canvas绘制自定义的曲线，以椭圆为例，通俗易懂，童叟无欺

2022-09-11 14:20:30

本篇文章，将讲述如何通过自定义的曲线函数，使用canvas的方式进行曲线的绘制。

为了通俗易懂，将以大家熟悉的椭圆曲线为例，进行椭圆的绘制。至于其他比较复杂的曲线，用户只需通过数学方式建立起曲线函数，然后变换成为距离函数方程，替换即可。另外：代码还没进行任何优化。

（注：本文只适合那种能在一个点为原点、基于原点的每个角度只能存在一个点的曲线，通俗说就是，过原点作直线，与曲线相交的交点最多两个，而且两交点分别位于原点两端。）

目录结构

正文：

1、数学分析

首先讲解下椭圆的构造，如图所示，数学厉害的忽视这段。

======================================分割线，数学帝请忽略这一段==================================

椭圆构造图

其中，OA,OB分别为半长轴和短长轴，通过此两线段的距离能计算出半焦距FO的长度，再确定心O的坐标就能确认整个椭圆的范围。

由此可知，清楚了OA,OB的距离，就能知道椭圆的形状。

百度百科里面讲到，

椭圆的标准方程有两种，取决于焦点所在的坐标轴：

1）焦点在X轴时，标准方程为：x²/a²+y²/b²=1 (a>b>0)

2）焦点在Y轴时，标准方程为：y²/a²+x²/b²=1 (a>b>0)

其实两个概念差不多一样，将a 和 b在方程中的位置对调就行。不详细讲。

看好，我要变形了。→_→

假设θ为∠POF，P点距离x轴的长度为Y₁的值，设为y；距离Y轴长度为X₁值，设为X，P点基于O的坐标就是(x₁,y₁)。

tanθ = y/x

y = xtanθ

带入椭圆方程 x²/a²+x²(tanθ)²/b²=1，解得(注：tanθ*tanθ，不记得是用tanθ²/tan²θ表示了，貌似是tan²θ，本文统一(tanθ)²表示)

x² = a²b² / (b²+a²(tanθ)²)，带入y = xtanθ，并进行化简得出 x²+y² = (a²b²(1+(tanθ)²)/ (b²+a²(tanθ)²)，就是说，通过a，b，θ 能计算出OP 的距离来了。

======================================分割线，忽略了上面段的可以回来了====================================

2、曲线方程

因此，得到一个方程，返回的是OP的距离

/*

    func:

          ellipseFunc:return the length

    args:

          a:[number] ellipse's a

          b:[number] ellipse's b

          theta:[number] how much of Math.PI

  */

  function ellipseFunc(a,b,theta) {

    // javascript Math对象下面的三角函数，传入的theta值必须是转换成弧度制的值，就是多少个3.141592…等等等的那个弧度制

    return Math.pow(((a*a*b*b)*(1+Math.tan(theta)*Math.tan(theta)))/(b*b+a*a*Math.tan(theta)*Math.tan(theta)),1/2);

  }

3、画一个点

既然曲线函数完毕，下面就行画图了，先从画一个点来说，网上很对关于描绘一个点的帖子，我选了ctx.fillRect(x,y,a,b)，这是绘制矩形的函数，x、y为绘制矩形的起点，就是左上角，设置a=b=1，就能绘制一个长宽各为1px大小的矩阵，个人喜欢使用其他也行。

下面是绘制一个点的函数，填充风格没有定义，在传入_ctx时是什么fillStyle就填充什么风格。

  /*

    func:

          drawPoint:draw a point

    args:

          _ctx:[object]the canvas's getContent("2d") variable

          point:[object] the point where to draw a dot such as {"x":200,"y":200}

          strokwidth:[number] the draw line's width and height

  */

  function drawPoint(_ctx,point,strokwidth){

    strokwidth = strokwidth || 1;

    if(!(_ctx !== undefined && _ctx !== null)) return false;

    var x = point.x,

        y = point.y;

    _ctx.fillRect(x,y,strokwidth,strokwidth);

    return true;

  }

4、画形状

点的绘制讲述完毕，开始画曲线了，用for循环，画图吧。

  /*

    func:

          drawShape:draw a shape

    args:

          canvasId:[string]the canvas's id

          func:[function]the shape function

          ellipse:[object] the ellipse's a and b length such as {"a":300,"b":200}

          center:[object] the draw center such as {"x":400,"y":400}

  */

  function drawShape(canvasId,func,ellipse,center){

     var _c = document.getElementById(canvasId);

    if(_c === null) return false;

    var _ctx = _c.getContext("2d");

   // 默认椭圆中心为canvas的中心

    var a = ellipse.a || 0,

        b = ellipse.b || 0,

        centerX = center.x || _c.width/2,

        centerY = center.y || _c.height/2,

        drawX,drawY,pointCX,pointCY;

    shapeGet = func;

    for(var i = 0;i <= 2*Math.PI; i+=0.0001){// 通过弧度绘图，精确到每个0.0001弧度画图，可以更加精确。但是小图的话，没必要那么精确，浪费CPU时间。

      length = shapeGet(a,b,i);

      pointCX = length*Math.cos(i);

      pointCY = length*Math.sin(i);

      drawX = centerX + pointCX;

      drawY = centerY - pointCY;

      drawPoint(_ctx,{"x":drawX,"y":drawY},1);

    }

    return true;

  }

调用方式

drawShape("myCanvas",ellipseFunc,{"a":300,"b":200},{"x":400,"y":400});

页面的全部源码如下：

<!DOCTYPE html>

<html>

  <head>

    <meta charset="utf-8">

  </head>

<body>

  <div id="cloud">

    <canvas id="myCanvas" width="800" height="800"></canvas>

  </div>

<script>

  /*

    func:

          ellipseFunc:return the length

    args:

          a:[number] ellipse's a

          b:[number] ellipse's b

          theta:[number] how much of Math.PI

  */

  function ellipseFunc(a,b,theta) {

    // javascript Math对象下面的三角函数，传入的theta值必须是转换成弧度制的值，就是多少个3.141592…等等等的那个弧度制

    return Math.pow(((a*a*b*b)*(1+Math.tan(theta)*Math.tan(theta)))/(b*b+a*a*Math.tan(theta)*Math.tan(theta)),1/2);

  }

  /*

    func:

          drawPoint:draw a point

    args:

          _ctx:[object]the canvas's getContent("2d") variable

          point:[object] the point where to draw a dot such as {"x":200,"y":200}

          strokwidth:[number] the draw line's width and height

  */

  function drawPoint(_ctx,point,strokwidth){

    strokwidth = strokwidth || 1;

    if(!(_ctx !== undefined && _ctx !== null)) return false;

    var x = point.x,

        y = point.y;

    _ctx.fillRect(x,y,strokwidth,strokwidth);

    return true;

  }

  /*

    func:

          drawShape:draw a shape

    args:

          canvasId:[string]the canvas's id

          func:[function]the shape function

          ellipse:[object] the ellipse's a and b length such as {"a":300,"b":200}

          center:[object] the draw center such as {"x":400,"y":400}

  */

  function drawShape(canvasId,func,ellipse,center){

     var _c = document.getElementById(canvasId);

    if(_c === null) return false;

    var _ctx = _c.getContext("2d");

   // 默认椭圆中心为canvas的中心

    var a = ellipse.a || 0,

        b = ellipse.b || 0,

        centerX = center.x || _c.width/2,

        centerY = center.y || _c.height/2,

        drawX,drawY,pointCX,pointCY;

    shapeGet = func;

    for(var i = 0;i <= 2*Math.PI; i+=0.0001){// 通过弧度绘图，精确到每个0.0001弧度画图，可以更加精确，0.0001更加欢迎。但是小图的话，没必要那么精确，浪费CPU时间。

      length = shapeGet(a,b,i);

      pointCX = length*Math.cos(i);

      pointCY = length*Math.sin(i);

      drawX = centerX + pointCX;

      drawY = centerY - pointCY;

      drawPoint(_ctx,{"x":drawX,"y":drawY},1);

    }

    return true;

  }

  drawShape("myCanvas",ellipseFunc,{"a":300,"b":200},{"x":400,"y":400});

</script>

</body>

</html>

5、废话

本文产生的原因，本来是想做词云的，给定词云的形状，在这个形状内填充词语，产生了这个念头，词云还没实现，关键是如何才能让填充词语相互不覆盖的问题。后来，选择在github里面搜索算了，选择了一个jQuery.awesomeCloud.plugin，但是填充效率确实压力山大。想过去模拟他的方法，做一个出来，因此先从画自定义曲线开始了。

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