绘图仪 -- Web前端开发和Canvas绘图

Canvas绘图介绍

Canvas绘图是HTML5中引入的一个非常强大的特性，它允许开发者使用JavaScript在网页上绘制图形、图表、动画等。<canvas>元素提供了一个通过JavaScript和Canvas API进行绘图的环境。

创建绘图仪对象

// 定义一个名为 XYPlotter 的函数，该函数用于创建一个二维图形绘制器，接受一个参数 id，该参数是 canvas 元素的 ID  
function XYPlotter(id) {  // 通过提供的 id 获取 canvas DOM 元素  this.canvas = document.getElementById(id);  // 获取 canvas 的 2D 渲染上下文，用于后续的绘图操作  this.ctx = this.canvas.getContext("2d");  // 设置绘图区域的 x 轴最小值，这里初始化为 0  this.xMin = 0;  // 设置绘图区域的 y 轴最小值，这里也初始化为 0  // 注意：在 canvas 中，y 轴是向下的，因此 0 对应于 canvas 的顶部  this.yMin = 0;  // 设置绘图区域的 x 轴最大值，这里使用 canvas 的宽度  // 这意味着绘图区域的宽度与 canvas 的宽度相同  this.xMax = this.canvas.width;  // 设置绘图区域的 y 轴最大值，这里使用 canvas 的高度  // 这意味着绘图区域的高度与 canvas 的高度相同  // 注意：这并不意味着图形的实际显示区域会占满整个 canvas，只是定义了绘图的坐标范围，具体的图形需要进一步转换坐标来适应这个范围 this.yMax = this.canvas.height;  }

添加绘制线条

// 在 XYPlotter 类的原型上添加一个名为 plotLine 的方法，用于绘制一条直线  
// 该方法接受五个参数：x0, y0（起点的 x, y 坐标），x, y（终点的 x, y 坐标），以及 color（线条的颜色）  
this.plotLine = function(x0, y0, x, y, color) {  // 使用 moveTo 方法设置线条的起点坐标  this.ctx.moveTo(x0, y0);  // 使用 lineTo 方法设置线条的终点坐标，此时线条的起点和终点已经确定，但尚未绘制  this.ctx.lineTo(x, y);  // 设置线条的颜色  this.ctx.strokeStyle = color;  // 使用 stroke 方法实际绘制线条，此时会根据 moveTo 和 lineTo 设置的起点和终点，以及 strokeStyle 设置的颜色来绘制线条  this.ctx.stroke();  // 注意：在调用 plotLine 方法之前，需要确保 XYPlotter 的实例已经正确创建，  // 并且其 canvas 和 ctx 属性已经通过构造函数初始化。  // 此外，由于 canvas 的坐标系统默认左上角为原点 (0,0)，且 y 轴向下延伸，因此在绘制图形时需要注意坐标的转换，以确保图形按照预期的方式显示。  
}

完整代码：

<!DOCTYPE html>  
<html>  
<body>  
<canvas id="myCanvas" width="400px" height="400px" style="width:100%;max-width:400px;border:1px solid black"></canvas>  <script>  
// 创建一个绘图仪   
let myPlotter = new XYPlotter("myCanvas");  // 绘制一条线  
myPlotter.plotLine(0, 0, myPlotter.xMax, myPlotter.yMax, "red");  // 绘图仪对象  
function XYPlotter(id) {  // 获取指定ID的canvas元素  this.canvas = document.getElementById(id);  // 获取canvas的2D渲染上下文  this.ctx = this.canvas.getContext("2d");  // 设置x轴的最小值  this.xMin = 0;  // 设置y轴的最小值  this.yMin = 0;  // 设置x轴的最大值，默认为canvas的宽度  this.xMax = this.canvas.width;  // 设置y轴的最大值，默认为canvas的高度  this.yMax = this.canvas.height;  // 绘制线条  this.plotLine = function(x0, y0, x, y, color) {  // 移动到线条的起始点  this.ctx.moveTo(x0, y0);  // 绘制线条到终点  this.ctx.lineTo(x, y);  // 设置线条的颜色  this.ctx.strokeStyle = color;  // 绘制线条  this.ctx.stroke();  }  }   
</script>  </body>  
</html>

运行结果：

添加转换 XY 值

// 定义一个变换函数，用于调整canvas的坐标系  
// 这个函数将canvas的坐标系统从默认的左上角为原点(0,0)，y轴向下，  
// 转换为以左上角为原点(0,0)，但y轴向上的坐标系统，类似于数学中的笛卡尔坐标系  this.transformXY = function() {   // 参数依次为：a(水平缩放), b(水平倾斜), c(垂直倾斜), d(垂直缩放), e(水平移动), f(垂直移动)  // 在这里，我们设置a=1（不改变x轴方向的缩放），b=0（不在x轴方向倾斜），  // c=0（不在y轴方向倾斜），d=-1（将y轴方向反转，实现y轴向上），  // e=0（不在x轴方向移动），f=canvas.height（在y轴方向移动，使得原坐标系的(0,0)位于canvas的左上角）  this.ctx.transform(1, 0, 0, -1, 0, this.canvas.height);  }

完整代码：

<!DOCTYPE html>  
<html>  
<body>  
<canvas id="myCanvas" width="400px" height="400px" style="width:100%;max-width:400px;border:1px solid black"></canvas>  <script>  
// 创建一个绘图仪 
let myPlotter = new XYPlotter("myCanvas");  
myPlotter.transformXY(); // 调用变换函数，以调整canvas的坐标系  // 绘制一条线  
myPlotter.plotLine(0, 0, myPlotter.xMax, myPlotter.yMax, "red"); // 从(0,0)绘制到(xMax, yMax)的红色线条  // 绘图仪对象  
function XYPlotter(id) {    this.canvas = document.getElementById(id);    this.ctx = this.canvas.getContext("2d");   this.xMin = 0;    this.yMin = 0;    this.xMax = this.canvas.width;   this.yMax = this.canvas.height;  // XY变换函数  this.transformXY = function() {  // 变换canvas的坐标系，使得y轴向上为正  this.ctx.transform(1, 0, 0, -1, 0, this.canvas.height);  }  // 绘制线条的函数  this.plotLine = function(x0, y0, x, y, color) {  // 移动到线条的起始点  this.ctx.moveTo(x0, y0);  // 绘制线条到终点  this.ctx.lineTo(x, y);  // 设置线条的颜色  this.ctx.strokeStyle = color;  // 绘制线条  this.ctx.stroke();  }  }  
</script>  
</body>  
</html>

运行结果：

添加绘制点

// 绘制点集的方法// n：要绘制的点的数量// xArr：一个数组，包含每个点的x坐标// yArr：一个数组，包含每个点的y坐标// color：用于填充圆的颜色// radius（默认为3）：圆的半径  
this.plotPoints = function(n, xArr, yArr, color, radius = 3) {  // 遍历点集中的每一个点  for (let i = 0; i < n; i++) {  // 设置填充颜色  this.ctx.fillStyle = color;  // 开始一个新的路径  this.ctx.beginPath();  // 绘制一个椭圆（当宽度和高度相等时，它就是一个圆）  // 参数依次为：中心点x坐标, 中心点y坐标, 半径x, 半径y, 旋转角度, 起始角度, 结束角度  // 在这里，我们绘制的是圆，所以半径x和半径y相等，旋转角度为0，起始角度为0，结束角度为2π  this.ctx.ellipse(xArr[i], yArr[i], radius, radius, 0, 0, Math.PI * 2);  // 填充当前路径（即圆）  this.ctx.fill();  }  
}

绘制一些随机点

// 创建一个绘图仪实例，关联到ID为"myCanvas"的canvas元素  
let myPlotter = new XYPlotter("myCanvas");  // 定义要绘制的点的数量  
numPoints = 500;  // 创建一个数组，用于存储x坐标的随机值  
// 首先，使用Array(numPoints).fill(0)创建一个长度为numPoints且所有元素都为0的数组  
// 然后，使用map函数遍历这个数组，对于每个元素，生成一个0到myPlotter.xMax之间的随机数作为x坐标  
// 这样，xPoints数组就包含了numPoints个x坐标的随机值  
const xPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.xMax});  // 创建一个数组，用于存储y坐标的随机值  
// 类似于xPoints的创建过程，但这次是生成y坐标的随机值  
const yPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.yMax});  // 调用绘图仪的plotPoints方法，绘制这些点  
// 传入点的数量(numPoints)，x坐标数组(xPoints)，y坐标数组(yPoints)，以及点的颜色("blue")  
myPlotter.plotPoints(numPoints, xPoints, yPoints, "blue");

完整代码：

<!DOCTYPE html>  
<html>  
<body>  
<canvas id="myCanvas" width="400px" height="400px" style="width:100%;max-width:400px;border:1px solid black"></canvas>  <script>  
// 创建一个XY绘图仪  
let myPlotter = new XYPlotter("myCanvas");  // 创建随机XY点  
numPoints = 500;  
const xPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.xMax});  
const yPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.yMax});  // 绘制点  
myPlotter.plotPoints(numPoints, xPoints, yPoints, "blue");  // 绘图仪对象  
function XYPlotter(id) {    this.canvas = document.getElementById(id);   this.ctx = this.canvas.getContext("2d");    this.xMin = 0;  this.yMin = 0;   this.xMax = this.canvas.width;   this.yMax = this.canvas.height;  // 绘制点集的方法  this.plotPoints = function(n, xArr, yArr, color, radius = 3) {  // 遍历点集中的每一个点  for (let i = 0; i < n; i++) {  // 设置填充颜色  this.ctx.fillStyle = color;  // 开始一个新的路径  this.ctx.beginPath();  // 绘制一个圆（通过ellipse方法，宽度和高度相等时即为圆）  this.ctx.ellipse(xArr[i], yArr[i], radius, radius, 0, 0, Math.PI * 2);  // 填充当前路径（即圆）  this.ctx.fill();  }  }  } // 绘图仪对象结束  
</script>  </body>  
</html>

运行结果：

结合以上方法：

function XYPlotter(id) {  this.canvas = document.getElementById(id);  this.ctx = this.canvas.getContext("2d");  this.xMin = 0;  this.yMin = 0;  this.xMax = this.canvas.width;  this.yMax = this.canvas.height;  // 绘图线函数  this.plotLine = function(x0, y0, x, y, color) {  this.ctx.moveTo(x0, y0);  this.ctx.lineTo(x, y);  this.ctx.strokeStyle = color;  this.ctx.stroke();  };  // 变换 XY 函数（翻转Y轴）  this.transformXY = function() {  this.ctx.transform(1, 0, 0, -1, 0, this.canvas.height);  };  // 绘制点集函数  this.plotPoints = function(n, xArr, yArr, color, radius = 3) {  for (let i = 0; i < n; i++) {  this.ctx.fillStyle = color;  this.ctx.beginPath();  this.ctx.ellipse(xArr[i], yArr[i], radius, radius, 0, 0, Math.PI * 2);  this.ctx.fill();  }  };  
}

将其保存在"myplotlib.js"文件中

执行代码：

<!DOCTYPE html>  
<html>  
<script src="myplotlib.js"></script>  
<body>  
<canvas id="myCanvas" width="400px" height="400px" style="width:100%;max-width:400px;border:1px solid black"></canvas>  <script>  // 创建一个绘图仪  let myPlotter = new XYPlotter("myCanvas");  myPlotter.transformXY(); // 变换XY轴，翻转Y轴  // 创建随机XY点  let numPoints = 500;  const xPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.xMax}); // 生成x坐标数组  const yPoints = Array(numPoints).fill(0).map(function(){return Math.random() * myPlotter.yMax}); // 生成y坐标数组  // 绘制点  myPlotter.plotPoints(numPoints, xPoints, yPoints, "blue"); // 使用蓝色绘制点  // 绘制一条线  myPlotter.plotLine(0, 0, myPlotter.xMax, myPlotter.yMax, "red"); // 使用红色从左下角绘制到右上角  
</script>  </body>  
</html>

运行结果：