Transformations

Ранее в этом уроке мы узнали о сетке холста и координатном пространстве . До сих пор мы использовали только сетку по умолчанию и изменили размер всего холста для наших нужд. При преобразованиях существуют более мощные способы изменения исходных координат в различные положение, поворот сетки и даже масштабирование.

Сохранение и восстановление состояния

Прежде чем перейти к методам преобразования, давайте рассмотрим два других метода, которые необходимы, когда вы начинаете создавать все более сложные рисунки.

save()
Сохраняет все состояние холста.
restore()
Восстанавливает последнее сохранённое состояние холста.

Состояние холста сохраняется в стеке. Каждый раз, когда вызывается метод save(), текущее состояние отрисовки записывается в стек. Состояние отрисовки содержит:

Вы можете вызывать метод save() столько раз, сколько захотите. В то же время, при вызове метода restore() последнее сохранённое состояние будет считано из стека, и все сохранённые настройки будут восстановлены.

Пример сохранения и восстановления состояния холста

Здесь показано, как функционирует сохранение в стек состояния отрисовки на примере последовательной отрисовки набора прямоугольников.

function draw() {
  var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');

  ctx.fillRect(0, 0, 150, 150);   // рисуем прямоугольник с настройками по умолчанию
  ctx.save();                     // сохраняем состояние

  ctx.fillStyle = '#09F';         // вносим изменения в настройки
  ctx.fillRect(15, 15, 120, 120); // рисуем прямоугольник с новыми настройками
  ctx.save();                     // сохраняем состояние

  ctx.fillStyle = '#FFF';         // вносим изменения в настройки
  ctx.globalAlpha = 0.5;
  ctx.fillRect(30, 30, 90, 90);   // рисуем прямоугольник с новыми настройками

  ctx.restore();                  // возвращаемся к предыдущим настройкам
  ctx.fillRect(45, 45, 60, 60);   // рисуем прямоугольник с восстановленными настройками

  ctx.restore();                  // возвращаемся к начальным настройкам
  ctx.fillRect(60, 60, 30, 30);   // рисуем прямоугольник с изначальными настройками
}

Сначала рисуется большой прямоугольник с настройками по умолчанию. Затем мы сохраняем состояние холста, после чего изменяем цвет заливки. Затем рисуем второй синий прямоугольник меньшего размера и опять сохраняем состояние. Снова изменяем какие-то настройки и рисуем третий полупрозрачный белый прямоугольник.

До сих пор наши действия ничем не отличались от тех, что мы делали в предыдущем разделе. Однако, как только мы сделали первый вызов restore(), последнее сохранённое состояние отрисовки было восстановлено из стека, вернув все сохранённые настройки. Если бы мы не сохранили предыдущее состояние, используя save(), нам бы пришлось менять цвет заливки и настройки прозрачности вручную для возврата к предыдущему состоянию. Для каких-нибудь двух простых свойств это, может быть, сделать не так сложно. Но если таких свойств гораздо больше, это чревато очень быстрым разрастанием кода.

Когда второй вызов restore() сделан, изначальное состояние (то самое, которое было сделано перед первым вызовом save) восстанавливается и последний нарисованный прямоугольник вновь становится чёрным.

ScreenshotLive sample

Трансляция (смещение)

Первый метод для трансформирования холста translate(). Он используется для перемещения холста в любую точку нашей сетки.

translate(x, y) (en-US)
Перемещение холста на сетке. x и y - смещение по горизонтали и вертикали соответственно.

Неплохая идея - сохранять canvas state перед использованием любых трансформаций. Обычно удобнее использовать метод restore, чем выполнять обратные преобразования, чтобы вернуться к начальному состоянию. Кроме того, если вы выполняете преобразования внутри цикла не используя save и restore, вы рискуете потерять часть рисунка, потому что он был нарисован за пределами края холста.

Пример использования translate

Этот пример демонстрирует некоторые преимущества при использовании смещения холста. Без использования метода translate() все прямоугольники будут отрисованы в одинаковой позиции (0,0). Метод translate() даёт возможность размещения прямоугольника в любой позиции без изменения параметров функции fillRect(). Это может дать некоторое упрощение для понимания и использования.

Внутри функции draw() мы вызываем fillRect() девять раз, используя два цикла for. Каждый раз мы сохраняем состояние холста, смещаем его, рисуем прямоугольник, а затем восстанавливаем исходное состояние. Заметьте, что fillRect() всегда использует одни и те же параметры, а изменение позиции фигуры осуществляется с помощью translate().

function draw() {
  var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');
  for (var i = 0; i < 3; i++) {
    for (var j = 0; j < 3; j++) {
      ctx.save();
      ctx.fillStyle = 'rgb(' + (51 * i) + ', ' + (255 - 51 * i) + ', 255)';
      ctx.translate(10 + j * 50, 10 + i * 50);
      ctx.fillRect(0, 0, 25, 25);
      ctx.restore();
    }
  }
}

ScreenshotLive sample

Поворот

Второй метод трансформации rotate(). Он используется для поворота нашего холста.

rotate(angle)
Поворачивает наш холст по часовой стрелке вокруг начальной точки на угол anglе в радианах.

Центр поворота - всегда начало координат. Для изменения координат центра мы должны сместить холст, используя метод translate().

Пример использованияrotate

В этом примере мы сначала используем rotate() для поворота прямоугольника относительно начала координат, а затем, используя translate() совместно с rotate() поворачиваем прямоугольник относительно его центра.

Памятка: Углы измеряются в радианах, а не в градусах. Для преобразования единиц используйте следующую формулу: radians = (Math.PI/180)*degrees.

function draw() {
  var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');

  // left rectangles, rotate from canvas origin
  ctx.save();
  // blue rect
  ctx.fillStyle = '#0095DD';
  ctx.fillRect(30, 30, 100, 100);
  ctx.rotate((Math.PI / 180) * 25);
  // grey rect
  ctx.fillStyle = '#4D4E53';
  ctx.fillRect(30, 30, 100, 100);
  ctx.restore();

  // right rectangles, rotate from rectangle center
  // draw blue rect
  ctx.fillStyle = '#0095DD';
  ctx.fillRect(150, 30, 100, 100);

  ctx.translate(200, 80); // translate to rectangle center
                          // x = x + 0.5 * width
                          // y = y + 0.5 * height
  ctx.rotate((Math.PI / 180) * 25); // rotate
  ctx.translate(-200, -80); // translate back

  // draw grey rect
  ctx.fillStyle = '#4D4E53';
  ctx.fillRect(150, 30, 100, 100);
}

Для поворота прямоугольника относительно его центра мы сначала смещаем начало координат, выполняем поворот, а затем выполняем обратное смещение к точке 0,0, и наконец рисуем прямоугольник.

ScreenshotLive sample

Масштабирование

Следующий метод трансформации холста - scaling. Он используется для растяжения, сжатия и отражения координатной сетки. Он может использоваться для отрисовки растянутых или сжатых по осям фигур и изображений.

scale(x, y) (en-US)
Масштабирует координатную сетку холста по горизонтали и вертикали. Оба параметра - вещественные числа. Значения меньше 1.0 уменьшают, а больше 1.0 увеличивают масштаб сетки. Значение 1.0 не изменяет его.

Используя отрицательные значения вы можете зеркально отразить направление осей. Например, используя translate(0,canvas.height); scale(1,-1); вы получите хорошо известную декартову систему координат с началом в верхнем левом углу.

По умолчанию единица координатной сетки точно соответствует одному пикселю. Если же вы, например, зададите масштабный коэффициент 0.5, то единица сетки будет равна половине пикселя, и нарисованная фигура будет иметь размер в два раза меньше оригинала. Наоборот, если задать масштабный коэффициент 2.0, единица сетки будет соответствовать двум пикселям, а нарисованная фигура станет в два раза больше.

Пример использования scale

В этом примере мы нарисуем прямоугольники, используя разные масштабные коэффициенты.

function draw() {
  var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');

  // рисуем масштабированный прямоугольник.
  ctx.save();
  ctx.scale(10, 3);
  ctx.fillRect(1, 10, 10, 10);
  ctx.restore();

  // размещаем текст, отражённый по горизонтали
  ctx.scale(-1, 1);
  ctx.font = '48px serif';
  ctx.fillText('MDN', -135, 120);
}

ScreenshotLive sample

Матричное преобразование

В заключении рассмотрим метод, который вызывает изменения в соответствии с матрицей преобразования.

transform(a, b, c, d, e, f) (en-US)
Накладывает матрицу преобразования, заданную параметрами, на текущую матрицу. Матрица преобразования задаётся следующим образом: [acebdf001]\left[ \begin{array}{ccc} a & c & e \\ b & d & f \\ 0 & 0 & 1 \end{array} \right]
If any of the arguments are Infinity the transformation matrix must be marked as infinite instead of the method throwing an exception.

Параметры функции:

a (m11)
Horizontal scaling.
b (m12)
Horizontal skewing.
c (m21)
Vertical skewing.
d (m22)
Vertical scaling.
e (dx)
Horizontal moving.
f (dy)
Vertical moving.
setTransform(a, b, c, d, e, f) (en-US)
Сбрасывает текущую матрицу преобразования, а затем вызываетtransform() в соответствии с аргументами.
resetTransform() (en-US)
Сбрасывает текущую матрицу преобразования к значению по умолчанию. Аналогично вызову ctx.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0);

Пример использования transform и setTransform

function draw() {
  var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');

  var sin = Math.sin(Math.PI / 6);
  var cos = Math.cos(Math.PI / 6);
  ctx.translate(100, 100);
  var c = 0;
  for (var i = 0; i <= 12; i++) {
    c = Math.floor(255 / 12 * i);
    ctx.fillStyle = 'rgb(' + c + ', ' + c + ', ' + c + ')';
    ctx.fillRect(0, 0, 100, 10);
    ctx.transform(cos, sin, -sin, cos, 0, 0);
  }

  ctx.setTransform(-1, 0, 0, 1, 100, 100);
  ctx.fillStyle = 'rgba(255, 128, 255, 0.5)';
  ctx.fillRect(0, 50, 100, 100);
}

ScreenshotLive sample