08 HTML5 Canvas 实现彩虹画笔绘画板指南

作者：©未枝丫
简介：JavaScript30 是 Wes Bos 推出的一个 30 天挑战。项目免费提供了 30 个视频教程、30 个挑战的起始文档和 30 个挑战解决方案源代码。目的是帮助人们用纯 JavaScript 来写东西，不借助框架和库，也不使用编译器和引用。现在你看到的是这系列指南的第 8 篇。完整指南在 GitHub，喜欢请 Star 哦♪(^∇^*)

实现效果

HTML5 Canvas 画板效果

用 HTML5 中的 Canvas 的路径绘制实现一个绘画板，可供鼠标画画，颜色呈彩虹色渐变，画笔大小同样呈渐变效果。这部分不涉及 CSS 内容，全部由 JS 来实现。在线体验请看这个链接。

涉及特性

Canvas：

  • 基本属性
    • getContext()
    • strokeStyle
    • fillStyle
    • lineCap
    • lineJoin
  • 路径绘制
    • beginPath()
    • lineTo()
    • moveTo()

鼠标事件处理：

  • mousemove
  • mousedown
  • mouseup
  • mouseout

过程指南

  1. 获取 HTML 中的 <canvas> 元素，并设定宽度和高度
  2. .getContext('2d') 获取上下文，下面以 ctx 表示
  3. 设定 ctx 基本属性
    • 描边和线条颜色
    • 线条宽度
    • 线条末端形状
  4. 绘画效果
    1. 设定一个用于标记绘画状态的变量
    2. 鼠标事件监听，不同类型的事件将标记变量设为不同值
    3. 编写发生绘制时触发的函数，设定绘制路径起点、终点
  5. 线条彩虹渐变效果（运用 hsl 的 h 值的变化，累加）
  6. 线条粗细渐变效果（设定一个范围，当超出这个范围时，线条粗细进行逆向改变

相关知识

Canvas

首先需要了解最基本的 Canvas 用法，创建一个可以绘画的环境，由对某个元素获取其用于渲染的上下文开始：

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

对于这个用于渲染的 ctx（请自动替换成上下文这个别扭的词），有一些基本样式属性可供修改，类似于配置你的调色盘：

  • lineCap：笔触的形状，有 round | butt | square 圆、平、方三种。
  • lineJoin：线条相较的方式，有 round | bevel | miter 圆交、斜交、斜接三种。
  • lineWidth：线条的宽度
  • strokeStyle：线条描边的颜色
  • fillStyle：填充的颜色

Canvas 让 JS 具备了动态绘制图形的能力，但在这里例子中我们只需要使用到一些简单的路径绘制方法，路径是点和线的集合，下面只列举了我们用到的方法：

  • beginPath()：新建一条路径
  • stroke()：绘制轮廓
  • moveTo()：（此次）绘制操作的起点
  • lineTo()：路径的终点

彩虹渐变颜色——HSL

在这个挑战中，涉及到改变线条的颜色，如何实现彩虹的渐变效果？我们需要利用 HSL 色彩模式，首先可以去这个网站 http://mothereffinghsl.com 感受一下 HSL 不同色彩值对应的效果。

  • H(hue) 代表色调，取值为 0~360，专业术语叫色相
  • S 是饱和度，可以理解为掺杂进去的灰度值，取值为 0~1
  • L 则是亮度，取值也是 0~1，或者百分比。

这之中 H 值从 0 到 360 的变化代表了色相的角度的值域变化，利用这一点就可以实现绘制时线条颜色的渐变了，只需要在它的值超过 360 时恢复到 0 重新累加即可。

  1. let hue = 0;
  3. ctx.strokeStyle = `hsl(${ hue }, 100%, 50%)`;    
  4. if(hue >= 360) hue = 0;
  5. hue++;

除此之外，如果想实现黑白水墨的颜色，可以将颜色设置为黑色，通过透明度的改变来实现深浅不一的颜色。

疑难问题

如何让按下鼠标后的轨迹画在画布上？

事件监听部分

解决这个问题，只需要将鼠标绘制时的动作分解清楚。思考或者模拟一下，在用鼠标画一条线时发生了什么：

  1. 单击鼠标-按下准备开始
  2. 移动鼠标-画线
  3. 松开手指-结束画线

这几个分解动作都有对应的鼠标事件，在编写这部分时你可以对每个事件监听 console.log(e) 来查看当前触发事件的属性、类型。对应 ctx 的操作的即是第二阶段，所以可以设定 mousemove 事件监听触发的函数进行绘制。

  1. canvas.addEventListener('mousemove', draw);

但只有这个并不够，你会发现只有 mousemove 事件监听时，只要鼠标在页面上划过都会触发函数。这时我们需要一个标记变量，来控制当前鼠标是不是处在按下的状态。

  1. let isDrawing = false;
  3. canvas.addEventListener('mousedown', isDrawing = true);
  4. canvas.addEventListener('mousemove', draw);
  5. canvas.addEventListener('mouseup', () => isDrawing = false);
  6. canvas.addEventListener('mouseout', () => isDrawing = false); // 鼠标移出画布范围时

Canvas 绘制部分

处理好事件监听，就可以编写绘制时触发的函数了。

  1. [lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];
  2. ctx.beginPath();
  3. // 起点
  4. ctx.moveTo(lastX, lastY);
  5. // 终点
  6. ctx.lineTo(e.offsetX, e.offsetY);
  7. ctx.stroke();

此处再次引入两个变量，用于存放上一次绘制线条的终点。但这个写法有一点小问题。

如何解决线条的衔接问题？

回想一下你点进来看顶部的示例动图时，有没有注意到一个细节，中间的两个数字是由一些点构成的，而不是一条线，这是由于我写的时候速度过快造成的，这是为什么呢？是我忽略了一个问题，上面这种写法下，lastX 和 offsetX 的值其实是相等的，这就出现了只绘制出一个个点的状况，所以需要改变一下更新 last 值的位置。

  2. function draw() {
  3.     /* ... */
  4.     ctx.beginPath();
  5.     // 起点
  6.     ctx.moveTo(lastX, lastY);
  7.     // 终点
  8.     ctx.lineTo(e.offsetX, e.offsetY);
  9.     ctx.stroke();
  10.     [lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];    
  11.     /* ... */
  12. }
  14. /*..*/
  16. canvas.addEventListener('mousedown', (e) => {
  17.     isDrawing = true;
  18.     [lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];
  19.     // 同样效果的写法：
  20.     lastX = e.offsetX;
  21.     lastY = e.offsetY;
  22. });

注意箭头函数里的参数 e 别忘记写。修复好问题之后，效果是下面这样，也就不会出现题图中的断断续续的情况了，此处我设置了透明度方便理解，可以观察到，当移动速度加快时，两个坐标之间会自动以直线连接起来。

不间断的路径演示图

如何让线条的颜色和粗细发生渐变？

上面已经简单介绍了 HSL 的独特性质，那如何把这个特性应用起来呢？很简单，只需要在每次新建路径时添加一个判断和累记的操作即可。颜色需要控制它的 H 值在 0~360 之间变化。

而线条粗细也是一样的道理，只需要保证它在你期望的范围内。在这里可以引入一个布尔类型的标记变量，用它的值来控制线条是变粗还是变细，在线条粗细超过我们需要的范围时，将它取反。

  1. let direction = true;
  2. ctx.lineWidth = 90;
  4. // 控制笔触大小
  5. if(ctx.lineWidth > 100 || ctx.lineWidth < 80) {
  6.     direction = !direction;
  7. } 
  8. if (direction) {
  9.     ctx.lineWidth++;
  10. } else {
  11.     ctx.lineWidth--;
  12. }

延伸思考

在手机上或者触摸屏上操作时，用鼠标并不是最好的操作方式，所以我添加了触摸操作的事件处理，但由于触摸事件中可以获取到的坐标属性名，与鼠标事件不相同，如果要同时支持触摸绘图，需要判断事件类型。

  1. // 处理鼠标点击操作
  2. if(e.type == "mousemove"){
  3.     x = e.offsetX;
  4.     y = e.offsetY;
  5. } else  {
  6. // 处理触摸屏操作
  7.     x = e.changedTouches[0].clientX;
  8.     y = e.changedTouches[0].clientY;
  9. }

这样一来，你在手机 Chrome 上也可以试一试这个网页绘图板的效果。

至此，挑战 08 就完成啦，棒棒哒！