Canvas：掌握图像变换合成与裁剪状态像素操作

亦世凡华、2024-07-10 13:08

想象一下，用几行代码就能创造出如此逼真的图像和动画，仿佛将艺术与科技完美融合，前端开发的Canvas技术正是这个数字化时代中最具魔力的一环，它不仅仅是网页的一部分，更是一个无限创意的画布，一个让你的想象力自由驰骋的平台。

目录

图像变换设置

图像合成设置

裁剪路径设置

状态保存与恢复

像素操作设置

图像变换设置

接下来我们开始讲解如何对canvas绘制的图像进行一些简单的操作，这里借助代码进行一个简单的概述及演示：

位移操作：这里借助translate函数传递两个参数代表水平和竖直移动的距离：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 位移，translate，位移坐标系，水平位移和竖直位移
        ctx.translate(100, 100)
        // 绘制矩形
        ctx.fillRect(0, 0, 50, 50)
    </script>
</body>

缩放操作：这里借助scale函数传递两个参数代表水平和竖直缩放的倍速：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 缩放，scale，水平缩放5倍，垂直缩放2倍
        ctx.scale(5, 2)
        // 绘制矩形
        ctx.fillRect(0, 0, 50, 50)
    </script>
</body>

旋转操作：这里借助rotate函数传递一个参数代表旋转的角度：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 旋转，rotate，旋转的角度
        ctx.rotate(Math.PI / 4);
        ctx.translate(300, 0);
        
        // 绘制矩形
        ctx.fillRect(-250, -25, 500, 50)
    </script>
</body>

综合操作：这里借助transform函数传递六个参数代表不同的作用：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // transform，参数分别代表：
        /*
            1. 水平缩放
            2. 水平倾斜
            3. 垂直倾斜
            4. 垂直缩放
            5. 水平位移
            6. 垂直位移
        */
        ctx.transform(2, 1, -1, 2, 50, 0); 
        
        // 绘制矩形
        ctx.fillRect(0, 0, 50, 50)
    </script>
</body>

图像合成设置

在canvas中不仅可以在已有图形后面再画新图形，还可以用来遮盖指定区域，清除画布中的某些部分（清除区域不仅限于矩形，像clearRect()方法做的那样）以及更多其他操作，这里就其做一个简单的概述，globalCompositeOperation = type 这个属性设定了在画新图形时采用的遮盖策略，其值是一个标识 12 种遮盖方式的字符串。这里给出其简易的示例代码：

source-over：这是默认设置，并在现有画布上下文之上绘制新图形。

source-in：新图形只在新图形和目标画布重叠的地方绘制。其他的都是透明的。

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        
        // 绘制矩形
        ctx.fillStyle = "rgba(0, 0, 255, 1)"; // 蓝色
        ctx.fillRect(300, 200, 100, 100)
        ctx.globalCompositeOperation='source-in'; // 蓝色和红色重叠部分的红色区域
        ctx.fillStyle = "rgba(255, 0, 0, 1)"; // 红色
        ctx.fillRect(250, 150, 100, 100)
    </script>
</body>

source-out：在不与现有画布内容重叠的地方绘制新图形。

source-atop：新图形只在与现有画布内容重叠的地方绘制。

destination-over：在现有的画布内容后面绘制新的图形。

destination-in：现有的画布内容保持在新图形和现有画布内容重叠的位置。其他的都是透明的。

destination-out：现有内容保持在新图形不重叠的地方。

destination-atop：现有的画布只保留与新图形重叠的部分，新的图形是在画布内容后面绘制的。

lighter：两个重叠图形的颜色是通过颜色值相加来确定的。

copy：只显示新图形。

当然还有一些其他的属性，如下供大家参考：

xor：图像中，那些重叠和正常绘制之外的其他地方是透明的。

multiply：将顶层像素与底层相应像素相乘，结果是一幅更黑暗的图片。

screen：像素被倒转，相乘，再倒转，结果是一幅更明亮的图片。

overlay：multiply和screen的结合，原本暗的地方更暗，原本亮的地方更亮。

darken：保留两个图层中最暗的像素。

lighten：保留两个图层中最亮的像素。

color-dodge：将底层除以顶层的反置。

color-burn：将反置的底层除以顶层，然后将结果反过来。

hard-light：屏幕相乘（Acombinationofmultiplyandscreen）类似于叠加，但上下图层互换了。

soft-light：用顶层减去底层或者相反来得到一个正值。

difference：一个柔和版本的强光（hard-light）。纯黑或纯白不会导致纯黑或纯白。

exclusion：和difference相似，但对比度较低。

hue：保留了底层的亮度（luma）和色度（chroma），同时采用了顶层的色调（hue）。

saturation：保留底层的亮度（luma）和色调（hue），同时采用顶层的色度（chroma）。

color：保留了底层的亮度（luma），同时采用了顶层的色调（hue）和色度（chroma）。

luminosity：保持底层的色调（hue）和色度（chroma），同时采用顶层的亮度（luma）。

接下来我们可以借助globalCompositeOperation属性中的destination-out属性值实现一个类似刮刮卡的效果出来，具体的代码如下所示：

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>
        #ggk {
            width: 600px;
            height: 400px;
            font-size: 30px;
            font-weight: 900;
            text-align: center;
            line-height: 400px;
            overflow: hidden;
            position: absolute;
            left: 0;
            top: 0;
            z-index: -1;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div id="ggk">谢谢回顾</div>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 是否可以挂卡
        let isDraw = false
        
        // 设置canvas背景
        let img = new Image();
        img.src = "./1.jpg"
        img.onload = function () {
            ctx.drawImage(img, 0, 0, 600, 400)
        }
        // 鼠标按下去可以挂卡
        canvas.onmousedown = function () {
            isDraw = true
        }
        // 鼠标抬起可以停止挂卡
        canvas.onmouseup = function () {
            isDraw = false
        }
        // 鼠标移动可以挂卡
        canvas.onmousemove = function (e) {
            if (isDraw) {
                let x = e.pageX
                let y = e.pageY
                ctx.globalCompositeOperation = "destination-out";
                ctx.arc(x, y, 20, 0, 2 * Math.PI)
                ctx.fill()
            }
        }
        // 随机中奖事件
        let random = Math.random()
        if (random < 0.1) {
            let ggkDiv = document.getElementById("ggk");
            ggkDiv.innerHTML = "恭喜你中奖了"
        }
    </script>
</body>
</html>

最终呈现的效果如下所示：

裁剪路径设置

裁切路径和普通的canvas图形差不多，不同的是它的作用是遮罩，用来隐藏不需要的部分，如果和上面介绍的globalCompositeOperation属性作一比较，它可以实现与source-in和source-atop差不多的效果。最重要的区别是裁切路径不会在canvas上绘制东西，而且它永远不受新图形的影响。这些特性使得它在特定区域里绘制图形时相当好用。给出如下代码示例：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        let chatPath = new Path2D();
        chatPath.moveTo(200, 300)
        chatPath.quadraticCurveTo(150, 300, 150, 200); 
        chatPath.quadraticCurveTo(150, 100, 300, 100); 
        chatPath.quadraticCurveTo(450, 100, 450, 200); 
        chatPath.quadraticCurveTo(450, 300, 250, 300); 
        chatPath.quadraticCurveTo(250, 350, 150, 350); 
        chatPath.quadraticCurveTo(200, 350, 200, 300); 
        ctx.clip(chatPath) // 裁剪路径

        // 获取图片
        let img = new Image();
        img.src = "./1.jpg";
        img.onload = function () {
            ctx.drawImage(img, 0, 0, 600, 400)
            ctx.lineWidth = 5 // 路径的宽度
            ctx.stroke(chatPath) // 显示路径，可有可无
        }
    </script>
</body>

最终呈现的效果如下所示：

状态保存与恢复

canvas的状态就是当前画面应用的所有样式和变形的一个快照，save和restore方法是用来保存和恢复canvas状态的且都没有参数，canvas状态存储在栈中，每当save()方法被调用后，当前的状态就被推送到栈中保存。示例代码如下所示：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="800" height="800"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 绘制矩形
        ctx.fillStyle = "red";
        ctx.fillRect(0, 0, 100, 100);
        ctx.save() // 保存当前状态

        ctx.fillStyle = "green";
        ctx.fillRect(100, 100, 100, 100);
        ctx.save() // 保存当前状态

        ctx.fillStyle = "blue";
        ctx.fillRect(200, 200, 100, 100);
        ctx.save() // 保存当前状态

        ctx.fillStyle = "yellow";
        ctx.fillRect(300, 300, 100, 100);
 
        ctx.restore() // 恢复到上一次保存的状态
        ctx.fillRect(400, 400, 100, 100) // 蓝色

        ctx.restore() // 恢复到上一次保存的状态
        ctx.fillRect(500, 500, 100, 100) // 绿色
    </script>
</body>

最终呈现的效果如下所示：

像素操作设置

在canvas中我们可以直接通过ImageData对象操纵像素数据，直接读取或将数据数组写入该对象中，接下来我们开始讲解如何控制图像使其平滑(反锯齿)以及如何从canvas画布中保存对象。在让一些代码中我们通过getImageData获取图片的像素数据，并对其进行像素数据的修改，如下：

html 复制代码 
<body>
    <canvas id="canvas" width="600" height="400"></canvas>
    <script>
        let canvas = document.getElementById("canvas");      
        // 获取2维画笔，上下文对象
        let ctx = canvas.getContext("2d");
        // 获取图片
        let img = new Image();
        img.src = "./1.jpg"
        img.onload = function () {
            ctx.drawImage(img, 0, 0, 600, 400);
            let imageData = ctx.getImageData(0, 0, 600, 400) // 获取图片信息数组
            for (let i = 0; i < imageData.data.length; i+=4) {
                // 计算当前像素的平均值
                let avg = (imageData.data[i] + imageData.data[i+1] + imageData.data[i+2]) / 3;
                imageData.data[i] = avg
                imageData.data[i + 1] = avg
                imageData.data[i + 2] = avg
                imageData.data[i + 3] = 255
            }
            // 将修改后的数据呈现渲染到画布上
            ctx.putImageData(imageData, 0, 0)
        }
    </script>
</body>

最终呈现的效果如下所示，可以看到我们对原本的图片实现了一个复古效果的展示：

如果想实现对图片像素的反向操作，可以设置如下的代码进行实现：

呈现的效果如下所示：

如果想绘制从某一坐标到另一坐标的的区域位置的话，可以通过如下代码操作：

javascript 复制代码 
ctx.putImageData(imageData, 0, 0, 300, 200, 600, 400)
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