08 HTML5 Canvas 实现彩虹画笔绘画板指南

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小牛编辑

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2023-12-01

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

获取 HTML 中的 <canvas> 元素，并设定宽度和高度
.getContext('2d') 获取上下文，下面以 ctx 表示
设定 ctx 基本属性
- 描边和线条颜色
- 线条宽度
- 线条末端形状
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
线条彩虹渐变效果（运用 hsl 的 h 值的变化，累加）
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：

var canvas = document.getElementById('canvas');
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。

let hue = 0;
ctx.strokeStyle = `hsl(${ hue }, 100%, 50%)`;    
if(hue >= 360) hue = 0;
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：

单击鼠标-按下准备开始
移动鼠标-画线
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。

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。

let isDrawing = false;
canvas.addEventListener('mousedown', isDrawing = true);
canvas.addEventListener('mousemove', draw);
canvas.addEventListener('mouseup', () => isDrawing = false);
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。

[lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];
ctx.beginPath();
// 起点
ctx.moveTo(lastX, lastY);
// 终点
ctx.lineTo(e.offsetX, e.offsetY);
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。


function draw() {
    /* ... */
    ctx.beginPath();
    // 起点
    ctx.moveTo(lastX, lastY);
    // 终点
    ctx.lineTo(e.offsetX, e.offsetY);
    ctx.stroke();
    [lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];    
    /* ... */
}
/*..*/
canvas.addEventListener('mousedown', (e) => {
    isDrawing = true;
    [lastX, lastY] = [e.offsetX, e.offsetY];
    // 同样效果的写法：
    lastX = e.offsetX;
    lastY = e.offsetY;
});

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。

let direction = true;
ctx.lineWidth = 90;
// 控制笔触大小
if(ctx.lineWidth > 100 || ctx.lineWidth < 80) {
    direction = !direction;
} 
if (direction) {
    ctx.lineWidth++;
} else {
    ctx.lineWidth--;
}

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。

// 处理鼠标点击操作
if(e.type == "mousemove"){
    x = e.offsetX;
    y = e.offsetY;
} else  {
// 处理触摸屏操作
    x = e.changedTouches[0].clientX;
    y = e.changedTouches[0].clientY;
}

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！