在HTML5的Canvas上繪制橢圓的幾種方法


概述

    HTML5中的Canvas並沒有直接提供繪制橢圓的方法,下面是對幾種繪制方法的總結。各種方法各有優缺,視情況選用。各方法的參數相同:

  • context為Canvas的2D繪圖環境對象,
  • x為橢圓中心橫坐標,
  • y為橢圓中心縱坐標,
  • a為橢圓橫半軸長,
  • b為橢圓縱半軸長。

參數方程法

    該方法利用橢圓的參數方程來繪制橢圓

 

//-----------用參數方程繪制橢圓---------------------
//函數的參數x,y為橢圓中心;a,b分別為橢圓橫半軸、
//縱半軸長度,不可同時為0
//該方法的缺點是,當lineWidth較寬,橢圓較扁時
//橢圓內部長軸端較為尖銳,不平滑,效率較低
function ParamEllipse(context, x, y, a, b)
{
   //max是等於1除以長軸值a和b中的較大者
   //i每次循環增加1/max,表示度數的增加
   //這樣可以使得每次循環所繪制的路徑(弧線)接近1像素
   var step = (a > b? 1 / a : 1 / b;
   context.beginPath();
   context.moveTo(x + a, y); //從橢圓的左端點開始繪制
   for (var i = 0i < 2 * Math.PIi += step)
   {
      //參數方程為x = a * cos(i), y = b * sin(i),
      //參數為i,表示度數(弧度)
      context.lineTo(x + a * Math.cos(i), y + b * Math.sin(i));
   }
   context.closePath();
   context.stroke();
};

均勻壓縮法

    這種方法利用了數學中的均勻壓縮原理將圓進行均勻壓縮為橢圓,理論上為能夠得到標准的橢圓.下面的代碼會出現線寬不一致的問題,解決辦法看5樓simonleung的評論。

 

//------------均勻壓縮法繪制橢圓--------------------
//其方法是用arc方法繪制圓,結合scale進行
//橫軸或縱軸方向縮放(均勻壓縮)
//這種方法繪制的橢圓的邊離長軸端越近越粗,長軸端點的線寬是正常值
//邊離短軸越近、橢圓越扁越細,甚至產生間斷,這是scale導致的結果
//這種缺點某些時候是優點,比如在表現環的立體效果(行星光環)時
//對於參數a或b為0的情況,這種方法不適用
function EvenCompEllipse(context, x, y, a, b)
{
   context.save();
   //選擇a、b中的較大者作為arc方法的半徑參數
   var r = (a > b? a : b; 
   var ratioX = a / r//橫軸縮放比率
   var ratioY = b / r//縱軸縮放比率
   context.scale(ratioX, ratioY); //進行縮放(均勻壓縮)
   context.beginPath();
   //從橢圓的左端點開始逆時針繪制
   context.moveTo((x + a/ ratioX, y / ratioY);
   context.arc(x / ratioX, y / ratioY, r, 0, 2 * Math.PI);
   context.closePath();
   context.stroke();
   context.restore();
};

三次貝塞爾曲線法一

    三次貝塞爾曲線繪制橢圓在實際繪制時是一種近似,在理論上也是一種近似。 但因為其效率較高,在計算機矢量圖形學中,常用於繪制橢圓,但是具體的理論我不是很清楚。 近似程度在於兩個控制點位置的選取。這種方法的控制點位置是我自己試驗得出,精度還可以.

 

//---------使用三次貝塞爾曲線模擬橢圓1---------------------
//此方法也會產生當lineWidth較寬,橢圓較扁時,
//長軸端較尖銳,不平滑的現象
function BezierEllipse1(context, x, y, a, b)
{
   //關鍵是bezierCurveTo中兩個控制點的設置
   //0.5和0.6是兩個關鍵系數(在本函數中為試驗而得)
   var ox = 0.5 * a,
       oy = 0.6 * b;

   context.save();
   context.translate(x, y);
   context.beginPath();
   //從橢圓縱軸下端開始逆時針方向繪制
   context.moveTo(0, b); 
   context.bezierCurveTo(ox, b, a, oy, a, 0);
   context.bezierCurveTo(a, -oy, ox, -b, 0, -b);
   context.bezierCurveTo(-ox, -b, -a, -oy, -a, 0);
   context.bezierCurveTo(-a, oy, -ox, b, 0, b);
   context.closePath();
   context.stroke();
   context.restore();

};

三次貝塞爾曲線法二

    這種方法是從StackOverFlow中一個帖子的回復中改變而來,精度較高,也是通常用來繪制橢圓的方法.

 

//---------使用三次貝塞爾曲線模擬橢圓2---------------------
//此方法也會產生當lineWidth較寬,橢圓較扁時
//,長軸端較尖銳,不平滑的現象
//這種方法比前一個貝塞爾方法精確度高,但效率稍差
function BezierEllipse2(ctx, x, y, a, b)
{
   var k = .5522848,
   ox = a * k, // 水平控制點偏移量
   oy = b * k// 垂直控制點偏移量

   ctx.beginPath();
   //從橢圓的左端點開始順時針繪制四條三次貝塞爾曲線
   ctx.moveTo(x - a, y);
   ctx.bezierCurveTo(x - a, y - oy, x - ox, y - b, x, y - b);
   ctx.bezierCurveTo(x + ox, y - b, x + a, y - oy, x + a, y);
   ctx.bezierCurveTo(x + a, y + oy, x + ox, y + b, x, y + b);
   ctx.bezierCurveTo(x - ox, y + b, x - a, y + oy, x - a, y);
   ctx.closePath();
   ctx.stroke();
};

光柵法

    這種方法可以根據Canvas能夠操作像素的特點,利用圖形學中的基本算法來繪制橢圓。 例如中點畫橢圓算法等。

    其中一個例子是園友“豆豆狗”的一篇博文“HTML5 Canvas 提高班(一) —— 光柵圖形學(1)中點畫圓算法”。這種方法由於比較“原始”,靈活性大,效率高,精度高,但要想實現一個有使用價值的繪制橢圓的函數,比較復雜。比如,要當線寬改變時,算法就復雜一些。雖然是畫圓的算法,但畫橢圓的算法與之類似,可以參考下。

 

總結

 

   基本上所有的方法都不可能達到100%精確,因為受顯示器分辨率的限制。
   其實最好的方法應該是arc()+scale()。canvas繪圖庫KineticJS就是用的這種方法。
   在其他繪圖軟件中,不像HTML5的canvas那樣提供固有的arc()+scale()方法,通常用貝塞爾曲線模擬近似橢圓,無論是幾條貝塞爾曲線都是近似而已。關於用貝塞爾曲線模擬橢圓,可以參考這份資料: Drawing an elliptical arc using polylines, quadratic or cubic Bezier curves
   由於arc()+scale()是瀏覽器已經實現的方法,理論上精度最高,所以從效率、精確度和簡單易用程度上來講,都是最佳的。

   在用arc()+scale()繪制完橢圓后,context.stroke()和 context.restore()兩個方法調用的先后順序不同,產生的結果會很有意思的。通常應該先restore()再stroke()。 

Demo

下面是除光柵法之外,幾個繪制橢圓函數的演示,演示代碼如下:

<div id="CanvasWrap" style=background:#fffwidth600pxheight600pxborder1px solid black;"></div>

<script type="text/javascript">// <![CDATA[
   var canvas,
       context;
   var div = document.getElementById("CanvasWrap");
   div.innerHTML = "";
   canvas = document.createElement("canvas");
   canvas.style.width = "600px"
   canvas.style.height = "600px"
   canvas.width = 600;
   canvas.height = 600;
   context = canvas.getContext("2d");
   div.appendChild(canvas);

   function execDraw()
   {
      //解決Chrome下的線寬小於等於1的問題
      context.lineWidth = 1.1;
      context.strokeStyle="black"
      ParamEllipse(context, 130, 80, 50, 50);         //圓
      ParamEllipse(context, 130, 80, 100, 20);        //橢圓
      EvenCompEllipse(context, 130, 200, 50, 50);     //圓
      EvenCompEllipse(context, 130, 200, 100, 20);    //橢圓
      BezierEllipse1(context, 470, 80, 50, 50);       //圓
      BezierEllipse1(context, 470, 80, 100, 20);      //橢圓
      BezierEllipse2(context, 470, 200, 50, 50);      //圓
      BezierEllipse2(context, 470, 200, 100, 20);     //橢圓
      //檢測相似性(重合的程度)
      ParamEllipse(context, 300, 450, 250, 50);
      context.strokeStyle = "yellow";
      BezierEllipse1(context, 300, 450, 250, 50);
      context.strokeStyle = "blue";
      BezierEllipse2(context, 300, 450, 250, 50);
   };

   function clearCavnas()
   {
      context.clearRect(0, 0, 600, 600);
   };
// ]]></script>

<p>
   <br />
   <button onclick="execDraw();" type="button">執行</button>
   <button onclick="clearCanvas();" type="button">清理</button>
</p>

注意,要成功運行代碼,需要支持HTML5的Canvas的瀏覽器。



 


    第一次寫博客,弄了一整天,真不容易啊!博客園的暗色皮膚模板對插入的代碼顯示效果不好。為了弄代碼格式,我可是煞費苦心啊!


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