canvas進階——如何畫出平滑的曲線?

Canvas · 發表 2018-10-15 14:44:26

摘要：相信大家平時在學習canvas 或專案開發中使用canvas的時候應該都遇到過這樣的需求：實現一個可以書寫的畫板小工具。嗯，相信這對canvas使用較熟的童鞋來說僅僅只是幾十行程式碼就可以搞掂的事情，以下demo就是一個再也簡單不過的例子了： <!DOCTYPE html&g...

相信大家平時在學習canvas 或專案開發中使用canvas的時候應該都遇到過這樣的需求：實現一個可以書寫的畫板小工具。

嗯，相信這對canvas使用較熟的童鞋來說僅僅只是幾十行程式碼就可以搞掂的事情，以下demo就是一個再也簡單不過的例子了：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Sketchpad demo</title>
<style type="text/css">
canvas {
border: 1px blue solid; 
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="800" height="500"></canvas>
<script type="text/javascript">
let isDown = false;
let beginPoint = null;
const canvas = document.querySelector('#canvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

// 設定線條顏色
ctx.strokeStyle = 'red';
ctx.lineWidth = 1;
ctx.lineJoin = 'round';
ctx.lineCap = 'round';

canvas.addEventListener('mousedown', down, false);
canvas.addEventListener('mousemove', move, false);
canvas.addEventListener('mouseup', up, false);
canvas.addEventListener('mouseout', up, false);

function down(evt) {
isDown = true;
beginPoint = getPos(evt);
}

function move(evt) {
if (!isDown) return;
const endPoint = getPos(evt);
drawLine(beginPoint, endPoint);
beginPoint = endPoint;
}

function up(evt) {
if (!isDown) return;

const endPoint = getPos(evt);
drawLine(beginPoint, endPoint);

beginPoint = null;
isDown = false;
}

function getPos(evt) {
return {
x: evt.clientX,
y: evt.clientY
}
}

function drawLine(beginPoint, endPoint) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(beginPoint.x, beginPoint.y);
ctx.lineTo(endPoint.x, endPoint.y);
ctx.stroke();
ctx.closePath();
}
</script>
</body>
</html>
複製程式碼

它的實現邏輯也很簡單：

我們在canvas畫布上主要監聽了三個事件： mousedown 、 mouseup 和 mousemove ，同時我們也建立了一個 isDown 變數；
當用戶按下滑鼠（ mousedown ，即起筆）時將 isDown 置為 true ，而放下滑鼠（ mouseup ）的時候將它置為 false ，這樣做的好處就是可以判斷使用者當前是否處於繪畫狀態；
通過 mousemove 事件不斷採集滑鼠經過的座標點，當且僅當 isDown 為 true （即處於書寫狀態）時將當前的點通過canvas的 lineTo 方法與前面的點進行連線、繪製；

通過以上幾個步驟我們就可以實現基本的畫板功能了，然而事情並沒那麼簡單，仔細的童鞋也許會發現一個很嚴重的問題——通過這種方式畫出來的線條存在鋸齒，不夠平滑，而且你畫得越快，折線感越強。表現如下圖所示：

為什麼會這樣呢？

問題分析

出現該現象的原因主要是：

我們是以canvas的 lineTo 方法連線點的，連線相鄰兩點的是條直線，非曲線，因此通過這種方式繪製出來的是條折線；
受限於瀏覽器對 mousemove 事件的採集頻率，大家都知道在 mousemove 時，瀏覽器是每隔一小段時間去採集當前滑鼠的座標的，因此滑鼠移動的越快，採集的兩個臨近點的距離就越遠，故“折線感越明顯“；

如何才能畫出平滑的曲線?

要畫出平滑的曲線，其實也是有方法的， lineTo 靠不住那我們可以採用canvas的另一個繪圖API—— quadraticCurveTo ，它用於繪製二次貝塞爾曲線。

二次貝塞爾曲線

quadraticCurveTo(cp1x, cp1y, x, y)

呼叫 quadraticCurveTo 方法需要四個引數， cp1x 、 cp1y 描述的是控制點，而 x 、 y 則是曲線的終點：

更多詳細的資訊可移步MDN

既然要使用貝塞爾曲線，很顯然我們的資料是不夠用的，要完整描述一個二次貝塞爾曲線，我們需要：起始點、控制點和終點，這些資料怎麼來呢？

有一個很巧妙的演算法可以幫助我們獲取這些資訊

獲取二次貝塞爾關鍵點的演算法

這個演算法並不難理解，這裡我直接舉例子吧：

假設我們在一次繪畫中共採集到6個滑鼠座標，分別是 A, B, C, D, E, F ；
取前面的 A, B, C 三點，計算出 B 和 C 的中點 B1 ，以 A 為起點， B 為控制點， B1 為終點，利用 quadraticCurveTo 繪製一條二次貝塞爾曲線線段；
接下來，計算得出 C 與 D 點的中點 C1 ，以 B1 為起點、 C 為控制點、 C1 為終點繼續繪製曲線；
依次類推不斷繪製下去，當到最後一個點 F 時，則以 D 和 E 的中點 D1 為起點，以 E 為控制點， F 為終點結束貝塞爾曲線。

OK，演算法就是這樣，那我們基於該演算法再對現有程式碼進行一次升級改造：

let isDown = false;
let points = [];
let beginPoint = null;
const canvas = document.querySelector('#canvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

// 設定線條顏色
ctx.strokeStyle = 'red';
ctx.lineWidth = 1;
ctx.lineJoin = 'round';
ctx.lineCap = 'round';

canvas.addEventListener('mousedown', down, false);
canvas.addEventListener('mousemove', move, false);
canvas.addEventListener('mouseup', up, false);
canvas.addEventListener('mouseout', up, false);

function down(evt) {
isDown = true;
const { x, y } = getPos(evt);
points.push({x, y});
beginPoint = {x, y};
}

function move(evt) {
if (!isDown) return;

const { x, y } = getPos(evt);
points.push({x, y});

if (points.length > 3) {
const lastTwoPoints = points.slice(-2);
const controlPoint = lastTwoPoints[0];
const endPoint = {
x: (lastTwoPoints[0].x + lastTwoPoints[1].x) / 2,
y: (lastTwoPoints[0].y + lastTwoPoints[1].y) / 2,
}
drawLine(beginPoint, controlPoint, endPoint);
beginPoint = endPoint;
}
}

function up(evt) {
if (!isDown) return;
const { x, y } = getPos(evt);
points.push({x, y});

if (points.length > 3) {
const lastTwoPoints = points.slice(-2);
const controlPoint = lastTwoPoints[0];
const endPoint = lastTwoPoints[1];
drawLine(beginPoint, controlPoint, endPoint);
}
beginPoint = null;
isDown = false;
points = [];
}

function getPos(evt) {
return {
x: evt.clientX,
y: evt.clientY
}
}

function drawLine(beginPoint, controlPoint, endPoint) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(beginPoint.x, beginPoint.y);
ctx.quadraticCurveTo(controlPoint.x, controlPoint.y, endPoint.x, endPoint.y);
ctx.stroke();
ctx.closePath();
}
複製程式碼

在原有的基礎上，我們建立了一個變數 points 用於儲存之前 mousemove 事件中滑鼠經過的點，根據該演算法可知要繪製二次貝塞爾曲線起碼需要3個點以上，因此我們只有在 points 中的點數大於3時才開始繪製。接下來的處理就跟該演算法一毛一樣了，這裡不再贅述。

程式碼更新後我們的曲線也變得平滑了許多，如下圖所示：

本文到這裡就結束了，希望大家在canvas畫板中“畫”得愉快~我們下次再見：）

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canvas進階——如何畫出平滑的曲線?

問題分析

如何才能畫出平滑的曲線?

二次貝塞爾曲線

獲取二次貝塞爾關鍵點的演算法

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