Qt 学习之路 2（88）：Canvas

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在 QML 刚刚被引入到 Qt 4 的那段时间，人们往往在讨论 Qt Quick 是不是需要一个椭圆组件。由此，人们又联想到，是不是还需要其它的形状？这种没玩没了的联想导致了一个最直接的结果：除了圆角矩形，Qt Quick 什么都没有提供，包括椭圆。如果你需要一个椭圆，那就找个图片，或者干脆自己用 C++ 写一个吧（反正 Qt Quick 是可以扩展的，不是么）！

为了使用脚本化的绘图机制，Qt 5 引入的Canvas元素。Canvas元素提供了一种与分辨率无关的位图绘制机制。通过Canvas，你可以使用 JavaScript 代码进行绘制。如果熟悉 HTML5 的话，Qt Quick 的Canvas元素与 HTML5 中的Canvas元素如出一辙。

Canvas元素的基本思想是，使用一个 2D 上下文对象渲染路径。这个 2D 上下文对象包含所必须的绘制函数，从而使Canvas元素看起来就像一个画板。这个对象支持画笔、填充、渐变、文本以及其它一系列路径创建函数。

下面我们看一个简单的路径绘制的例子：

import QtQuick 2.0

Canvas {
    id: root
    // 画板大小
    width: 200; height: 200
    // 重写绘制函数
    onPaint: {
        // 获得 2D 上下文对象
        var ctx = getContext("2d")
        // 设置画笔
        ctx.lineWidth = 4
        ctx.strokeStyle = "blue"
        // 设置填充
        ctx.fillStyle = "steelblue"
        // 开始绘制路径
        ctx.beginPath()
        // 移动到左上点作为起始点
        ctx.moveTo(50,50)
        // 上边线
        ctx.lineTo(150,50)
        // 右边线
        ctx.lineTo(150,150)
        // 底边线
        ctx.lineTo(50,150)
        // 左边线，并结束路径
        ctx.closePath()
        // 使用填充填充路径
        ctx.fill()
        // 使用画笔绘制边线
        ctx.stroke()
    }
}

上面的代码将在左上角为 (50, 50) 处，绘制一个长和宽均为 100 像素的矩形。这个矩形使用钢铁蓝填充，并且具有蓝色边框。程序运行结果如下所示：

让我们来仔细分析下这段代码。首先，画笔的宽度设置为 4 像素；使用strokeStyle属性，将画笔的颜色设置为蓝色。fillStyle属性则是设置填充色为 steelblue。只有当调用了stroke()或fill()函数时，真实的绘制才会执行。当然，我们也完全可以独立使用这两个函数，而不是一起。调用stroke()或fill()函数意味着将当前路径绘制出来。需要注意的是，路径是不能够被复用的，只有当前绘制状态才能够被复用。所谓“当前绘制状态”，指的是当前的画笔颜色、宽度、填充色等属性。

在 QML 中，Canvas元素就是一种绘制的容器。2D 上下文对象作为实际绘制的执行者。绘制过程必须在onPaint事件处理函数中完成。下面即一个代码框架：

Canvas {
    width: 200; height: 200
    onPaint: {
        var ctx = getContext("2d")
        // 设置绘制属性
        // 开始绘制
    }
}

Canvas本身提供一个典型的二维坐标系，原点在左上角，X 轴正方向向右，Y 轴正方向向下。使用Canvas进行绘制的典型过程是：

1. 设置画笔和填充样式
2. 创建路径
3. 应用画笔和填充

例如：

onPaint: {
    var ctx = getContext("2d")

    // 设置画笔
    ctx.strokeStyle = "red"

    // 创建路径
    ctx.beginPath()
    ctx.moveTo(50,50)
    ctx.lineTo(150,50)

    // 绘制
    ctx.stroke()
}

上面这段代码运行结果应该是一个从 (50, 50) 开始，到 (150, 50) 结束的一条红色线段。

由于我们在创建路径之前会将画笔放在起始点的位置，因此，在调用beginPath()函数之后的第一个函数往往是moveTo()。

形状 API

除了自己进行路径的创建之外，Canvas还提供了一系列方便使用的函数，用于一次添加一个矩形等，例如：

import QtQuick 2.0

Canvas {
    id: root
    width: 120; height: 120
    onPaint: {
        var ctx = getContext("2d")
        ctx.fillStyle = 'green'
        ctx.strokeStyle = "blue"
        ctx.lineWidth = 4

        // 填充矩形
        ctx.fillRect(20, 20, 80, 80)
        // 裁减掉内部矩形
        ctx.clearRect(30,30, 60, 60)
        // 从左上角起，到外层矩形中心绘制一个边框
        ctx.strokeRect(20,20, 40, 40)
    }
}

代码运行结果如下：

注意蓝色边框的位置。在绘制边框时，画笔会沿着路径进行绘制。上面给出的 4 像素边框，其中心点为路径，因此会有 2 像素在路径外侧，2 像素在路径内侧。

渐变

Canvas元素可以使用颜色进行填充，同样也可以使用渐变。例如下面的代码：

    onPaint: {
        var ctx = getContext("2d")

        var gradient = ctx.createLinearGradient(100,0,100,200)
        gradient.addColorStop(0, "blue")
        gradient.addColorStop(0.5, "lightsteelblue")
        ctx.fillStyle = gradient
        ctx.fillRect(50,50,100,100)
    }

运行结果如下所示：

在这个例子中，渐变的起始点位于 (100, 0)，终止点位于 (100, 200)。注意这两个点的位置，这两个点实际创建了一条位于画布中央位置的竖直线。渐变类似于插值，可以在 [0.0, 1.0] 区间内插入一个定义好的确定的颜色；其中，0.0 意味着渐变的起始点，1.0 意味着渐变的终止点。上面的例子中，我们在 0.0 的位置（也就是渐变起始点 (100, 0) 的位置）设置颜色为“blue”；在 1.0 的位置（也就是渐变终止点 (100, 200) 的位置）设置颜色为“lightsteelblue”。注意，渐变的范围可以大于实际绘制的矩形，此时，绘制出来的矩形实际上裁减了渐变的一部分。因此，渐变的定义其实是依据画布的坐标，也不是定义的绘制路径的坐标。

阴影

路径可以使用阴影增强视觉表现力。我们可以把阴影定义为一个围绕在路径周围的区域，这个区域会有一定的偏移、有一定的颜色和特殊的模糊效果。我们可以使用shadowColor属性定义阴影的颜色；使用shadowOffsetX属性定义阴影在 X 轴方向的偏移量；使用shadowOffsetY属性定义阴影在 Y 轴方向的偏移量；使用shadowBlur属性定义阴影模糊的程度。不仅是阴影，利用这种效果，我们也可以实现一种围绕在路径周边的发光特效。下面的例子中，我们将创建一个带有发光效果的文本。为了更明显的显示发光效果，其背景界面将会是深色的。下面是相应的代码：

import QtQuick 2.0

Canvas {
    id: root
    width: 280; height: 120
    onPaint: {
        var ctx = getContext("2d")
        // 背景矩形
        ctx.strokeStyle = "#333"
        ctx.fillRect(0, 0, root.width, root.height);
        // 设置阴影属性
        ctx.shadowColor = "blue";
        ctx.shadowOffsetX = 2;
        ctx.shadowOffsetY = 2;
        ctx.shadowBlur = 10;
        // 设置字体并绘制
        ctx.font = 'bold 80px sans-serif';
        ctx.fillStyle = "#33a9ff";
        ctx.fillText("Earth", 30, 80);
    }
}

首先，我们利用 #333 填充了一个背景矩形。矩形的起始点位于原点，长度和宽度分别绑定到画布的长度和宽度。接下来定义阴影的属性。最后，我们设置文本字体为 80 像素加粗的 sans-serif，会绘制了“Earth”单词。代码运行结果如下所示：

注意观察字母旁边的发光效果，这其实是使用阴影制作的。

图像

Canvas元素支持从多种源绘制图像。为了绘制图像，需要首先加载图像；使用Component.onCompleted事件处理函数可以达到这一目的：

    onPaint: {
        var ctx = getContext("2d")

        // 绘制图像
        ctx.drawImage('assets/earth.png', 10, 10)

        // 保存当前状态
        ctx.save()
        // 平移坐标系
        ctx.translate(100,0)
        ctx.strokeStyle = 'red'
        // 创建裁剪范围
        ctx.beginPath()
        ctx.moveTo(10,10)
        ctx.lineTo(55,10)
        ctx.lineTo(35,55)
        ctx.closePath()       
        ctx.clip()  // 根据路径裁剪
        // 绘制图像并应用裁剪
        ctx.drawImage('assets/earth.png', 10, 10)
        // 绘制路径
        ctx.stroke()
        // 恢复状态
        ctx.restore()
    }

    Component.onCompleted: {
        loadImage("assets/earth.png")
    }

代码运行结果如下：

左侧的地球图像绘制在左上角坐标为 (10, 10) 的位置；右侧的图像应用了路径裁剪。图像和路径都可以被另外的路径裁剪，只需使用clip()函数即可。调用该函数之后，所有的绘制都将限制在这个路径中，也就是所谓“裁剪”。裁剪会在恢复上次状态时被取消。