Canvas学习：绘制圆和圆弧

落日映苍穹つ 2022-09-30 05:00 671阅读 0赞

圆和圆弧是图形中基本图形之一，今天我们来了解在Canvas中怎么绘制圆和圆弧。在Canvas中绘制圆和圆弧其实和绘制[线段][Link 1]和[矩形][Link 2]一样的简单。在Canvas中，`CanvasRenderingContext2D`对象提供了两个方法（`arc()`和`arcTo()`）来绘制圆和圆弧。

## 与圆和圆弧相关的基础知识 ##

在学习如何绘制圆和圆弧之前，有一些相关的基础知识有必要先进行了解。

*  角度旋转
 *  角度和弧度
 *  正切

### 角度旋转 ###

在[坐标系][Link 3]中，旋转分为顺时针和逆时针两个方向旋转：

![canvas-8-1.png][]

### 角度和弧度 ###

在CSS中，做旋转常用到的都是角度（`deg`）。但在Canvas中绘制圆或圆弧时用到的是弧度（`rad`）。[维基百科][Link 4]中是这样描述弧度的：

> 弧度又称弪度，是平面角的单位，也是国际单位制导出单位。单位弧度定义为圆弧长度等于半径时的圆心角。角度以弧度给出时，通常不写弧度单位，或有时记为`rad`。

![Radian_cropped_color.svg][]

一个完整的圆的弧度是`2π`，所以`2π rad = 360°`，`1 π rad = 180°`，`1°=π/180 rad`，`1 rad = 180°/π`（约`57.29577951°`）。以度数表示的角度，把数字乘以`π/180`便转换成弧度；以弧度表示的角度，乘以`180/π`便转换成度数。

rad = (π / 180) * deg

同样的：

deg = (rad * 180) / π

平时我们常看到的各种弧度如下：

![Radian-common.svg][]

#### JavaScript中弧度角度换算 ####

仅难了解角度和弧度之间的关系是不够的，我们还需要知道怎么使用JavaScript来实现角度和弧度之间的换算。一个`π`大约是`3.141592653589793`，在JavaScript中对应的是`Math.PI`。那么角度和弧度之间的换算：

rad = (Math.PI * deg) / 180

同样的：

deg = (rad * 180) / Math.PI

为了方便计算和使用，可以将其封装成JavaScript函数：

function getRads (degrees) { return (Math.PI * degrees) / 180; } function getDegrees (rads) { return (rads * 180) / Math.PI; }

比如我们要将`30deg`转换成`rad`，可以直接使用：

getRads(30); // 0.5235987755982988rad
    getDegrees(0.7853981633974483); // 45deg

下图展示了常见的角度和弧度之间的换算：

![Unit_circle_angles.svg][]

### 正切 ###

[正切][Link 5]（Tangent，tan，也作tg）是[三角函数][Link 6]的一种。它是周期函数，其最小正周期为`π`（`Math.PI`）。正切函数是[奇函数][Link 7]。

> 在Canvas中常常需要和[三角函数][Link 6]打交道，这也说明了数学是多么的重要，真后悔当初没有认真学。有关于Canvas中三角函数的运用，后面我们将会花很大的篇幅来介绍。

为什么在画圆要提到正切呢？那是因为我们后面在介绍`artTo()`时会涉及到正切相关的知识。下图可以说明，正切和圆以及圆弧之间的关系，看上去一点复杂，但不用急于求成，后面会慢慢懂的：

![Circle-trig6.svg][]

有了这些基础，我们就可以开始学习在Canvas中怎么画圆和圆弧了。这也是这篇文章真正的主题，如果你等不及了，那继续往后阅读。

## arc()方法 ##

先来看`arc()`方法怎么绘制圆和圆弧。Canvas中的`arc()`方法接受六个参数：

arc(x, y, radius, startRad, endRad, [anticlockwise]);

在Canvas画布上绘制以坐标点`(x,y)`为圆心、半么为`radius`的圆上的一段弧线。这段弧线的起始弧度是`startRad`，结束弧度是`endRad`。这里的弧度是以`x`轴正方向为基准、进行顺时针旋转的角度来计算。其中`anticlockwise`表示`arc()`绘制圆或圆弧是以顺时针还是逆时针方向开始绘制。如果其值为`true`表示逆时针，如果是`false`表示为顺时针。该参数是一个可选参数，如果没有显式设置，其值是`false`（也是`anticlockwise`的默认值）。

![canvas-8-2.jpg][]

记得当初我们学数时，圆的周长与半径的关系是：`C = πd`或`C = 2πr`。具备这些基础，我们就可以使用`arc()`绘制弧线或圆了。

### 绘制弧线 ###

先来看`arc()`绘制弧线，根据上面介绍的内容，传对应参数给他：

function drawScreen () { // x,y => 圆心坐标点 // r => 圆弧半径 var arc = { x: myCanvas.width / 2, y: myCanvas.height / 2, r: 100 }, w = myCanvas.width, h = myCanvas.height; ctx.save(); ctx.lineWidth = 10; ctx.strokeStyle = '#e3f'; // startRad => getRads(-45) // endRad => getRads(45) // 顺时针旋转 ctx.beginPath(); ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r,getRads(-45),getRads(45)); ctx.stroke(); // startRad => getRads(-135) // endRad => getRads(135) // 逆时针旋转 ctx.beginPath(); ctx.strokeStyle = "#f36"; ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r,getRads(-135),getRads(135),true); ctx.stroke(); ctx.restore(); }

[![canvas-8-3.png][]][canvas-8-3.png 1]

当我们把上面的`stroke()`换`fill()`，上面的效果就不是一个弧线了：

[![canvas-8-4.png][]][canvas-8-4.png 1]

另外在`stroke()`之前调用`closePath()`，那么弧线的起始点和终止点将会以一条直接连接在一起。比如上面的示例，加上之后的效果：

ctx.beginPath();
    ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r,getRads(-45),getRads(45));
    ctx.closePath();
    ctx.stroke();

[![canvas-8-5.png][]][canvas-8-5.png 1]

`arc()`绘制弧线是不是很简单，在实际中，借助一些条件循环，我们可以做一些有意思的效果。比如下面的这个示例，使用`arc()`绘制一个声波波率放大图：

[![canvas-8-6.png][]][canvas-8-6.png 1]

**特别注意：**

*  使用`arc()`绘制图形时，如果没有设置`moveTo()`那么会从圆弧的开始的点（`startRad`处）作为起始点。如果设置了`moveTo()`，那么该点会连线到圆弧起始点。
 *  如果使用`stroke()`方法，那么会从开始连线到圆弧的起始位置。 如果是 fill 方法, 会自动闭合路径填充

![canvas-8-7.png][]

### 绘制制圆 ###

使用`arc`绘制圆和绘制圆弧是一样的，只不过绘制圆的时候`startRad`和`endRad`是相同的。比如：

function drawScreen () { var arc = { x: myCanvas.width / 2, y: myCanvas.height / 2, r: 50 }, w = myCanvas.width, h = myCanvas.height; ctx.save(); ctx.lineWidth = 2; ctx.strokeStyle = '#fff'; ctx.fillStyle = '#000'; // 绘制一个边框圆 ctx.beginPath(); ctx.arc(arc.x / 2, arc.y, arc.r, getRads(0), getRads(360), false); ctx.stroke(); // 绘制一个闭合边框圆 ctx.beginPath(); ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r, getRads(0), getRads(360), false); ctx.closePath(); ctx.stroke(); // 绘制一个填充圆 ctx.beginPath(); ctx.arc(arc.x * 1.5, arc.y, arc.r,getRads(0), getRads(360), true); ctx.fill(); //绘制一个带边框填充的圆 ctx.beginPath(); ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r / 2,getRads(0), getRads(360), false); ctx.stroke(); ctx.fill(); ctx.restore(); }

[![canvas-8-8.png][]][canvas-8-8.png 1]

来做个小练习，使用`arc()`绘制一个太极图：

*  绘制一个白色和黑色大半圆，拼成一个圆形
 *  绘制制一个小的白色半圆和另一个黑色小半圆
 *  绘制一个白色和黑色小圆点

这几个组合起来，就是我们想要的太极图：

function drawScreen () { var arc = { x: myCanvas.width / 2, y: myCanvas.height / 2, r: 100 }, w = myCanvas.width, h = myCanvas.height; ctx.save(); ctx.lineWidth = 1; // 绘制白色大圆 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#fff'; ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r, getRads(-90), getRads(90), false); ctx.fill(); // 绘制黑色大圆 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#000'; ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r, getRads(-90), getRads(90), true); ctx.fill(); // 绘制白色小圆 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#fff'; ctx.arc(arc.x, arc.y - arc.r/2, arc.r / 2,getRads(-90), getRads(90), true); ctx.fill(); // 绘制黑色小圆 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#000'; ctx.arc(arc.x, arc.y + arc.r/2, arc.r / 2,getRads(-90), getRads(90), false); ctx.fill(); // 绘制小黑点 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#000'; ctx.arc(arc.x, arc.y - arc.r/2, arc.r / 10,getRads(0), getRads(360), false); ctx.fill(); // 绘制小白点 ctx.beginPath(); ctx.fillStyle = '#fff'; ctx.arc(arc.x, arc.y + arc.r/2, arc.r / 10,getRads(0), getRads(360), false); ctx.fill(); }

[![canvas-8-9.png][]][canvas-8-9.png 1]

### 绘制扇形 ###

使用`arc()`除了可以绘制弧线和圆之外，还可以绘制扇形。绘制扇形关键点是通过`moveTo()`把起始点位置设置为圆心处，然后通过`closePath()`闭合路径。

function drawScreen () { var arc = { x: myCanvas.width / 2, y: myCanvas.height / 2, r: 100 }, w = myCanvas.width, h = myCanvas.height; ctx.save(); ctx.lineWidth = 1; ctx.strokeStyle = '#e3f'; ctx.fillStyle = '#e3f'; ctx.beginPath(); // 起始点设置在圆心处 ctx.moveTo(arc.x, arc.y); ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r,getRads(-45),getRads(45)); // 闭合路径 ctx.closePath(); ctx.stroke(); ctx.beginPath(); // 起始点设置在圆心处 ctx.moveTo(arc.x, arc.y); ctx.arc(arc.x, arc.y, arc.r,getRads(-135),getRads(135),true); // 闭合路径 ctx.closePath(); ctx.fill(); ctx.restore(); }

[![canvas-8-10.png][]][canvas-8-10.png 1]

利用这个原理，可以很轻松的实现一个饼图效果。

> 特别声明：`arc()`方法中的起始弧度参数`startRad`和结束弧度参数`endRad`都是以弧度为单位，即使你填入一个数字，例如`360`，仍然会被看作是`360`弧度。

## arcTo()方法 ##

前面学习了`arc()`方法如何绘制弧线、圆或扇形等。在Canvas中`CanvasRenderingContext2D`还提供了另一个方法`arcTo()`用来绘制弧线，但`arcTo()`绘制不出圆。为什么呢？接下来，咱们就来了解`arcTo()`的使用方法。

`arcTo()`接受五个参数：

arcTo(x1, y1, x2, y2, radius)

`arcTo()`方法将利用当前端点、端点一`(x1, y1)`和端点二`(x2, y2)`这三点所形成的夹角，然后绘制一段与夹角的两边相切并且半径为`radius`的圆上的弧线。弧线的起点就是当前端点所在边与圆的切点，弧线的终点就是商端点二`(x2,y2)`所在边与圆的切点，并且绘制的弧线是两个切点之间长度最短的那个圆弧。此外，如果当前端点不是弧线起点，`arcTo()`方法还将添加一条当前端点到弧线起点的直线线段。

上面理解起来有点吃力。事实上，`arcTo()`尽管是通过两点和半径绘制弧线或圆，但事实上是有三个点参与。也就是说，不管是否调用`arcTo()`，其实就有一个点已经存在`(x0,y0)`。这样就`(x0,y0)`和`(x1,y1)`构成一线，然后`(x1,y1)`和`(x2,y2)`构成一线，这两条线交叉点就是`(x1,y1)`。然后以`radius`绘制的圆弧或圆都会与这两条线相切。这也就是在文章开头提正切的基础。

![canvas-8-11.png][]

或者换下图，你能更好的理解。

![canvas-8-12.png][]

在 `arcTo()` 函数中，虽然参数只涉及到 `P1`也就是参数中的`(x1,y1)` 和 `P2`也就是参数中的`(x2,y2)` 两个点，实际上还有一个隐含的点，就是画布上的当前点（`P0`）也就是前面所说的`(x0,y0)`。当 `P0`, `P1`, `P2` 不重叠也不在一条直线的时候，这 `3` 个点可以构成一个三角形。想象一下，从 `P0` 开始，向 `P1` 画一条线段，从 `P1` 开始到 `P2` 再画一条线段，这两条线段形成一个夹角，然后以 `r` 画一个圆，移动这个圆将这个圆与线段 `P0P1` 和线段 `P1P2` 相切（也可能切点是在 `P0P1` 或者 `P1P2` 的延长线上），然后保留朝向 `P1` 这个点的弧线，就是 `arcTo()` 在弧线这部分做的事情。

实际绘制是这样的：

*  `moveTo()` 给出 `P0` 点坐标
 *  `arcTo()` 函数中的参数给出了 `P1` 点和 `P2` 点的坐标，以及圆形的半径 `r`
 *  计算以 `r` 为半径的圆和直线 `P0P1` 以及 `P1P2` 的切点，记为 `S` 点和 `E` 点，对应图上 `Start` 和 `End` 两个点
 *  从 `P0` 向 `S` 点画出一条线段
 *  从 `S` 点到 `E` 点，画出一段圆弧，半径为 `r`
 *  此时，画布当前点为 `E` 点
 *  然后从 `E` 点又画了一条线段到 `P2` 点，至此 `arcTo` 的工作已经完成，接下来你可以 `stroke()` 或者 `fill()` 了

来看一个绘制过程：

function drawScreen () { ctx.lineWidth = 1; ctx.strokeStyle = '#f36'; ctx.fillStyle = 'red'; // 一个起始点 ( 100, 50 ), 那么绘制其点. 颜色设置为红色 ctx.fillRect( 100 - 4, 50 - 4, 8, 8 ); // 两个参考点分别为 ( 100, 200 ) 和 ( 300, 200 ), 绘制出该点 ctx.fillRect( 100 - 4, 200 - 4, 8, 8 ); ctx.fillRect( 300 - 4, 200 - 4, 8, 8 ); // 连接两个参考点 ctx.beginPath(); ctx.strokeStyle = 'red'; ctx.moveTo( 100, 200 ); ctx.lineTo( 300, 200 ); ctx.stroke(); // 调用 arcTo 方法绘制圆弧. 记得将起始点设置为 ( 100, 50 ) ctx.beginPath(); ctx.strokeStyle = 'blue'; ctx.moveTo( 100, 50 ); ctx.arcTo( 100, 200, 300, 200, 80); ctx.stroke(); }

![canvas-8-13.gif][]

### 绘制带圆角矩形 ###

在学习Canvas中[绘制矩形][Link 8]一节时，我们提到通过`lineJoin`改变线段端点形状来模拟一个圆角矩形。通过这样的方法绘制带圆角的矩形，局限性还是非常大的。不过值得庆達的是，`acrTo()`可以轻易实现两线内切圆弧，言外之意，使用`arcTo()`来绘制一个圆角矩形是非常的方便。

圆角矩形是由四段线条和四个`1/4`圆弧组成，拆解如下。

![canvas-8-14.jpg][]

如此一来，我们就可以封装一个函数，用来绘制圆角矩形。根据上图，我们可以给这个函数，比如`drawRoundedRect()`函数传递对应的参数：

*  `ctx`：Canvas画布绘图环境
 *  `x,y`：左上角
 *  `width`：矩形宽度
 *  `height`：矩形高度
 *  `r`：矩形圆角半径
 *  `fill`： 绘制一个填充的矩形
 *  `stroke`：绘制一个边框矩形

开始封装函数：

函数封装好之后，只需要调用，就可以轻易绘制出带圆角的矩形，而且简单易用：

function drawScreen () { ctx.strokeStyle = 'rgb(150,0,0)'; ctx.fillStyle = 'rgb(0,150,0)'; ctx.lineWidth = 7; drawRoundedRect(ctx, 30, 50, 200, 220, 20, true, true); ctx.strokeStyle = 'rgb(150,0,150)'; ctx.fillStyle = 'rgba(0,0,150,0.6)'; ctx.lineWidth = 7; drawRoundedRect(ctx, 300, 100, 250, 150, 8, true, false); }

[![canvas-8-15.png][]][canvas-8-15.png 1]

是不是很简单。可以来个复杂点的练习。比如，当初火热的2048游戏。

![canvas-8-16.png][]

使用`drawRoundedRect()`函数就可以很轻易的绘制出来，有兴趣的同学不仿一试。

## 绘制月亮 ##

这节主要学习了`arc()`和`arcTo()`两个方法，学习了怎么使用这两个方法在Canvas中如何绘制圆弧或圆。那么我们来看一个小示例，结合两者来绘制一月亮。

用一张图来阐述绘制月亮的原理：

![moon.jpg][]

此图已经说明一切，直接上代码吧：

## 总结 ##

在Canvas中，`CanvasRenderingContext2D`对象提供了两个方法（`arc()`和`arcTo()`）来绘制圆和圆弧。其中`arc()`即可绘制弧线，圆，也可以绘制扇形，但`arcTo()`仅能绘制出弧线。但`arcTo()`可以更轻易的帮助我们实现带圆角的矩形。到目前为止，我们学习了在Canvas中绘制线段、矩形、弧线和圆等，但基本图形不仅仅这些，接下来我们将学习如何在Canvas中绘制箭头。感兴趣的同学，欢迎持续关注相关更新。

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原文: [ http://www.w3cplus.com/canvas/drawing-arc-and-circle.html][http_www.w3cplus.com_canvas_drawing-arc-and-circle.html] © [ w3cplus.com][w3cplus.com]

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[Link 1]: http://www.w3cplus.com/canvas/draw-lines.html
[Link 2]: http://blog.csdn.net/wulixiaoxiao1/article/details/63251468
[Link 3]: http://www.w3cplus.com/canvas/canvas-coordinate-system.html
[canvas-8-1.png]: /images/20220708/cab7eec12495417793dbc074df403cc0.png
[Link 4]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%A7%E5%BA%A6
[Radian_cropped_color.svg]: /images/20220708/f1c942c1f5d2479a9761fe3efbde52e1.png
[Radian-common.svg]: /images/20220708/43dca678cdb142f48c6918294fcc7531.png
[Unit_circle_angles.svg]: /images/20220708/982bd9166eed420a935907c20ebcbb68.png
[Link 5]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E5%88%87
[Link 6]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E8%A7%92%E5%87%BD%E6%95%B0
[Link 7]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A5%87%E5%87%BD%E6%95%B0
[Circle-trig6.svg]: /images/20220708/f8a25e167a9d4682a8fb289b5c90eae9.png
[canvas-8-2.jpg]: /images/20220708/464cf34c59624d2f9d8b834326d050d8.png
[canvas-8-3.png]: /images/20220708/8d9f9f8f7d5d4749aa90f3aaf1fb61e2.png
[canvas-8-3.png 1]: http://codepen.io/airen/full/PpOOwG/
[canvas-8-4.png]: /images/20220708/79e35cdd0d934ac4b2b395f3d960fe2f.png
[canvas-8-4.png 1]: http://codepen.io/airen/full/BWmrXr/
[canvas-8-5.png]: /images/20220708/9d88fdc963ef441db594553a2f272ee4.png
[canvas-8-5.png 1]: http://codepen.io/airen/full/pedVzY/
[canvas-8-6.png]: /images/20220708/f3c84b4e1ca64f8e94941bda69d7f76a.png
[canvas-8-6.png 1]: http://codepen.io/airen/full/Npwwgw/
[canvas-8-7.png]: /images/20220708/79fff92f82444b8c8e848540ce7adb62.png
[canvas-8-8.png]: /images/20220708/f52d06b920a842dfa2a1201908fe825a.png
[canvas-8-8.png 1]: http://codepen.io/airen/full/pedVOv/
[canvas-8-9.png]: /images/20220708/96dfbd54947149648196554f85c45b05.png
[canvas-8-9.png 1]: http://codepen.io/airen/full/wJPPQy/
[canvas-8-10.png]: /images/20220708/c7f50f073694410d9c2e8000c49ba8b8.png
[canvas-8-10.png 1]: http://codepen.io/airen/full/zZPaaj/
[canvas-8-11.png]: /images/20220708/0e98ae7d9ce54e53a519cc751c1b37bd.png
[canvas-8-12.png]: /images/20220708/0102f9302cd04c42b76ddcec0f403ee1.png
[canvas-8-13.gif]: /images/20220708/693e7103c19e4f0c9d63cafbd2fb4776.png
[Link 8]: https://www.w3cplus.com/canvas/drawing-rectangular.html
[canvas-8-14.jpg]: /images/20220708/3626e216dc4348a8a4a5a9a151f332a6.png
[canvas-8-15.png]: /images/20220708/5d277cd0a5e0474ebb4cb05124d01d63.png
[canvas-8-15.png 1]: http://codepen.io/airen/full/EWbOPG/
[canvas-8-16.png]: /images/20220708/e70864d845bd46cebd49a826dc19fe83.png
[moon.jpg]: /images/20220708/aa5f8919ba244dc28233dc4b397efa73.png
[http_www.w3cplus.com_canvas_drawing-arc-and-circle.html]: http://www.w3cplus.com/canvas/drawing-arc-and-circle.html
[w3cplus.com]: http://www.w3cplus.com/
[Link 9]: http://lib.csdn.net/base/wechat
[1460000008545203_w_276_h_261]: /images/20220708/326bafd5caae4668811168c29c3ea780.png