使用JavaScript和Canvas开发游戏之使用Canvas


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。


  1.  
  2.  <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN">  
  3.  <html lang="en">  
  4.     <head>  
  5.        <title>JavaScript Platformer 2</title>  
  6.        <script type="text/javascript" src="jsplatformer2.js"></script>  
  7.        <style type="text/css">  
  8.           body { font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;}  
  9.        </style>  
  10.     </head>  
  11.    <body>  
  12.       <p>  
  13.          <a href="http://www.brighthub.com/internet/web-development/articles/38364.aspx">  
  14.             Game Development with Javascript and the canvas element  
  15.          </a>  
  16.       </p>  
  17.       <canvas id="canvas" width="600" height="400">  
  18.          <p>Your browser does not support the canvas element.</p>  
  19.       </canvas>  
  20.       <br />  
  21.       <button onclick="currentFunction=alpha;">Change Alpha</button>  
  22.       <button onclick="currentFunction=shear;">Shear</button>  
  23.       <button onclick="currentFunction=scale;">Scale</button>  
  24.       <button onclick="currentFunction=rotate;">Rotate</button>  
  25.    </body>  
  26. </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。


  1.  
  2. // 每秒多少帧  
  3. const FPS = 30;  
  4. const SECONDSBETWEENFRAMES = 1 / FPS;  
  5. const HALFIMAGEDIMENSION = 75;  
  6. const HALFCANVASWIDTH = 300;  
  7. const HALFCANVASHEIGHT = 200;  
  8. var image = new Image();  
  9. image.src = "jsplatformer2-smiley.jpg"//还是第一个例子中的图像  
  10. var canvas = null;  
  11. var context2D = null;  
  12. var currentFunction = null;  
  13. var currentTime = 0;  
  14. var sineWave = 0;  
  15.  
  16. window.onload = init;  
  17.  
  18. function init()  
  19. {  
  20.    canvas = document.getElementById('canvas');  
  21.    context2D = canvas.getContext('2d');  
  22.    setInterval(draw, SECONDSBETWEENFRAMES * 1000);  
  23.    currentFunction = scale;  
  24. }  
  25.  
  26. function draw()  
  27. {  
  28.     currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES;  
  29.     sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;  
  30.  
  31.     context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);  
  32.  
  33.     context2D.save();  
  34.  
  35.     context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);  
  36.  
  37.     currentFunction();  
  38.  
  39.     context2D.drawImage(image, 0, 0);  
  40.  
  41.     context2D.restore();  
  42. }  
  43.  
  44. function alpha()  
  45. {  
  46.     context2D.globalAlpha = sineWave;  
  47. }  
  48.  
  49. function shear()  
  50. {  
  51.     context2D.transform(1, 0, (sineWave - 0.5), 1, 0, 0);  
  52. }  
  53.  
  54. function scale()  
  55. {  
  56.     context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave), HALFIMAGEDIMENSION * (1 - sineWave));  
  57.     context2D.scale(sineWave, sineWave);  
  58. }  
  59.  
  60. function rotate()  
  61. {  
  62.     context2D.translate(HALFIMAGEDIMENSION, HALFIMAGEDIMENSION);  
  63.     context2D.rotate(sineWave * Math.PI * 2);  
  64.     context2D.translate(-HALFIMAGEDIMENSION, -HALFIMAGEDIMENSION);  

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:


  1.  
  2. function draw()  
  3. {  
  4.     currentTime += SECONDSBETWEENFRAMES;  
  5.     sineWave = (Math.sin(currentTime) + 1) / 2;  
  6.  
  7.     context2D.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);  
  8.  
  9.     context2D.save();  
  10.     context2D.translate(HALFCANVASWIDTH - HALFIMAGEDIMENSION, HALFCANVASHEIGHT - HALFIMAGEDIMENSION);  
  11.     currentFunction();  
  12.     context2D.drawImage(image, 0, 0);  
  13.     context2D.restore();  
  14. }  

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。


  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。


  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。


  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。


  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。


  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。


  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。


  1. context2D.restore(); 

alpha函数


  1. function alpha()  
  2. {  
  3.     context2D.globalAlpha = sineWave;  

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


  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


  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


  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


原文作者:Matthew Casperson 原文链接: Game Development with JavaScript and the Canvas element


译文作者:李松峰 译文链接:http://www.cn-cuckoo.com/2011/08/10/game-development-with-javascript-and-the-canvas-element-2554.html




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