HTML5基礎知識（2）初識canvas、svg、地理定位和新語義元素

節(jié)主要簡單講解canvas、svg、地理定位和新語義元素

HTML 5 Canvas

canvas 元素用于在網(wǎng)頁上繪制圖形。HTML5 的 canvas 元素使JavaScript 在網(wǎng)頁上繪制圖像。畫布是一個矩形區(qū)域，您可以控制其每一像素。canvas 擁有多種繪制路徑、矩形、圓形、字符以及添加圖像的方法。

canvas 元素本身是沒有繪圖能力的。所有的繪制工作必須在 JavaScript 內(nèi)部完成：

<script type="text/javascript">
var c=document.getElementById("myCanvas");
var cxt=c.getContext("2d");返回一個用于在畫布上繪圖的環(huán)境，目前僅支持2d，
cxt.fillStyle="#FF0000";//染成紅色
cxt.fillRect(0,0,150,75);//fillRect 方法規(guī)定了形狀、位置和尺寸
</script>

、什么是Canvas

想必學習前端的同學們對Canvas 都不陌生，它是 HTML5 新增的“畫布”元素，可以使用JavaScript來繪制圖形。

Canvas元素是在HTML5中新增的標簽用于在網(wǎng)頁實時生成圖像，并且可以操作圖像內(nèi)容，基本上它是一個可以用JavaScript操作的位圖（bitmap）。Canvas 由一個可繪制區(qū)域HTML代碼中的屬性定義決定高度和寬度。JavaScript代碼可以訪問該區(qū)域，通過一套完整的繪圖功能的API生成動態(tài)的圖形。

二. 引入Canvas的重要性

HTML5 在 2012 年已形成了穩(wěn)定的版本，在此之前很長一段時間，開發(fā)者們繪制圖形選擇的方案更多是SVG來實現(xiàn)。SVG使用XML來定義圖形，就像使用HTML標簽一樣來控制元素的排布，SVG的本質(zhì)就是一個DOM元素。當圖形內(nèi)容太過豐富后，性能和內(nèi)存上就會大打折扣。一旦涉及頻繁的圖片繪制場景，這個實現(xiàn)對于用戶的體驗將是毀滅性的。

渲染動畫的基本原理，無非是反復地擦除和重繪。為了動畫的流暢，留給開發(fā)者渲染一幀的時間，只有短短的 16.67ms。在這16.67ms中，我不僅需要處理一些繪制邏輯，計算每個對象的位置、狀態(tài)，還需要把它們都畫出來。如果消耗的時間稍稍多了一些，用戶就會感受到“卡頓”。所以，在編寫動畫時，開發(fā)者們無時無刻不擔憂著動畫的性能，唯恐渲染的耗時過長。

在現(xiàn)代 Web 開發(fā)中，開發(fā)者們更多的會借助 Canvas 提供的API去繪制上下文，可以自由繪制各種2D和3D圖形，創(chuàng)建富有視覺沖擊力的游戲場景和角色。Canvas的使用可以使得游戲能夠?qū)崿F(xiàn)流暢的動態(tài)效果和用戶交互。無論是簡單的小游戲還是復雜的游戲引擎，Canvas 都被廣泛應用。

下面是做的一個簡單的對比試驗，可以很明顯感受到兩者的差距，分別使用SVG和Canvas繪制一個包含著100w個圓形的500*500的圖片，根據(jù)耗時計算對比，Canvas耗費的時間幾乎只有SVG的一半：

三. 計算與渲染

把動畫的一幀渲染出來，需要經(jīng)過以下步驟：

計算：處理網(wǎng)頁渲染邏輯，計算每個對象的狀態(tài)和位置。
渲染：真正把對象繪制出來。

JavaScript 調(diào)用 DOM API（包括 Canvas API）以進行渲染。
瀏覽器（通常是另一個渲染線程）把渲染后的結果呈現(xiàn)在屏幕上的過程。

之前提到過，在動畫設計和開發(fā)中，每幀只有16.67毫秒的時間用于渲染。這個數(shù)值是通過計算每秒60幀得出的平均每幀渲染時間。實際上，并不是所有設備都能夠穩(wěn)定地達到60FPS。因此，為了確保在不同設備上實現(xiàn)一致性的動畫效果，最好將每幀的渲染時間控制在10毫秒以內(nèi)。

大家都知道，通常情況下，渲染的開銷遠大于計算（相差3~4個量級）。除非使用了一些時間復雜度很高的算法，否則不需要過于深入優(yōu)化計算環(huán)節(jié)。Canvas的渲染是在JavaScript引擎中執(zhí)行繪制邏輯，通過構建畫布在內(nèi)存中，并遍歷所有像素點的顏色，最終輸出到屏幕上。這種強大的功能可能會增加學習成本，但如今仍然有很多開發(fā)者選擇和接受Canvas，這要歸功于Canvas最大的優(yōu)勢：渲染性能的出色表現(xiàn)。

四. Canvas渲染性能優(yōu)勢

當談論圖形渲染技術時，就不得不提到DOM駐留模式和Canvas快速模式。

DOM駐留模式

DOM駐留模式是一種基于文檔對象模型（DOM）的渲染技術。在DOM駐留模式下，頁面的布局和樣式是由DOM樹來掌管的。當頁面需要更新時，瀏覽器會重新計算布局和樣式并重新渲染。此模式非常靈活，特別適用于處理動態(tài)頁面交互和多樣化的樣式控制。然而，由于需要頻繁地重新計算布局和樣式，對于復雜的圖形渲染任務來說，性能開銷相對較高。

Canvas快速模式

Canvas快速模式利用HTML5的Canvas元素進行圖形渲染。在這種模式下，開發(fā)者可以使用Canvas提供的2D或3D繪圖API直接在畫布上繪制圖形。相比于DOM駐留模式，Canvas快速模式更加高效。它不關心頁面的布局和樣式，而是在需要時只重繪受影響的部分。這樣就避免了頻繁的布局和樣式計算，提高了渲染性能。

分層提高Canvas性能

開發(fā)者們通過分析大量實際場景，總結出一套可以進一步提升Canvas性能的策略，即對變化較少和變化較多的內(nèi)容進行分開渲染。這種策略就是所謂的分層Canvas。它能夠顯著降低完全沒有必要的渲染性能開銷。分層渲染的思想被廣泛應用于各種圖形相關的領域，從古老的皮影戲、套色印刷術，到現(xiàn)代電影/游戲工業(yè)以及虛擬現(xiàn)實領域等等。而分層Canvas只是分層渲染思想在Canvas動畫上的一個基礎應用。

分層Canvas的核心理念是，動態(tài)頁面中的每種元素（層）對于渲染頻率的需求是不同的。對于許多金融會計等大數(shù)據(jù)行業(yè)的從業(yè)者來說，主要數(shù)據(jù)內(nèi)容的變化頻率和幅度較大（他們通常面臨數(shù)據(jù)變動和頻繁計算），而背景表格樣式的變化頻率或幅度相對較小（基本不變，或者變化緩慢，或者僅在特定時機變化）。因此，需要頻繁更新和重繪數(shù)據(jù)，但對于背景，可能只需要繪制一次，或者每隔200毫秒才重繪一次，而沒有必要每16毫秒就重繪一次。

視野之外的繪制

在許多情況下，Canvas 僅僅作為數(shù)據(jù)展示頁面的一部分，充當著一個“窗口”的角色。如果在每次數(shù)據(jù)更新時，都將所有數(shù)據(jù)完全繪制到 Canvas 上，很可能會出現(xiàn)大量內(nèi)容繪制到Canvas 范圍之外的情況。雖然調(diào)用了繪制 API，但實際上并沒有產(chǎn)生任何效果。

因此，判斷對象是否位于 Canvas 范圍內(nèi)需要進行額外的計算（例如，需要通過對游戲角色的全局模型矩陣求逆來得出對象的世界坐標，這是一項相對耗時的操作），同時也會增加代碼的復雜性。因此，關鍵是是否需要這樣做。

通過在本地代碼中進行測試，比較了在視野內(nèi)和視野外分別繪制100萬個圓的耗時。在視野內(nèi)繪制耗時8936ms，而在視野外繪制耗時2540ms。考慮到計算和繪制之間的耗時差距在3~4個數(shù)量級，因此通過計算來判斷并避免繪制視野外的內(nèi)容是一種非常有效的方法。

五. Canvas的應用

之前探討了SVG和Canvas的繪制性能差異以及Canvas常見的優(yōu)化方法。知道，對于使用快速模式渲染的Canvas來說，瀏覽器的每次重繪都是由代碼驅(qū)動的，無須進行多層解析，因此它的速度非常快。除了速度快之外，Canvas的靈活性也顯著優(yōu)于DOM。可以通過代碼精確控制何時以及如何繪制出期望的效果。

在資源消耗方面，DOM的駐留模式意味著場景中的每一個新增元素都會導致額外的內(nèi)存消耗，而Canvas則沒有這個問題。這種差異在頁面元素數(shù)量增多時尤為明顯。

在Canvas出現(xiàn)之前，前端渲染表格只能通過構建復雜的DOM來實現(xiàn)。然而，這種方式會導致瀏覽器性能成為Web應用的瓶頸，許多開發(fā)人員因此放棄了在瀏覽器上實現(xiàn)電子表格的想法。

Canvas出現(xiàn)后，其快速模式帶來的出色性能優(yōu)勢成為了一大亮點，大量、復雜的DOM渲染處理所帶來的性能問題因此有了解決之道。

回到電子表格的應用場景，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了使用Canvas繪制畫布的表格組件。這類組件在渲染數(shù)據(jù)層時無須重復創(chuàng)建和銷毀DOM元素，而且在畫布的繪制過程中受到的限制也比DOM元素渲染更少。其中，葡萄城公司的純前端表格控件——SpreadJS就用到了Canvas實現(xiàn)表格繪制，除了表格之外，Canvas也為數(shù)字孿生可視化大屏、頁面游戲等應用場景帶來了變革（如下圖所示）。

六、總結

本文通過介紹Canvas的原理、Canvas的重要性、Canvas在計算與渲染上的作用、Canvas渲染性能優(yōu)勢和Canvas的應用這五個部分，全面而系統(tǒng)地闡述了HTML Canvas在高性能渲染方面的相關知識和技巧。希望讀者通過閱讀本文能夠深入了解Canvas的基本原理和特性，認識到Canvas在Web開發(fā)中的重要性，并掌握Canvas在計算與渲染上的作用。

開發(fā)vue項目，有時會遇到需要頁面截圖或指定區(qū)域截圖需求。今天給大家推薦2個超贊的截圖插件。

1、html2canvas

一款超強大的Javascript頁面截圖類庫，star高達21.4K+。支持h5頁面截圖、區(qū)域截圖及跨域截圖等功能。

截圖效果

下面講一下如何在vue中使用html2canvas截圖。

安裝

$ npm i html2canvas -S

使用組件

<template>
  <div class="shot-wrapper">
    <!-- 要截圖的區(qū)域，動態(tài)生成 -->
    <div class="shot-area" id="content" ref="imageToFile"></div>
    
    <!-- 截圖生成圖片 -->   
    <img :src="img" v-if="img"/>
    
    <button type="button" class="shot-btn" @click="screenShot">開始截圖</button>
  </div>
</template>
<script>
  import html2canvas from 'html2canvas'
  export default {
    data() {
      return {
        img: ""
      }
    },
    methods: {
      screenShot() {
        html2canvas(this.$refs.imageToFile, {
          width: window.innerWidth || document.documentElement.clientWidth || document.body.clientWidth,
          height: window.innerHeight || document.documentElement.clientHeight || document.body.clientHeight,
        }).then((canvas) => {// 第一個參數(shù)是需要生成截圖的元素,第二個是自己需要配置的參數(shù),寬高等
          this.img = canvas.toDataURL('image/png');
        })
      },
    },
    components: {
      html2canvas
    }
  }
</script>

如果大家想要了解更多用法，可以自行去官網(wǎng)查閱資料哈~~

# 文檔地址
http://html2canvas.hertzen.com/

# 倉庫地址
https://github.com/niklasvh/html2canvas

2、Dom-To-Image

一款超不錯的將任意DOM節(jié)點轉換為用JavaScript編寫的矢量（SVG）或光柵（PNG或JPEG）圖像的庫。star高達6.4K+。

下面介紹下在vue中如何使用domtoimage進行截圖。

安裝

$ npm i dom-to-image -S

使用組件

<template>
  <div class="domtoimage-wrapper">
    <!-- 要截圖的區(qū)域，動態(tài)生成 -->
    <div class="dom-area" id="my-node"></div>
    
    <!-- 截圖生成圖片 -->   
    <img :src="img" v-if="img"/>
    
    <button type="button" class="shot-btn" @click="shotPic">開始截圖</button>
  </div>
</template>

<script>
  import domtoimage from 'dom-to-image'
  export default {
    data() {
      return {
        img: ""
      }
    },
    methods: {
      shotPic() {
        let node = document.getElementById('my-node');
        domtoimage.toPng(node)
          .then((dataUrl) => {
            this.img = dataUrl;
          })
          .catch(function (error) {
            console.error('oops, something went wrong!', error);
          });
      }
    },
    components: {
      domtoimage
    }
  }
</script>

domtoimage主要的屬性

filter：過濾器節(jié)點中默寫不需要的節(jié)點；
bgcolor：圖片背景顏色；
height，width：圖片寬高；
style：傳入節(jié)點的樣式，可以是任何有效的樣式；
quality：圖片的質(zhì)量，也就是清晰度；
cacheBust：將時間戳加入到圖片的url中，相當于添加新的圖片；
imagePlaceholder：圖片生成失敗時，在圖片上面的提示，相當于img標簽的alt；

domtoimage主要的方法

domtoimage.toPng(...); 將節(jié)點轉化為png格式的圖片；
domtoimage.toJpeg(...); 將節(jié)點轉化為jpg格式的圖片；
domtoimage.toSvg(...); 將節(jié)點轉化為svg格式的圖片，生成的圖片的格式都是base64格式；
domtoimage.toBlob(...); 將節(jié)點轉化為二進制格式，這個可以直接將圖片下載；
domtoimage.toPixelData(...); 獲取原始像素值，以Uint8Array 數(shù)組的形式返回；

最后附上項目地址，可以去了解更多信息。

# 倉庫地址
https://github.com/tsayen/dom-to-image

ok，就介紹到這里。如果大家有其它優(yōu)秀的Vue截圖組件，歡迎分享交流！

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