本节书摘来自异步社区《HTML5游戏编程核心技术与实战》一书中的第2章，第2.3节,作者： 向峰 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
2.3 图像API
除了绘制常用的图形以外，canvas提供了一系列的API能够对图像进行操作，常见的图像API有以下3个方法。
drawImage (image, dx, dy)：把image图像绘制到画布上(dx, dy)坐标位置。
drawImage (image, dx, dy, w, h)：把image图像绘制到画布上(dx, dy)坐标位置，图像的宽度是w，高度是h。
drawImage (image, sx, sy, sw, sh, dx, dy, dw, dh)：截取image图像以(sx, sy)为左上角坐标，宽度为sw，高度为sh的一块矩形区域绘制到画布上(dx, dy)坐标位置，图像宽度是dw，高度是dh。
其中image可以是htmlImageElement元素、htmlcanvasElement元素、htmlVideoElement元素，htmlVideoElement元素是HTML5中新增加的video视频播放元素。
图2-14显示了drawImage中源图像和目标canvas之间的关系。
采用后面两种方式进行绘制的时候可以实现图像的放大和缩小。
**
2.3.1 使用canvas绘制图像**
先看一个简单的例子，我们把< image />标签中的图像显示到一个canvas中。
<body>
<h2>图片显示</h2>
<img src="img/t1.jpg" id="img1" />
<input type="button" id="btnCopy" value="拷贝图片" /><br>
<canvas id="can" width="400" height="300" ></canvas>
</body>
<script>
function $(id)
{
return document.getElementById(id);
}
$("btnCopy").onclick = function()
{
//获取canvas的上下文
var ctx = $("can").getContext("2d");
//设置canvas的大小
$("can").width = $("img1").width;
$("can").height = $("img1").height;
ctx.drawImage($("img1"), 0, 0);
}
</script>
代码中有一个图片元素、一个按钮和一个canvas元素，当点击按钮的时候首先获取了id为img1的图片的宽度和高度，然后改变canvas的大小，最后使用drawImage方法把img的图片绘制到canvas元素中，使用drawImage把img1绘制到canvas坐标(0, 0)的位置，大小和原图像一样大。
2.3.2 案例：放大镜
现在，我们可以借助drawImage方法实现一个简单的放大镜效果，效果如图2-15所示。
在这个放大镜效果中，我们可以在任意一张图片上点击，在该位置就会出现一个圆形的放大镜。实现原理也比较简单，首先，需要获取鼠标当前的位置，然后根据放大镜的尺寸，截取图片中相应大小的图片，最后通过drawImage方法把图片中的部分绘制到canvas上面。
这里涉及一个问题，放大镜是圆形的，但实际上如果直接通过canvas绘制，将最终以矩形的方式显示。这里，我们可以使用剪裁的方式进行绘制，所谓剪裁，就是在canvas中指定一块区域，在这个区域之内的都会显示，之外的一律不显示，所以如果我们把剪裁区域设置成圆形就可以了。canvas中使用context.clip()方法定义一个画布的剪裁路径，方法没有任何参数，它会使用当前的路径作为一个剪裁的区域，默认情况下，整个canvas本身就是一个剪裁路径。如 图2-16所示，图中定义了一个圆形的剪裁区域，在圆形之外的区域将不会显示。
好了，有了以上的基本知识，现在可以开始制作一个放大镜了，具体代码如下：
<body>
<h2>放大镜</h2>
<img src="img/tx1.jpg" id="s1"></img>
</body>
<script>
//根据编号获取对象
function $(id)
{
return document.getElementById(id);
}
//定义放大镜
var Glass = {
bind:function(imgId, zRat)
{
var self = this;
this.canvas = document.createElement("canvas");
this.canvas.style.display="none";
this.canvas.style.position="absolute";
this.ctx = this.canvas.getContext("2d");
this.canvas.width = 100;
this.canvas.height = 100;
this.hEle = $(imgId);
//设置放大比例
this.zRat = zRat|2;
//设置鼠标按下事件
document.body.appendChild(this.canvas);
document.body.onmousedown=function(e){
if(e.srcElement.id==imgId){
e.preventDefault();
draw(e);
//定义绘制方法
function draw(e)
{
//获取鼠标位置
var x = e.pageX, y = e.pageY;
//获取图片相对位置
var exOff = x-self.hEle.offsetLeft,
eyOff = y-self.hEle.offsetTop;
//设置获取图片周围长度
var rLen = 50/self.zRat;
self.copyImg(exOff-rLen, eyOff-rLen, rLen*2, rLen*2);
self.show(x-50, y-50);
}
document.body.onmousemove = draw;
document.body.onmouseup = function(){
self.hide();
document.body.onmousemove = null;
};
}
};
},
copyImg:function(x, y, w, h)
{
this.ctx.arc(50, 50, 50, 0, Math.PI*2, true);
//设置路径剪裁形成圆形
this.ctx.clip();
this.ctx.drawImage(this.hEle, x, y, w, h, 0, 0, 100, 100);
},
show:function(x, y)
{
this.canvas.style.display = "block";
this.canvas.style.pixelLeft = x;
this.canvas.style.pixelTop = y;
},
hide:function()
{
this.canvas.style.display = "none";
}
};
Glass.bind("s1");
</script>
除了实现静态的效果外，还可以通过drawImage实现动画效果。
2.3.3 案例：帧动画实现
来看一个比较复杂的例子，该例子中实现了一个简单的人物动画，先简单了解一下动画的原理。通常我们看到的动画称为逐帧动画，它是利用人眼睛视觉暂留的原理，即物体被移动后其形象在人眼视网膜上还可有约1秒的停留。利用这个原理，我们在一秒钟内如果连续放映20张静态的图片，这样就形成了动画的效果，当然20是最基本的要求，如果流畅的话至少要30帧/秒，也就是说每秒钟放30张静态图片，每一帧图片称为一帧，在第4章的制作游戏引擎中会详细介绍动画机制。
本例子中我们有3张人物行走的图片，这3张图片构成了人物行走的过程，为了提高效率通常情况下制作动画的时候，会把人物的动作放在一张图片中，如图2-17所示（该图截取自游戏《超级玛丽》）。
这张图片包含了玛丽行走的动画，一共由3帧组成，我们在canvas上循环绘制这三张图片就形成了玛丽行走的动画，代码如下：
<body>
<h2>图片动画</h2>
<img id="img1" src="img/mr.png" />
<input id="btnGO" type="button" value="开始" /><br>
<canvas id="c1" width="320" height="200" ></canvas><br>
</body>
<script>
//是否开始动画
var isAnimStart = false, animHandle = null;//动画句柄
//保存每帧动画起始坐标，本例图片共有3帧
var frames=[
[0, 0],
[32, 0],
[64, 0]
];
//定义每帧图像的宽度和高度
var fWidth = 32, fHeight = 32;
function $(id)
{
return document.getElementById(id);
}
//开始
function init()
{
//注册GO按钮事件
$("btnGO").onclick=function()
{
//如果没开始动画，则开始动画
if(!isAnimStart)
{
//获取canvas上下文
var ctx = $("c1").getContext("2d");
//设置当前帧序号
var fIndex = 0;
//找到canvas的中点
var cX = 160, cY = 100;
animHandle = setInterval(function(){
//先清空画布
ctx.clearRect(0, 0, 320, 200);
//绘制当前帧
ctx.drawImage(img1, frames[fIndex][0], frames[fIndex][1], fWidth, fHeight,
cX-64, cY-64, fWidth*4, fHeight*4);
//计算下一帧
fIndex++;
if(fIndex>=frames.length)
{
fIndex = 0;
}
}, 100)
$("btnGO").value = "停止";
isAnimStart = true;
}
else
{
$("btnGO").value = "开始";
clearInterval(animHandle);
isAnimStart = false;
}
}
}
init();
</script>
来看看代码功能，首先定义了几个变量，isAnimStart标记是否已经开始播放动画标记，用来切换播放和停止动画。animHandle保存定时器的句柄，可以通过它关闭定时器，定义frames数组变量记录图片中3个动作帧左上角的起始坐标，在绘制动画的时候，需要根据这个坐标来截取图片中的每帧图像。fWidth和fHeight分别表示每帧图片的宽度和高度，本例中使用的玛丽图像帧是32×32大小。然后定义init初始化方法，在该方法中绑定了开始按钮的事件，为了实现动画的播放，使用了serInterval方法，该方法每100毫秒执行一次，每次读取frames中的一帧图像，并把它显示在画布上，其核心代码是：
//先清空画布
ctx.clearRect(0, 0, 320, 200);
//绘制当前帧
ctx.drawImage(img1, frames[fIndex][0], frames[fIndex][1], fWidth，fHeight, cX-64,
cY-64, fWidth*4, fHeight*4);
这段代码首先使用ctx.clearRect方法清空整个画布，因为在定时器动画中需要每100毫秒更新画布中的内容，那么每次更新时，需要先把上个画面清除掉，然后再进行绘制，否则会把几张动画重叠起来。然后使用了ctx.drawImage方法，把img1图片中的内容复制到canvas上面，复制的时候第1个参数是选取的图片，第2～5的参数分别对应着img1图片上的一块矩形区域，最后4个参数对应着canvas上面的一块矩形区域，实际上就是把图片上的某一矩形区域部分绘制到canvas上面，由于画到canvas上面的宽度和高度分别是fWidth×4和fHeight×4，实际上也就是把原图像放大了4倍。
除了直接对图片元素操作外，canvas还提供了直接对像素元素进行处理的API。
2.3.4 像素操作
canvas另外一个非常强大的功能就是可以对图像中的任一个像素进行处理。我们知道图像实际上是由很多像素点组成，一幅宽度为320，高度200的图片是由320×200=64 000个像素点构成，每个像素由red、green、blue三种颜色组成。
canvas提供了以下API让我们可以进行像素操作。
getImageData (sx, sy, sw, sh)：获取canvas上以(sx, sy)为左上角，宽度为sw，高度为sh的一块矩形区域的像素数据。通过getImageData获取到了imageData对象，该对象有以下3个属性。
width：每行的像素数量。
height：每列的像素数量。
data：存有从canvas中获取的每个像素的RGBA的值，该数组为每个像素保存了四个值，分别是红色、绿色、蓝色和alpha透明度，每个值在0～255之间，数组填充的数据是从上到下，从左到右，比如imgData.data[0]～imgData.data[3]就保存了canvas图像中左上角第一个像素点的RGBA的数据，imgData.data[4]～imgData.data[7]保存了canvas图像中左上角第二个像素点的RGBA的数据，依次类推，从左到右，从上到下。
createImageData (sw, sh)：创建一个宽度为sw，高度为sh的imageData对象，该对象中所有的像素都是黑色的。
createImageData (imageData)：创建一个imageData对象的副本，像素值和imageData的一致。
putImageData (imageData, dx, dy, [dirtyX, dirtyY, dirtyWidth, dirtyHeight])：在绘图画布上绘制给定的ImageData对象。假如脏矩形被提供，则只有在脏矩形上面的像素被绘制。本方法对全局透明、阴影和全局组合等属性均忽略。
data数组中的数据可以获取也可以设置，我们可以把data中的数据进行修改后重新绘制达到修改图像的目的。
利用可以对像素操作的特性，我们可以完成一些简单的图像处理效果，类似于Photoshop中的滤镜效果，如转成灰度图、浮雕效果等，接下来看看相关的例子。
2.3.5 案例：转换灰度图
现在来看一个简单的像素操作的例子，该例子中会把任意一张彩色图片转换成灰度图片，如图2-18所示。
彩色图像要转换成灰度图，需要对图中的每一个像素点进行处理，我们可以通过getImage Data()方法获取每个点的像素值，然后把该点的色彩转成灰度。彩色转灰度的算法很多，这里，我们采用以下算法：
灰度值=(R×30 + G×59 + B×11 + 50) / 100
具体实现代码如下：
<body>
<h2>像素操作</h2>
<img id="img1" src="img/t1.jpg" />
<input id="btnGO" type="button" value="转成灰度图" /><br>
<canvas id="c1" width="320" height="200" ></canvas><br>
</body>
<script>
function $(id)
{
return document.getElementById(id);
}
//开始
function init()
{
//注册GO按钮事件
$("btnGO").onclick=function()
{
c1.width = img1.width;
c1.height = img1.height;
//先把image绘制到canvas上
var ctx = c1.getContext("2d");
ctx.drawImage(img1, 0, 0, c1.width, c1.height);
//获取像素数据
var imgData = ctx.getImageData(0, 0, c1.width, c1.height);
for(var i = 0;i<imgData.data.length;i+=4)
{
//获取RGB像素值
var r = imgData.data[i],
g = imgData.data[i+1],
b = imgData.data[i+2];
//计算灰度值，常用公式 Gray = (R*30 + G*59 + B*11 + 50) / 100
var gray = (r*30+g*59+b*11+50)*0.01;
imgData.data[i] = gray;
imgData.data[i+1] = gray;
imgData.data[i+2] = gray;
}
//最后把imgdata数据绘制到canvas中
ctx.putImageData(imgData, 0, 0);
}
}
init();
代码先通过contex.drawImage把图像绘制到canvas上，需要注意的是，只有canvas上有图像了才能通过getImageData获取canvas的图像数据，然后定义imgData变量得到canvas的图像数据，接着通过循环imgData数据，修改canvas图像中的每个像素数据。因为每个图像数据由4个值构成，所以循环data数据每次加4，然后接着获取每个像素的RGB值，然后通过公式转成灰度。
把彩色信息转成灰度信息后，最后重新设置每个像素的颜色值，就完成了彩色图到灰度图的转变。我们虽然改变了图像的像素值，但是还不能让图像立刻变成我们想要的样子，还需要重新把像素的数据绘制到canvas中，所以我们使用了putImageData方法。
这样就完成了整个的图像转变过程。
2.3.6 案例：浮雕效果
接下来，来实现一个浮雕效果，浮雕效果如图2-19所示。
浮雕效果的实现原理也有很多种，常用的算法是把每个点周围的8个点和一个转换矩阵进行卷积操作，得到的值作为该点的新色彩。但计算量过大，这里采用一种相对简单的算法，该算法是这样的，对于任一点的像素来说，新的色彩值等于该点的色彩和右边像素的色彩值相减，然后加上128。
具体实现如下：
<body>
<h2>像素操作</h2>
<img id="img1" src="img/t1.jpg" />
<input id="btnGO" type="button" value="转成浮雕图" />
<canvas id="c1" width="320" height="200" ></canvas><br>
</body>
<script>
function $(id)
{
return document.getElementById(id);
}
//开始
function init()
{
//注册GO按钮事件
$("btnGO").onclick=function()
{
c1.width = img1.width;
c1.height = img1.height;
//先把image绘制到canvas上
var ctx = c1.getContext("2d");
ctx.drawImage(img1, 0, 0, c1.width, c1.height);
//获取像素数据
var imgData = ctx.getImageData(0, 0, c1.width, c1.height);
var iData = imgData.data;
for(var i = 0;i<img1.height-1;i++)
{
for(var j = 0;j<img1.width;j++)
{
//获取像素在dataImage起始位置
var start = (i*img1.width+j)<<2;
var r = iData[start]-iData[start+4]+128,
g = iData[start+1]-iData[start+5]+128,
b = iData[start+2]-iData[start+6]+128;
//越界处理
r = (r<0)?0:(r>255)?255:r;
g = (g<0)?0:(g>255)?255:g;
b = (b<0)?0:(b>255)?255:b;
//转灰度图
var g=(r*30+g*59+b*11+50)*0.01;
iData[start] = g;
iData[start+1] = g;
iData[start+2] = g;
}
}
//最后把imgdata数据绘制到canvas中
ctx.putImageData(imgData, 0, 0);
}
}
init();
</script>
需要注意的是，在得到新的像素点色彩值之后，需要进行越界处理，并转成灰度色彩，否则，该像素点还有可能是彩色点。
接下来，来看看坐标变换相关的一些知识。
