Canvas学习：绘制箭头

ゝ一纸荒年。 2022-05-22 23:12 504阅读 0赞

原文出处：[https://www.w3cplus.com/canvas/drawing-arrow.html][https_www.w3cplus.com_canvas_drawing-arrow.html] （本文对错误做了纠正，博主有一系列实用Canvas教程)

在这篇文章中主要来聊在Canvas中怎么绘制箭头。在Canvas的`CanvasRenderingContext2D`对象中是没有提供绘制箭头的方法，言外之意，在Canvas中要绘制箭头是需要自己封装函数来处理。那今天的主题就是来看怎么封装绘制箭头的函数。

## 了解一些基础知识 ##

平常我们常常看到的一些箭头样式如下图所示：

![canvas-9-7.png][]

在绘制箭头最关键之处就是处理箭头：

![canvas-9-1.png][]

其包括几个部分：

*  一条直线，从起点`P1`到终点`P2`
 *  终点`P2`向这条直线两侧扩展，将会产生一个`P3`和`P4`点
 *  另外`P2P3`或者`P2P4`构成箭头斜线率
 *  箭头斜线和直线有一个夹角`theta`（`θ`）
 *  指定箭头的长度`d`

![canvas-9-8.png][]

从上图上我们可以看出，控制一个箭头，可以通过这几个参数来控制：

*  起点`P1`（`(fromX, fromY)`）
 *  终点`P2`（`(toX, toY)`）
 *  斜线长度`headlen`
 *  夹角`theta`（`θ`）

对于箭头的`P3`和`P4`点，我们就需要通过相应的[三角函数][Link 1]计算得来。

![canvas-9-9.png][]

那么`P3`的坐标可以轻易计算出来(错误)：

p3[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P3对应的X坐标
    p3[1] = p2[1] - Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P3对应的Y坐标

个人补充： 上面应该是错误的。根据上图公式求x,y的值应该是： x=cosθ \* r, y=sinθ \* r, 所以应该是：

p3[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180) * headlen; // P3对应的X坐标
    p3[1] = p2[1] - Math.sin(θ * Math.PI / 180) * headlen; // P3对应的Y坐标

用同样的方法可以计算出 `P4` 坐标(错误):

p4[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180); // P4对应的X坐标
    p3[1] = p2[1] + Math.sin(θ * Math.PI / 180); // P4对应的Y坐标

同样计`P4`坐标时headlen也要参与运算:

p4[0] = P2[0] - Math.cos(θ * Math.PI / 180) * headlen; // P4对应的X坐标
    p3[1] = p2[1] + Math.sin(θ * Math.PI / 180) * headlen; // P4对应的Y坐标

除此之外， 还有一个关键，就是箭头的角度 。获取箭头的角度，可以直接通过 `atan2(y,x)` 来获取。这也就涉及到三角函数中的 [反正切函数][Link 2] 。

在三角函数中，两个参数的函数`atan2`是正切函数`tan`的一个变种。对于任意不同时等于`0`的实参数`x`和`y`，`atan2(y,x)`所表达的意思是坐标原点为起点，指向`(x,y)`的射线在坐标平面上与x轴正方向之间的角的角度。  
当`y>0`时，射线与`x`轴正方向的所得的角的角度指的是`x`轴正方向绕逆时针方向到达射线旋转的角的角度；  
而当`y<0`时，射线与`x`轴正方向所得的角的角度指的是`x`轴正方向绕顺时针方向达到射线旋转的角的角度。

在几何意义上，`atan2(y, x)` 等价于 `atan(y/x)`，但 `atan2` 的最大优势是可以正确处理 `x=0` 而 `y≠0` 的情况，而不必进行会引发除零异常的 `y/x` 操作。

简单的用下图来阐述：

![canvas-9-6.svg][]

在一个单位圆内`atan2`函数在各点的取值。圆内标注代表各点的取值的幅度表示。图片中，从最左端开始，角度的大小随着逆时针方向逐渐从`-π`增大到`+π`，并且角度大小在点位于最右端时，取值为`0`。另外要注意的是，函数`atan2(y,x)`中参数的顺序是倒置的，`atan2(y,x)`计算的值相当于点`(x,y)`的角度值。

简单的了解了反正切函数，我们回到我们的主题中。

先来看一张图：

![canvas-9-3.png][]

通过`Math.atan2()`函数计算出`angle`:

angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX)

为了和`θ`的单位值相匹配，将上面的公式进行一下转换：

angle = Math.atan2(toY - fromY, toX - fromX) * 180 / Math.PI; //弧度转角度

除此之外，还需要计算出箭头两条侧边线的夹角：

![canvas-9-4.png][]

angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180; //角度转弧度
    angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180; //角度转弧度

感觉有点零乱，其实我自己也瞎折腾了好几天。如果上面的内容不太好理解，建议你移步[阅读这篇文章][Link 3]。

## 封装绘制箭头函数 ##

通过前面的内容，可能对绘制箭头有一定的理论基础，接下来，我们看如何封装箭头函数。

drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color)

这里我们传了九个参数：

*  `ctx`：Canvas绘图环境
 *  `fromX, fromY`：起点坐标（也可以换成`p1`，只不过它是一个数组）
 *  `toX, toY`：终点坐标 (也可以换成`p2`，只不过它是一个数组)
 *  `theta`：三角斜边一直线夹角
 *  `headlen`：三角斜边长度
 *  `width`：箭头线宽度
 *  `color`：箭头颜色

根据前面的内容，我们可以这样来写这个函数：

function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY,theta,headlen,width,color) {
    
        theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30;
        headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10;
        width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1;
        color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000';
    
        // 计算各角度和对应的P2,P3坐标
        var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI,
            angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180,
            angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180,
            topX = headlen * Math.cos(angle1),
            topY = headlen * Math.sin(angle1),
            botX = headlen * Math.cos(angle2),
            botY = headlen * Math.sin(angle2);
    
        ctx.save();
        ctx.beginPath();
    
        var arrowX = fromX - topX,
            arrowY = fromY - topY;
    
        ctx.moveTo(arrowX, arrowY);
        ctx.moveTo(fromX, fromY);
        ctx.lineTo(toX, toY);
        arrowX = toX + topX;
        arrowY = toY + topY;
        ctx.moveTo(arrowX, arrowY);
        ctx.lineTo(toX, toY);
        arrowX = toX + botX;
        arrowY = toY + botY;
        ctx.lineTo(arrowX, arrowY);
        ctx.strokeStyle = color;
        ctx.lineWidth = width;
        ctx.stroke();
        ctx.restore();
    }

这个时候，只需要调用这个封装好的函数，我们就可以轻松的绘制一条向右的箭头：

drawArrow(ctx, 150, 100, 400,100,30,30,10,'#f36');

[![canvas-9-10.png][]][canvas-9-10.png 1]

改变不同的坐标，可以得到不同方向的箭头：

// 向右箭头
    drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#f36');
    // 向下箭头
    drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2  + 150,30,30,4,'#f66');
    // 向左箭头
    drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 - 150, myCanvas.height / 2,30,30,4,'#0f6');
    // 向上箭头
    drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2, myCanvas.height / 2 - 150,30,30,4,'#d6f');

有的时候，我们需要线的两头都要有箭头形状，在上面的基础上，稍加修改，增加一个反项的代码即可：

function drawArrow(ctx, fromX, fromY, toX, toY, theta, headlen, width, color) {
        theta = typeof(theta) != 'undefined' ? theta : 30;
        headlen = typeof(theta) != 'undefined' ? headlen : 10;
        width = typeof(width) != 'undefined' ? width : 1;
        color = typeof(color) != 'color' ? color : '#000';
    
        var angle = Math.atan2(fromY - toY, fromX - toX) * 180 / Math.PI,
            angle1 = (angle + theta) * Math.PI / 180,
            angle2 = (angle - theta) * Math.PI / 180,
            topX = headlen * Math.cos(angle1),
            topY = headlen * Math.sin(angle1),
            botX = headlen * Math.cos(angle2),
            botY = headlen * Math.sin(angle2);
    
    
        ctx.save();
        ctx.beginPath();
    
        var arrowX = fromX - topX,
            arrowY = fromY - topY;
        ctx.moveTo(arrowX, arrowY);
        ctx.lineTo(fromX, fromY);
        arrowX = fromX - botX;
        arrowY = fromY - botY;
        ctx.lineTo(arrowX, arrowY);
        ctx.moveTo(fromX, fromY);
        ctx.lineTo(toX, toY);
    
        // Reverse length on the other side
        arrowX = toX + topX;
        arrowY = toY + topY;
        ctx.moveTo(arrowX, arrowY);
        ctx.lineTo(toX, toY);
        arrowX = toX + botX;
        arrowY = toY + botY;
        ctx.lineTo(arrowX, arrowY);
        ctx.strokeStyle = color;
        ctx.lineWidth = width;
        ctx.stroke();
        ctx.restore();
    }

调用函数：

drawArrow(ctx, myCanvas.width / 2 - 200, myCanvas.height / 2, myCanvas.width / 2 + 200,myCanvas.height / 2,30,30,5,'#f36');

看到的效果如下：

[![canvas-9-11.png][]][canvas-9-11.png 1]

上面我们看到的仅是一种箭头方式，文章开头，提到箭头方式有多种方式。那么我们可以将`drawArrow`功强变得更为强大一些。比如@Patrick Horgan在他的文章中提到的方法：

*  `drawHead`：封装一个专门绘制箭头头部的函数，而且提供了四种样式做为选择
 *  `drawArrow`: 封装直线箭头，并且提供两个方向
 *  `drawArcedArrow`：函数一个曲线箭头

由于代码较多，这里就不展示出来了，不过可以在对应的[CodePen示例][CodePen]中查看到代码：

## 总结 ##

这篇文章主要介绍了通过三角函数的一些知识，封装了一个箭头函数，用来帮助我们在Canvas中更轻易的绘制出箭头。因为在Canvas中没有直接提供绘制箭头的函数或者说方法。那么三角在实际中有什么哪些运用呢？大家可以发挥想象力，思考一下，写写实例。在最后一个方法中，我们其实还运用到了Canvas中的贝塞尔曲线绘制的方法。在下一节中，我们就来学习在Canvas中怎么绘制贝塞尔曲线。

[![airen.jpg][]][airen.jpg 1]

### [大漠][airen.jpg 1] ###

常用昵称“大漠”，W3CPlus创始人，目前就职于手淘。对HTML5、CSS3和Sass等前端脚本语言有非常深入的认识和丰富的实践经验，尤其专注对CSS3的研究，是国内最早研究和使用CSS3技术的一批人。CSS3、Sass和Drupal中国布道者。2014年出版《 [图解CSS3：核心技术与案例实战][CSS3]》。

著作权归作者所有。

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[canvas-9-7.png]: /images/20220523/3e3ac09007614836b83d8252c1a12ee7.png
[canvas-9-1.png]: /images/20220523/38d67e60e7574b9a845e85cfa34a655c.png
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[Link 1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%E8%A7%92%E4%B8%89%E8%A7%92%E5%BD%A2
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[Link 2]: https://zh.wikipedia.org/wiki/Atan2
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[canvas-9-4.png]: /images/20220523/0786500c700b42868fb613c17761c616.png
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[canvas-9-10.png]: /images/20220523/d63f9d1467eb43eeb2ce597696499824.png
[canvas-9-10.png 1]: https://codepen.io/airen/full/Vpxyqe/
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