i).getContext('2d');

            // draw rectangle
            ctx.fillStyle = "#09f";
            ctx.fillRect(15,15,70,70);

            // set composite property
            ctx.globalCompositeOperation = compositeTypes[i];

            // draw circle
            ctx.fillStyle = "#f30";
            ctx.beginPath();
            ctx.arc(75,75,35,0,Math.PI*2,true);
            ctx.fill();
        }
    }
    drawComp();
</script>

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posted on 2010-10-05 12:19 左洸阅读(4686) 评论(7) 编辑收藏举报