html5 Canvas 绘制基本图形从直线图形到使用路径 - 直线、矩形、路径、多边形、复杂组合图形-阿里云开发者社区

html5: Canvas 绘制基本图形
从绘制直线到路径

1. Canvas 相关概念

1.1 什么是Canvas

Canvas是 HTML5 的 2D图形技术之一，是一门纯JavaScript操作的图形技术。另一个是2D图形技术为 SVG。这两者的区别在于：

`Canvas`	`SVG`
Canvas是基于位图的，放大图形会导致失真，适用于像素处理和动态渲染	SVG是基于矢量图的，放大图形不会导致失真，但不适用于像素处理和适合静态描述
Canvas是使用JavaScript动态生成的	SVG是使用XML静态描述的
若发生修改，使用Canvas需要重绘	使用SVG需要重绘

1.2 Canvas坐标系

Canvas使用的坐标系是 W3C坐标系 这与数学中的直角坐标系中的区别在于，数学直角坐标系y轴正方向向上，而W3C坐标系中的y轴正方向向下：

1.3 Canvas元素

1.3.1 基本用法

Canvas 使用一个通过JavaScript 和 HTML的<canvas>元素来绘制图形的方式，以下是 HTML 中的一个Canvas元素：

<canvas id="canvas" width="300" height="200"></canvas>

要操作Canvas绘图首先要获取 HTML <canvas> 元素的引用，然后获取这个元素的context，需要依次使用以下方法：

方法	描述
`Document.getElementById()`	取HTML 元素的引用
`getContext()`	获取这个元素的context，图像稍后将在此被渲染。

如获取上面id属性值为 canvas的上下文对象（context）：

const canvas = document.getElementById('canvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

在 HTML 中，你需要指定canvas元素的宽度和高度作为你的画布大小，宽度和高度都为纯数字。

后文默认使用变量名 cts 表示一个已经获取的Canvas上下文对象（CanvasRenderingContext2D）

1.3.2 在 TypeScript 中的用法

在TypeScript中你需要指定类型。在这里，getElementById()方法返回的类型应该被断言为 HTMLCanvasElement 而非直接断言成普通的 HTMLElement。

HTMLCanvasElement 接口提供用于操作元素布局和表示的属性和方法。HTMLCanvasElement 接口还继承了HTMLElement 接口的属性和方法。

<canvas id="canvas" width="300" height="200" ></canvas>
<script lang="ts">
  let canvas = document.getElementById("canvas") as HTMLCanvasElement;
  let ctx = canvas.getContext("2d") as CanvasRenderingContext2D;
</script>

2. Canvas 绘制直线

2.1 直线与路径：从绘制基本线段开始

不同于 SVG，只支持两种形式的图形绘制：矩形和路径（由一系列点连成的直线段）。所有其他类型的图形都是通过一条或者多条路径组合而成的。不过，我们拥有众多路径生成的方法让复杂图形的绘制成为了可能。

我们可以使用以下两个方法来配合绘制直线：

方法	描述	说明
`moveTo`(x, y)	将一个新的子路径的起始点移动到(x，y)坐标	-
`lineTO`(x, y)	使用直线连接子路径的终点到x，y坐标的方法	并不会真正地绘制

var canvas = document.getElementById("canvas");
var ctx = canvas.getContext("2d");
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(50,50);
ctx.lineTo(200, 50);
ctx.stroke();

2.1.1 CanvasRenderingContext2D 对象的 `moveTo()` 方法

将一个 新的子路径的起始点 移动到(x，y)坐标的方法。

语法

void ctx.moveTo(x, y);

2.1.2 CanvasRenderingContext2D 对象的 `lineTo()` 方法

使用直线连接子路径的终点到x，y坐标的方法（并不会真正地绘制）

语法

void ctx.lineTo(x, y);

参数

参数	描述
`x`	点的 x 轴。
`y`	点的 y 轴。

2.1.3 CanvasRenderingContext2D 对象的 `stroke()` 方法

使用非零环绕规则，根据当前的画线样式，绘制当前或已经存在的路径的方法。

语法

void ctx.stroke();
void ctx.stroke(path);

参数

参数	描述	说明
path	绘制`Path2D`的路径	`Path2D`对象用于声明路径

2.2. Canvas 绘制矩形

2.2.1 通过绘制直线的方法绘制矩形

ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = 'red';
ctx.moveTo(0,0);
ctx.lineTo(160,0);
ctx.lineTo(160,100);
ctx.lineTo(0,100);
ctx.lineTo(0,0);
ctx.stroke();

效果如下：

2.2.2 通过 CanvasRenderingContext2D 对象的矩形方法

2.2.2.1 `rect`(x, y, width, height) 方法

创建矩形路径的方法，矩形的起点位置是 (x, y) ，尺寸为 width 和 height。矩形的4个点通过直线连接，子路径做为闭合的标记，所以你可以填充或者描边矩形。

语法

void ctx.rect(x, y, width, height);

例如

ctx.beginPath();
ctx.rect(10, 30, 200, 100);
ctx.fill();

效果如下：

2.2.2.2 `fillRect`(x, y, width, height)

CanvasRenderingContext2D.fillRect() 函数是Canvas 2D API 绘制填充矩形的方法。当前渲染上下文中的fillStyle 属性决定了对这个矩形对的填充样式。

这个方法是直接在画布上绘制填充，并不修改当前路径，所以在这个方法后面调用 fill() 或者stroke()方法并不会对这个方法有什么影响。

语法

void ctx.fillRect(x, y, width, height);

参数：

x：矩形起始点的 x 轴坐标。
y：矩形起始点的 y 轴坐标。
width：矩形的宽度。
height：矩形的高度。

fillRect()方法绘制一个填充了内容的矩形，这个矩形的开始点（左上点）在(x, y) ，它的宽度和高度分别由width 和 height 确定，填充样式由当前的fillStyle 决定。

例如

ctx.fillStyle = 'yellow';
ctx.fillRect(60, 20, 200, 100);

效果如下：

2.2.2.3 `strokeRect`(x, y, width, height)

该方法使用当前的绘画样式，描绘一个起点在 (x, y) 、宽度为 w 、高度为 h 的矩形的方法。

语法

void ctx.strokeRect(x, y, width, height);

例如

ctx.shadowColor = '#5F9CFA';
ctx.shadowBlur = 30;
ctx.lineJoin = 'bevel';
ctx.lineWidth = 15;
ctx.strokeStyle = '#5FFA7A';
ctx.strokeRect(30, 30, 90, 90);

效果如下：

2.2.2.4 `clearRect`(x, y, width, height)

该方法通过把像素设置为透明以达到擦除一个矩形区域的目的。

语法

void ctx.clearRect(x, y, width, height);

参数	描述
x	矩形起点的 x 轴坐标。
y	矩形起点的 y 轴坐标。
width	矩形的宽度。
height	矩形的高度。

例如

除整个画布：

ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

清除画布一个区域显现出矩形：

// 绘制背景色
ctx.beginPath();
ctx.fillStyle = '#eca601';
ctx.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 绘制矩形清除区域
ctx.clearRect(10, 10, 120, 100);

效果如下：

3 Canvas 路径

3.1 什么是 Canvas 路径

在Canvas中除了下一节中的矩形提供了直接绘制方法，其它的所有Canvas基本图形，包括上一小节中的直线，以及圆形、弧线、贝塞尔曲线，都是以路径为基础进行绘制的。

3.2 操作 Canvas 路径的方法

1. 操作路径

方法	描述	说明
beginPath()	清空子路径列表开始一个新的路径。	当你想创建一个新的路径时，调用此方法。
closePath()	使笔点返回到当前子路径的起始点。它尝试从当前点到起始点绘制一条直线。	如果图形已经是封闭的或者只有一个点，那么此方法不会做任何操作。
moveTo()	将一个新的子路径的起始点移动到(x，y)坐标。	参见 2.1.1 节
lineTo()	使用直线连接子路径的最后的点到x,y坐标。	参见 2.1.2 节
bezierCurveTo()	添加一个3次贝赛尔曲线路径。该方法需要三个点。第一、第二个点是控制点，第三个点是结束点。起始点是当前路径的最后一个点，绘制贝赛尔曲线前，可以通过调用 moveTo() 进行修改。
quadraticCurveTo()	添加一个2次贝赛尔曲线路径。
arc()	绘制一段圆弧路径，圆弧路径的圆心在 (x, y) 位置，半径为 r ，根据anticlockwise （默认为顺时针）指定的方向从 startAngle 开始绘制，到 endAngle 结束。
arcTo()	根据控制点和半径绘制圆弧路径，使用当前的描点(前一个moveTo或lineTo等函数的止点)。根据当前描点与给定的控制点1连接的直线，和控制点1与控制点2连接的直线，作为使用指定半径的圆的切线，画出两条切线之间的弧线路径。
ellipse()	添加一个椭圆路径，椭圆的圆心在（x,y）位置，半径分别是radiusX 和 radiusY ，按照anticlockwise （默认顺时针）指定的方向，从 startAngle 开始绘制，到 endAngle 结束。	实验中的功能
rect()	创建一个矩形路径，矩形的起点位置是 (x, y) ，尺寸为 width 和 height。
stroke()	使用非零环绕规则，根据当前的画线样式，绘制当前或已经存在的路径的方法。	参见 2.1.3节

2. 绘制路径

方法	描述	说明
fill()	使用当前的样式填充子路径。
stroke()	使用当前的样式描边子路径。
drawFocusIfNeeded()	如果给定的元素获取了焦点，那么此方法会在当前的路径绘制一个焦点。
scrollPathIntoView()	将当前或给定的路径滚动到窗口。
clip()	从当前路径创建一个剪切路径。在 clip() 调用之后，绘制的所有信息只会出现在剪切路径内部。
isPointInPath()	判断当前路径是否包含检测点。
isPointInStroke()	判断检测点是否在路径的描边线上。

3.2.1 `beginPath`() 方法

清空子路径列表开始一个新的路径。当你想创建一个新的路径时，调用此方法。

语法

void ctx.beginPath();

例如

// 第一条路径
ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.moveTo(30,30);
ctx.lineTo(0,200);
ctx.stroke();
// 第二条路径
ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = '#FE5B5C';
ctx.moveTo(30,30);
ctx.lineTo(120,120);
ctx.stroke();

效果如下：

效果图（其中边框是为了展示canvas画布区域有意添加上去的）

3.2.2 `closePath`() 方法

该方法将笔点返回到当前子路径起始点 。它尝试从当前点到起始点绘制一条直线。如果图形已经是封闭的或者只有一个点，那么此方法不会做任何操作。

语法

void ctx.closePath();

例子

不使用该方法时：

ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.moveTo(0,0);
ctx.lineTo(200,20);
ctx.lineTo(120,120);
ctx.stroke();

效果如下：

效果图（其中边框是为了展示canvas画布区域有意添加上去的）

使用该方法返回到当前子路径起始点后：

ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.moveTo(0,0);
ctx.lineTo(200,20);
ctx.lineTo(120,120);
ctx.closePath(); // 绘制三角形的最后一条线
ctx.stroke();

效果如下：

效果图（其中边框是为了展示canvas画布区域有意添加上去的）

3.2.3 `bezierCurveTo`(cp1x, cp1y, cp2x, cp2y, x, y) 方法

该方法用于绘制三次贝赛尔曲线路径。

贝塞尔曲线它是依据四个位置任意的点坐标绘制出的一条光滑曲线。它通过控制 曲线上的四个点 （起始点、终止点 以及 两个相互分离的中间点 ）来创造、编辑图形。

其中起重要作用的是位于曲线中央的控制线。这条线是虚拟的，中间与贝塞尔曲线交叉，两端是控制端点。移动两端的端点时贝塞尔曲线改变曲线的曲率（弯曲的程度）；移动中间点（也就是移动虚拟的控制线）时，贝塞尔曲线在起始点和终止点锁定的情况下做均匀移动。

语法

void ctx.bezierCurveTo(cp1x, cp1y, cp2x, cp2y, x, y);

参数	描述
`cp1x`	第一个控制点的 x 轴坐标。
`cp1y`	第一个控制点的 y 轴坐标。
`cp2x`	第二个控制点的 x 轴坐标。
`cp2y`	第二个控制点的 y 轴坐标。
`x`	结束点的 x 轴坐标。
`y`	结束点的 y 轴坐标。

例如：

ctx.beginPath();
ctx.moveTo(20,20);
ctx.bezierCurveTo(230, 30, 150, 60, 50, 100);
ctx.stroke();
// 绘制相关点
ctx.fillStyle = 'blue';
ctx.fillRect(20, 20, 10, 10);// 起点
ctx.fillRect(50, 100, 10, 10);// 终点
ctx.fillStyle = 'red';
ctx.fillRect(230, 30, 10, 10);// 控制点1
ctx.fillRect(150, 70, 10, 10);// 控制点2

效果如下：

3.2.4 `quadraticCurveTo`(cpx, cpy, x, y) 方法

该方法是 Canvas 2D API 新增 二次贝塞尔曲线路径 的方法。它需要2个点。第一个点是控制点，第二个点是终点。 起始点是 当前路径最新的点，当创建二次贝赛尔曲线之前，可以使用 moveTo() 方法进行改变。

语法

void ctx.quadraticCurveTo(cpx, cpy, x, y);

参数	描述
cpx	控制点的 x 轴坐标。
cpy	控制点的 y 轴坐标。
x	终点的 x 轴坐标。
y	终点的 y 轴坐标。

例如

ctx.beginPath();
ctx.moveTo(50, 20);
ctx.quadraticCurveTo(230, 30, 50, 100);
ctx.stroke();
ctx.fillStyle = 'blue';
ctx.beginPath();
ctx.arc(50, 20, 5, 0, 2 * Math.PI);   // 起始点
ctx.arc(50, 100, 5, 0, 2 * Math.PI);  // 终点
ctx.fill();
ctx.fillStyle = 'red';
ctx.beginPath();
ctx.arc(230, 30, 5, 0, 2 * Math.PI); // 控制点
ctx.fill();

效果如下：

3.2.5 `arc`(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise) 方法

该方法用于绘制圆弧路径。圆弧路径的圆心在 (x, y) 位置，半径为 r ，根据anticlockwise （默认为顺时针）指定的方向从 startAngle 开始绘制，到 endAngle 结束。

语法

void ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);

参数	描述
`x`	圆弧中心（圆心）的 x 轴坐标。
`y`	圆弧中心（圆心）的 y 轴坐标。
`radius`	圆弧的半径。
`startAngle`	圆弧的起始点， x轴方向开始计算，单位以弧度表示。
`endAngle`	圆弧的终点，单位以弧度表示。
`anticlockwise`	可选的`Boolean`值，如果为 true，逆时针绘制圆弧，反之，顺时针绘制。

例如：

ctx.beginPath();
ctx.arc(50, 50, 50, 0, 2 * Math.PI);
ctx.stroke();

效果如下：

3.2.6 `arcTo`(x1, y1, x2, y2, radius) 方法

该方法根据控制点和半径绘制圆弧路径，使用当前的描点(前一个moveTo或lineTo等函数的止点)。根据当前描点与给定的控制点1连接的直线，和控制点1与控制点2连接的直线，作为使用指定半径的圆的切线，画出两条切线之间的弧线路径。

语法

void ctx.arcTo(x1, y1, x2, y2, radius);

参数	描述
`x1`	第一个控制点的 x 轴坐标。
`y1`	第一个控制点的 y 轴坐标。
`x2`	第二个控制点的 x 轴坐标。
`y2`	第二个控制点的 y 轴坐标。
`radius`	圆弧的半径。

例如

ctx.setLineDash([])
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(150, 20);
ctx.arcTo(150,100,50,20,30);
ctx.stroke();
ctx.fillStyle = 'blue';
ctx.fillRect(150, 20, 10, 10);  // 基本点
ctx.fillStyle = 'red';
ctx.fillRect(150, 100, 10, 10); // 控制点1
ctx.fillRect(50, 20, 10, 10);  // 控制点2
ctx.setLineDash([5,5])
ctx.moveTo(150, 20);
ctx.lineTo(150,100);
ctx.lineTo(50, 20);
ctx.stroke();
ctx.beginPath();
ctx.arc(120,38,30,0,2*Math.PI);
ctx.stroke();

效果如下：

3.2.7 `ellipse`(x, y, radiusX, radiusY, rotation, startAngle, endAngle, anticlockwise) 方法

语法

void ctx.ellipse(x, y, radiusX, radiusY, rotation, startAngle, endAngle, anticlockwise);

参数	描述
`x`	椭圆圆心的 x 轴坐标。
`y`	椭圆圆心的 y 轴坐标。
`radiusX`	椭圆长轴的半径。
`radiusY`	椭圆短轴的半径。
`rotation`	椭圆的旋转角度，以弧度表示(非角度度数)。
`startAngle`	将要绘制的起始点角度，从 x 轴测量，以弧度表示(非角度度数)。
`endAngle`	椭圆将要绘制的结束点角度，以弧度表示(非角度度数)。
`anticlockwise`	可选的 `Boolean` 选项，如果为 true，逆时针方向绘制椭圆（逆时针），反之顺时针方向绘制。

3.2.8 `fill`() 方法

该方法根据当前的填充样式，填充当前或已存在的路径的方法。采取非零环绕或者奇偶环绕规则。

语法

void ctx.fill();
void ctx.fill(fillRule);
void ctx.fill(path, fillRule);

参数

参数	描述	说明
fillRule	一种算法，决定点是在路径内还是在路径外。	允许的值： `"nonzero"`: 非零环绕规则，默认的规则。 `"evenodd"`: 奇偶环绕规则。
path	需要填充的Path2D 路径。	-

例子

ctx.beginPath();
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.moveTo(0,0);
ctx.lineTo(200,90);
ctx.lineTo(120,120);
ctx.closePath();
ctx.stroke();
ctx.fill();

效果如下：

3.2.10 `drawFocusIfNeeded`() 方法

该方法用来给 当前路径 或 特定路径 绘制焦点的方法，如果给定的元素获取了焦点。

语法

void ctx.drawFocusIfNeeded(element);
void ctx.drawFocusIfNeeded(path, element);

参数	描述
`element`	是否需要设置焦点的元素。
`path`	Path2D 路径。

例如

<canvas id="canvas" width="300" height="200" >
  <input id="button" type="range" min="1" max="12">
</canvas>
<script lang="ts">
let canvas = document.getElementById("canvas") as HTMLCanvasElement;
let ctx = canvas.getContext("2d") as CanvasRenderingContext2D;
let button = document.getElementById("button") as HTMLElement ;
</script>

效果如下：

3.2.11 `scrollPathIntoView`() 方法

该方法将当前或给定的路径滚动到窗口的方法。类似于 Element.scrollIntoView()。

语法

void ctx.scrollPathIntoView();
void ctx.scrollPathIntoView(path);

参数	描述
path	使用的Path2D 路径。

例如

ctx.beginPath();
ctx.fillRect(10, 10, 30, 30);
ctx.scrollPathIntoView();

3.2.12 `clip`() 方法

语法

void ctx.clip();
void ctx.clip(fillRule);
void ctx.clip(path, fillRule);

参数	描述	说明
fillRule	这个算法判断一个点是在路径内还是在路径外。	允许的值： “nonzero”: 非零环绕原则，默认的原则。 “evenodd”: 奇偶环绕原则。
path	需要剪切的 Path2D 路径。	-

例如

ctx.beginPath();
ctx.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI*2, false);
ctx.clip();
ctx.fillRect(0, 0, 100,100);

效果如下：

3.2.13 `isPointInPath`() 方法

语法

boolean ctx.isPointInPath(x, y);
boolean ctx.isPointInPath(x, y, fillRule);
boolean ctx.isPointInPath(path, x, y);
boolean ctx.isPointInPath(path, x, y, fillRule);

参数	描述	说明
`x`	检测点的X坐标
`y`	检测点的Y坐标
`fillRule`	用来决定点在路径内还是在路径外的算法。	允许的值： “nonzero”: 非零环绕规则，默认的规则。 “evenodd”: 奇偶环绕原则。
`path`	Path2D应用的路径。

返回值

一个Boolean值：

返回值	描述
true	当检测点包含在当前或指定的路径内时
false	没有检测到时

例子

ctx.rect(50, 50, 50, 50);
ctx.stroke();
let _ = ctx.isPointInPath(10, 10)
console.log(_); // true

控制台输出为：true

效果如下：

3.2.14 `isPointInStroke`() 方法

语法

boolean ctx.isPointInStroke(x, y);
boolean ctx.isPointInStroke(path, x, y);

参数	描述
`x`	检测点的X坐标。
`y`	检测点的Y坐标。
`path`	Path2D 路径。

返回值

一个Boolean值：

返回值	描述
true	当这个点在路径的描边线上时
false	不在路径的描边线上时

例子

ctx.rect(50, 50, 50, 50);
ctx.stroke();
let _ = ctx.isPointInStroke(10, 10)
console.log(_); // false

控制台输出为：false

效果如下：

4. Canvas实战：多边形与组合图形的绘制

4.1 绘制五边形

ctx.beginPath();
ctx.lineWidth = 5;
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.moveTo(100, 0); 
ctx.lineTo(195, 69);
ctx.lineTo(159, 181);
ctx.lineTo(41, 181);
ctx.lineTo(5, 69);
ctx.closePath();
ctx.stroke();

效果如下：

4.2 绘制一个五角星

ctx.beginPath();
ctx.lineWidth = 5;
ctx.strokeStyle = 'blue';
ctx.beginPath(); 
ctx.moveTo(100, 0);
ctx.lineTo(159, 181);
ctx.lineTo(5, 69);
ctx.lineTo(195, 69);
ctx.lineTo(41, 181); 
ctx.closePath();
ctx.stroke();

效果如下：

4.3 绘制房屋

// 线条宽度
ctx.lineWidth = 5;
ctx.beginPath();
// 绘制屋顶
ctx.moveTo(50, 95);
ctx.lineTo(150, 20);
ctx.lineTo(250, 95);
ctx.closePath();
ctx.stroke();
ctx.strokeRect(100, 95, 100, 100); // 绘制墙
ctx.fillRect(130, 135, 40, 60);   // 绘制门

效果如下：

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例子

不使用该方法时：

使用该方法返回到当前子路径起始点后：

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