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使用JavaScript和Canvas开发游戏（二）

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3、通过Canvas元素实现高级图像操作

http://www.brighthub.com/internet/web-development/articles/39509.aspx

这篇文章将带领大家学习使用JavaScript和Canvas元素操作图像了几种不同的方式，这些方式在Canvas元素出现之前是不可能的事儿。

上一篇文章演示了如何利用Canvas实现一个基本的图像动画。那个例子很简单，同样的效果通过修改IMG或DIV等标准HTML元素的一些属性，照样也可以轻易实现。下面我们就来演示一下画布元素的高级应用，展示一下它的真正威力。

首先，还是准备一个HTML页面。

01
<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"> 

02
 <html lang="en"> 

03
    <head> 

04
       <title>JavaScript Platformer 2</title> 

05
       <script type="text/javascript" src="jsplatformer2.js"></script> 

06
       <style type="text/css"> 

07
          body { font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;} 

08
       </style> 

09
    </head> 

10
   <body> 

11
      <p> 

12
         <a href="http://www.brighthub.com/internet/web-development/articles/38364.aspx"> 

13
            Game Development with Javascript and the canvas element 

14
         </a> 

15
      </p> 

16
      <canvas id="canvas" width="600" height="400"> 

17
         <p>Your browser does not support the canvas element.</p> 

18
      </canvas> 

19
      <br /> 

20
      <button onclick="currentFunction=alpha;">Change Alpha</button> 

21
      <button onclick="currentFunction=shear;">Shear</button> 

22
      <button onclick="currentFunction=scale;">Scale</button> 

23
      <button onclick="currentFunction=rotate;">Rotate</button> 

24
   </body> 

25
</html>

与上个一例子的HTML页面相比，唯一的区别就是添加了一些按钮。单击这些按钮，就会设置currentFunction变量（稍后介绍）的值，用以改变在渲染循环中运行的函数。

以下是 jsplatformer2.js 的代码。

// 每秒多少帧
const FPS = 30;
const SECONDSBETWEENFRAMES = 1 / FPS;
const HALFIMAGEDIMENSION = 75;
const HALFCANVASWIDTH = 300;
const HALFCANVASHEIGHT = 200;
var image = new Image();
image.src = "jsplatformer2-smiley.jpg"; //还是第一个例子中的图像
var canvas = null;
var context2D = null;
var currentFunction = null;
var currentTime = 0;
var sineWave = 0;
window.onload = init;
function init()
{
   canvas = document.getElementById('canvas');
   context2D = canvas.getContext('2d');
   setInterval(draw, SECONDSBETWEENFRAMES * 1000);
   currentFunction = scale;
}
function draw()
{
    currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES;
    sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;
    context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    context2D.save();
    context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);
    currentFunction();
    context2D.drawImage(image, 0, 0);
    context2D.restore();
}
function alpha()
{
    context2D.globalAlpha = sineWave;
}
function shear()
{
    context2D.transform(1, 0, (sineWave - 0.5), 1, 0, 0);
}
function scale()
{
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave), HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave));
    context2D.scale(sineWave, sineWave);
}
function rotate()
{
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION, HALFIMAGEDIMENSION);
    context2D.rotate(sineWave * Math.PI * 2);
    context2D.translate(-HALFIMAGEDIMENSION, -HALFIMAGEDIMENSION);
}

01
// 每秒多少帧 

02
const FPS = 30; 

03
const SECONDSBETWEENFRAMES = 1 / FPS; 

04
const HALFIMAGEDIMENSION = 75; 

05
const HALFCANVASWIDTH = 300; 

06
const HALFCANVASHEIGHT = 200; 

07
var image = new Image(); 

08
image.src = "jsplatformer2-smiley.jpg"; //还是第一个例子中的图像 

09
var canvas = null; 

10
var context2D = null; 

11
var currentFunction = null; 

12
var currentTime = 0; 

13
var sineWave = 0; 

14
window.onload = init; 

15
function init() 

16
{ 

17
   canvas = document.getElementById('canvas'); 

18
   context2D = canvas.getContext('2d'); 

19
   setInterval(draw, SECONDSBETWEENFRAMES * 1000); 

20
   currentFunction = scale; 

21
} 

22
function draw() 

23
{ 

24
    currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES; 

25
    sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2; 

26
    context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); 

27
    context2D.save(); 

28
    context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION); 

29
    currentFunction(); 

30
    context2D.drawImage(image, 0, 0); 

31
    context2D.restore(); 

32
} 

33
function alpha() 

34
{ 

35
    context2D.globalAlpha = sineWave; 

36
} 

37
function shear() 

38
{ 

39
    context2D.transform(1, 0, (sineWave - 0.5), 1, 0, 0); 

40
} 

41
function scale() 

42
{ 

43
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave), HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave)); 

44
    context2D.scale(sineWave, sineWave); 

45
} 

46
function rotate() 

47
{ 

48
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION, HALFIMAGEDIMENSION); 

49
    context2D.rotate(sineWave * Math.PI * 2); 

50
    context2D.translate(-HALFIMAGEDIMENSION, -HALFIMAGEDIMENSION); 

51
}

跟前面一样，这个JavaScript文件先定义了一些全局变量。

FPS：每秒多少帧
SECONDSBETWEENFRAMES：两帧之间间隔的秒数（FPS的倒数）
HALFIMAGEDIMENSION：要绘制图像的宽度/高度的一半，用于把图像定位到画布的中心点
HALFCANVASWIDTH：画布宽度的一半，用于配合HALFIMAGEDIMENSION使用，以便在画布上居中图像
HALFCANVASHEIGHT：画布高度的一半，用于配合HALFIMAGEDIMENSION使用，以便在画布上居中图像
currentFunction：渲染循环（参见上一篇文章）中运行的函数
currentTime：应用已经运行了多少秒
sineWave：0到1之间的一个值，用于控制图像的运动
image：要在画布上绘制的图像
canvas：画布元素的引用
context2D：画布元素的2D上下文的引用

然后，跟前面一样，要设置在window的onload事件发生时立即调用init函数（关于init函数的介绍，请参见上一篇文章）。

draw函数

下面来看一看draw函数：

function draw()
{
    currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES;
    sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;
    context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    context2D.save();
    context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);
    currentFunction();
    context2D.drawImage(image, 0, 0);
    context2D.restore();
}

01
function draw() 

02
{ 

03
    currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES; 

04
    sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2; 

05
  
06
    context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); 

07
  
08
    context2D.save(); 

09
    context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION); 

10
    currentFunction(); 

11
    context2D.drawImage(image, 0, 0); 

12
    context2D.restore(); 

13
}

这个例子要演示4种效果：修改alpha值（透明度），以及缩放、旋转和切变图像。为了展示这些效果，需要基于某一范围内的值来应用变化。变量sineWave就用来定义这个范围值的基准。

标准的正弦函数能够在-1到1之间产生非常完美的波形图。首先，我们通过递增currentTime变量来反映动画已经运行了多长时间，然后再利用这个值在正弦曲线上找到一个点。给正弦函数返回的值（从-1到1）先加1再除以2，就可以把它们转换成0到1这个范围内的值。

currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES;
sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;

1
currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES; 

2
sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;

然后，调用clearRect方法清空画布，以便为后面的绘图准备一个干净的版面。

context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

1
context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

应用到画布上面的效果是可以累积的，因而就可以利用几个简单的函数来“组合”出效果来。例如，在向屏幕上绘制之前，可能会有一艘飞船需要旋转、变换和缩放。因为所有效果都对画布起作用，所以这些效果会应用到将被绘制在屏幕上的所有对象，而不仅仅是某一幅图像或某一个形状（比如一艘飞船）。

其中，save和restore函数为应用这些累积的效果提供了一种简单的机制，可以将应用了这些效果的图像或图形绘制到画布上，然后“撤销”这些改变。后台的操作是什么呢？save函数把当前的绘制状态推进栈里，而restore函数则把最后一个状态弹出栈。还拿前面提到的飞船为例，需要执行下列操作：

调用save函数（保存当前的绘制状态）
旋转、变换和缩放上下文
绘制飞船
调用restore函数，移除自上一次调用save方法以来所添加的任何效果，也就是撤销之前的变化

在这里，我们就是要组合起来使用这两个方法。首先，在把任何效果应用到画布之前，先保存绘制状态。

context2D.save();

1
context2D.save();

保存了绘制状态之后，就该应用目标效果了。为此，首先调用translate函数，从而将随后要绘制的图像在画布上居中。

context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);

1
context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);

接下来，调用由变量currentFunction引用的函数。正是这些被引用的函数，是让图像发生alpha（透明度）变化以及缩放、旋转和切变的关键。这些函数我们稍后再介绍。

currentFunction();

1
currentFunction();

为图像应用完效果之后，就可以把它绘制到画布上面了。所以，接下来就是调用drawImage来绘图。

context2D.drawImage(image, 0, 0);

1
context2D.drawImage(image, 0, 0);

最后，再调用restore函数，把自调用save函数以来应用的所有效果从画布上移除。

context2D.restore();

1
context2D.restore();

alpha函数

function alpha()
{
    context2D.globalAlpha = sineWave;
}

1
function alpha() 

2
{ 

3
    context2D.globalAlpha = sineWave; 

4
}

通过修改上下文对象的globalAlpha属性，所有后续绘制操作的透明度都会被修改。将globalAlpha设置为0，意味着被绘制的任何对象都将完全透明，而将这个属性设置为1，则意味着任何绘制操作都会保持原有的透明度级别。在此，我们通过修改这个globalAlpha属性，可以实现笑脸的淡入和淡出效果。

shear函数

function shear()
{
    context2D.transform(1, 0, (sineWave - 0.5), 1, 0, 0);
}

1
function shear() 

2
{ 

3
    context2D.transform(1, 0, (sineWave - 0.5), 1, 0, 0); 

4
}

切变操作是通过transform函数向画布应用一个矩阵来实现的。变换矩阵本身就是一个值得研究的主题，但对我们来说，如果不想理解背后的数学原理，可以在网上找到很多标准的2D变换矩阵（http://en.wikipedia.org/wiki/Transformation_matrix#Examples_in_2D_graphics），直接使用transform函数来应用它们即可。所谓切变，其实就是把图像的顶部或底部推到一边。

scale函数

 function scale()
 {
     context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave), HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave));
56
    context2D.scale(sineWave, sineWave);
 }

1
function scale() 

2
 { 

3
     context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave), HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave)); 

4
56 

5
    context2D.scale(sineWave, sineWave); 

6
 }

顾名思义，scale（缩放）函数修改的是图像的大小。但在此之前，我们还调用了一次transalte函数。这是为了让缩放后的图像在画布上居中。如果你把这行代码注释掉，就会发现图像会从左上角向右下角膨胀。调用translate函数就是为抵消其圆心的位移，让图像始终居中。

rotate函数

function rotate()
{
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION, HALFIMAGEDIMENSION);
    context2D.rotate(sineWave * Math.PI * 2);
    context2D.translate(-HALFIMAGEDIMENSION, -HALFIMAGEDIMENSION);
}

1
function rotate() 

2
{ 

3
    context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION, HALFIMAGEDIMENSION); 

4
    context2D.rotate(sineWave * Math.PI * 2); 

5
    context2D.translate(-HALFIMAGEDIMENSION, -HALFIMAGEDIMENSION); 

6
}

与scale函数类似，rotate（旋转）函数的作用也正如其名：旋转图像。与scale函数同样类似的是，这里也额外调用了translate函数以确保图像围绕中心点而不是左上角旋转。建议大家把对translate函数的调用注释掉，自己看一看结果有什么不同。

刚刚我们看到了使用画布元素实现的4种也还算简单的效果，这些效果使用标准的HTML元素几乎是不可能做到的。其中，有的效果可以使用scale和rotate等内置函数来实现，而使用transform函数则可以完成大量的图像操作（切变只是其中之一）。

看看Demo吧。http://webdemos.sourceforge.net/jsplatformer2/jsplatformer2.html

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文章信息

作者：为之漫笔来源：为之漫笔
标签： Canvas 游戏
发布时间：2011-08-21 10:21:26

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