Canvas学习:绘制箭头

beyondqxch 2年前
   <p>在这篇文章中主要来聊在Canvas中怎么绘制箭头。在Canvas的 CanvasRenderingContext2D 对象中是没有提供绘制箭头的方法,言外之意,在Canvas中要绘制箭头是需要自己封装函数来处理。那今天的主题就是来看怎么封装绘制箭头的函数。</p>    <h2>了解一些基础知识</h2>    <p>平常我们常常看到的一些箭头样式如下图所示:</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/ed323b27f6bd37a6b0f21f4e145d694b.png"></p>    <p>在绘制箭头最关键之处就是处理箭头:</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/ba33d05500f1175127adce37720d9801.png"></p>    <p>其包括几个部分:</p>    <ul>     <li>一条直线,从起点 P1 到终点 P2</li>     <li>终点 P2 向这条直线两侧扩展,将会产生一个 P3 和 P4 点</li>     <li>另外 P2P3 或者 P2P4 构成箭头斜线率</li>     <li>箭头斜线和直线有一个夹角 theta ( θ )</li>     <li>指定箭头的长度 d</li>    </ul>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/a97775cff946fe5436913b5bd34bf97e.png"></p>    <p>从上图上我们可以看出,控制一个箭头,可以通过这几个参数来控制:</p>    <ul>     <li>起点 P1 ( (fromX, fromY) )</li>     <li>终点 P2 ( (toX, toY) )</li>     <li>斜线率 headlen</li>     <li>夹角 theta ( θ )</li>    </ul>    <p>对于箭头的 P3 和 P4 点,我们就需要通过相应的 三角函数 计算得来。</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/9c31bdef721e2693407719fcbe71067b.png"></p>    <p>那么 P3 的坐标可以轻易计算出来:</p>    <pre>  p3[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P3对应的X坐标  p3[1] = p2[1] - Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P3对应的Y坐标</pre>    <p>用同样的方法可以计算出 P4 坐标:</p>    <pre>  p4[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P4对应的X坐标  p3[1] = p2[1] + Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P4对应的Y坐标</pre>    <p>除此之外,还有一个关键,就是箭头的角度。获取箭头的角度,可以直接通过 atan2(y,x) 来获取。这也就涉及到三角函数中的 反正切函数 。</p>    <p>在三角函数中,两个参数的函数 atan2 是正切函数 tan 的一个变种。对于任意不同时等于 0 的实参数 x 和 y , atan2(y,x) 所表达的意思是坐标原点为起点,指向 (x,y) 的射线在坐标平面上与x轴正方向之间的角的角度。当 y>0 时,射线与 x 轴正方向的所得的角的角度指的是 x 轴正方向绕逆时针方向到达射线旋转的角的角度;而当 y<0 时,射线与 x 轴正方向所得的角的角度指的是 x 轴正方向绕顺时针方向达到射线旋转的角的角度。</p>    <p>在几何意义上, atan2(y, x) 等价于 atan(y/x) ,但 atan2 的最大优势是可以正确处理 x=0 而 y≠0 的情况,而不必进行会引发除零异常的 y/x 操作。</p>    <p>简单的用下图来阐述:</p>    <p> </p>    <p>在一个单位圆内 atan2 函数在各点的取值。圆内标注代表各点的取值的幅度表示。图片中,从最左端开始,角度的大小随着逆时针方向逐渐从 -π 增大到 +π ,并且角度大小在点位于最右端时,取值为 0 。另外要注意的是,函数 atan2(y,x) 中参数的顺序是倒置的, atan2(y,x) 计算的值相当于点 (x,y) 的角度值。</p>    <p>简单的了解了反正切函数,我们回到我们的主题中。</p>    <p>先来看一张图:</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/8e1747ce212f2eb0e3ce265ad070e5e2.png"></p>    <p>通过 Math.atan2() 函数计算出 angle :</p>    <pre>  angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX)</pre>    <p>为了和 θ 的单位值相匹配,将上面的公式进行一下转换:</p>    <pre>  angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX) * 180 / Math.PI</pre>    <p>除此之外,还需要计算出箭头两条侧边线的夹角:</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/234a70d1087ef4bd243d2d6fc52ed63d.png"></p>    <pre>  angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180;  angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180;</pre>    <p>感觉有点零乱,其实我自己也瞎折腾了好几天。</p>    <h2>封装绘制箭头函数</h2>    <p>通过前面的内容,可能对绘制箭头有一定的理论基础,接下来,我们看如何封装箭头函数。</p>    <pre>  drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color)</pre>    <p>这里我们传了九个参数:</p>    <ul>     <li>ctx :Canvas绘图环境</li>     <li>fromX, fromY :起点坐标(也可以换成 p1 ,只不过它是一个数组)</li>     <li>toX, toY :终点坐标 (也可以换成 p2 ,只不过它是一个数组)</li>     <li>theta :三角斜边一直线夹角</li>     <li>headlen :三角斜边长度</li>     <li>width :箭头线宽度</li>     <li>color :箭头颜色</li>    </ul>    <p>根据前面的内容,我们可以这样来写这个函数:</p>    <pre>  function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY,theta,headlen,width,color) {        theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30;      headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10;      width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1;      color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000';        // 计算各角度和对应的P2,P3坐标      var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI,          angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180,          angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180,          topX = headlen * Math.cos(angle1),          topY = headlen * Math.sin(angle1),          botX = headlen * Math.cos(angle2),          botY = headlen * Math.sin(angle2);        ctx.save();      ctx.beginPath();        var arrowX = fromX - topX,          arrowY = fromY - topY;        ctx.moveTo(arrowX, arrowY);      ctx.moveTo(fromX, fromY);      ctx.lineTo(toX, toY);      arrowX = toX + topX;      arrowY = toY + topY;      ctx.moveTo(arrowX, arrowY);      ctx.lineTo(toX, toY);      arrowX = toX + botX;      arrowY = toY + botY;      ctx.lineTo(arrowX, arrowY);      ctx.strokeStyle = color;      ctx.lineWidth = width;      ctx.stroke();      ctx.restore();  }</pre>    <p>这个时候,只需要调用这个封装好的函数,我们就可以轻松的绘制一条向右的箭头:</p>    <pre>  drawArrow(ctx, 150, 100, 400,100,30,30,10,'#f36');</pre>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/2b1663e1151990e819566afb947e8933.png"></p>    <p>改变不同的坐标,可以得到不同方向的箭头:</p>    <pre>  // 向右箭头  drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#f36');  // 向下箭头  drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2  + 150,30,30,4,'#f66');  // 向左箭头  drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 - 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#0f6');  // 向上箭头  drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2 - 150,30,30,4,'#d6f');</pre>    <p>有的时候,我们需要线的两头都要有箭头形状,在上面的基础上,稍加修改,增加一个反项的代码即可:</p>    <pre>  function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color) {      theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30;      headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10;      width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1;      color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000';        var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI,          angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180,          angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180,          topX = headlen * Math.cos(angle1),          topY = headlen * Math.sin(angle1),          botX = headlen * Math.cos(angle2),          botY = headlen * Math.sin(angle2);          ctx.save();      ctx.beginPath();        var arrowX = fromX - topX,          arrowY = fromY - topY;      ctx.moveTo(arrowX, arrowY);      ctx.lineTo(fromX, fromY);      arrowX = fromX - botX;      arrowY = fromY - botY;      ctx.lineTo(arrowX, arrowY);      ctx.moveTo(fromX, fromY);      ctx.lineTo(toX, toY);        // Reverse length on the other side      arrowX = toX + topX;      arrowY = toY + topY;      ctx.moveTo(arrowX, arrowY);      ctx.lineTo(toX, toY);      arrowX = toX + botX;      arrowY = toY + botY;      ctx.lineTo(arrowX, arrowY);      ctx.strokeStyle = color;      ctx.lineWidth = width;      ctx.stroke();      ctx.restore();  }</pre>    <p>调用函数:</p>    <pre>  drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2 - 200, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 200,myCanvas.height / 2,30,30,5,'#f36');</pre>    <p>看到的效果如下:</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/eb35774a87b9b33cda1bf82d4da8fa32.png"></p>    <p>上面我们看到的仅是一种箭头方式,文章开头,提到箭头方式有多种方式。那么我们可以将 drawArrow 功强变得更为强大一些。比如@Patrick Horgan在他的文章中提到的方法:</p>    <ul>     <li>drawHead :封装一个专门绘制箭头头部的函数,而且提供了四种样式做为选择</li>     <li>drawArrow : 封装直线箭头,并且提供两个方向</li>     <li>drawArcedArrow :函数一个曲线箭头</li>    </ul>    <p>由于代码较多,这里就不展示出来了,不过可以在对应的 CodePen示例 中查看到代码:</p>    <h2>总结</h2>    <p>这篇文章主要介绍了通过三角函数的一些知识,封装了一个箭头函数,用来帮助我们在Canvas中更轻易的绘制出箭头。因为在Canvas中没有直接提供绘制箭头的函数或者说方法。那么三角在实际中有什么哪些运用呢?大家可以发挥想象力,思考一下,写写实例。在最后一个方法中,我们其实还运用到了Canvas中的贝塞尔曲线绘制的方法。在下一节中,我们就来学习在Canvas中怎么绘制贝塞尔曲线。</p>    <p> </p>    <h3> </h3>    <p> </p>    <p>来自:http://www.w3cplus.com/canvas/drawing-arrow.html</p>    <p> </p>