canvas 绘制双线技巧

楔子

最近一个项目，需要绘制双线的效果，双线效果表示的是轨道（类似铁轨之类的），如下图所示：

负责这块功能开发的小伙，姑且称之为L吧，最开始是通过数学计算的方式来实现这种双线，也就是在原来的路径的基础上，计算出两条路径。但是这个过程的计算算挺复杂，而是最终实现的效果很耗性能，性能损耗估计主要在于路径的计算上。

优化技巧

后来他找到我来看这个问题，我在分析了项目背景的情况下，给予了一个简单的绘制技巧，就是先用较粗的线条绘制路径，然后再用较细的线条绘制路径，较细线条的颜色正好是背景颜色。
之所以能够使用这个技巧，是因为该项目的绘制背景是纯色的，而不是渐变色或者图片。
示例代码如下：

               ctx.beginPath();

               ctx.fillStyle = 'blue';

               ctx.rect(10,10,1000,1000);

               ctx.fill();

              ctx.save();

              ctx.strokeStyle = 'red';

              ctx.lineWidth = 10;

              ctx.lineCap = "round";

              ctx.beginPath();

              ctx.moveTo(200,100);  //起始点

              ctx.lineTo(400,100);

              ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);

              ctx.lineTo(500,400);

              ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);

              ctx.lineTo(200,500);

              ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);

              ctx.lineTo(100,200);

              ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);

              ctx.stroke();

              ctx.strokeStyle= 'blue'

              ctx.lineWidth = 4;

              ctx.stroke();

              ctx.restore();

代码的思路是，首先使用纯色blue绘制了一个背景，然后使用线条颜色red绘制一条线，然后使用较小的线宽，并把线条颜色改成背景颜色blue，绘制另外一个条线段。最终的绘制效果如下：

double_line

到此，项目的这个技术难点问题，算是被解决了。这种解决方法，不仅算法简单，不用构思数学方法来构造双线，而且轻量，不会有性能负担。

背景不是纯色的情况

前面说到：之所以能够使用这个技巧，是因为该项目的绘制背景是纯色的，而不是渐变色或者图片。
那如果背景是图片或者渐变颜色的情况下，用这种技巧，肯定就是失效的了。

之所以会思考这个问题，是得益于公司的技术分享会。我会要求员工定期组织分享会，分享一些经验。在此打个小广告，可以看出我们公司的技术氛围是很好的，所以有兴趣的小伙伴可以抓紧时间投简历。怎么投简历呢，关注微信号ITman彪叔。
过程中，当时小伙伴L也分享了前面提到这种思路。在分享的过程中，我提出了进一步的问题，如果背景不是纯色，而是渐变色或者图片怎么办？并且灵感乍现，想到了一个解决方法，就是使用ctx.globalCompositeOperation。

有关globalCompositeOperation的说明，可以参考如下链接的说明：
https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/CanvasRenderingContext2D/globalCompositeOperation
http://www.w3school.com.cn/tags/canvas_globalcompositeoperation.asp

globalCompositeOperation的定义和用法

globalCompositeOperation 属性设置或返回如何将一个源（新的）图像绘制到目标（已有）的图像上。其中：

源图像 = 您打算放置到画布上的绘图。
目标图像 = 您已经放置在画布上的绘图
下图显示了globalCompositeOperation的不同的值的解释：

globalCompositeOperation的不同的值的解释

要实现双线的绘制，就要求用同样的路径，不同的线宽绘制两条线路
（我们称之为目标线路和源线路）。并要达到一条线路抠出另外一条线路的效果。
结合上图，我们可以看出destination-out,source-out,xor可以达到效果。下面以destination-out举例说明。

destination-out绘制原理说明

比如首先通过 css 设置背景图,并去掉绘制背景颜色，代码如下：

 <body onload="init()" style="background: url(../test/images/diffuse.png);">

然后绘制代码如下：

  ctx.save();

              ctx.strokeStyle = 'red';

              ctx.lineWidth = 10;

              ctx.lineCap = "round";

              ctx.beginPath();

              ctx.moveTo(200,100);  //起始点

              ctx.lineTo(400,100);

              ctx.quadraticCurveTo(500,100,500,200);

              ctx.lineTo(500,400);

              ctx.quadraticCurveTo(500,500,400,500);

              ctx.lineTo(200,500);

              ctx.quadraticCurveTo(100,500,100,400);

              ctx.lineTo(100,200);

              ctx.quadraticCurveTo(100,100,200,100);

              ctx.stroke();

              ctx.globalCompositeOperation = 'destination-out';

              ctx.lineWidth = 4;

              ctx.stroke();

              ctx.restore();

首先设置路径，然后设置线宽为10，调用stroke方法绘制一条线宽为10的路线A。
之后设置globalCompositeOperation为 'destination-out'，调整线宽为4，调用stroke方法绘制一条线宽为4的路线B。
看下destination-out的解释：

在源图像外显示目标图像。只有源图像外的目标图像部分会被显示，源图像是透明的。

绘制了线路A的canvas图像是目标图像，线路B是源图像。根据上面解释，只有源图像之外的目标图像能够被显示。最终绘制的效果如下：

destination-out.png

xor 和 source-out

把上面的代码的globalCompositeOperation修改成xor，发现效果也是可以的，xor的解释如下：

使用异或操作对源图像与目标图像进行组合。英文解释如下：
Shapes are made transparent where both overlap and drawn normal everywhere else.

意思源和目标的像素重叠(overlap)的部分会被变成透明像素，其他部分正常绘制。所以上面示例中，线条A和线条B重叠的部分会被变成透明。绘制的效果也是线条A的被挖空。

对于source-out，其效果正好和destination-out的效果相反：

在目标图像之外显示源图像。只会显示目标图像之外源图像部分，目标图像是透明的。

应此只需要取反操作即可，先用宽度4绘制线条A，然后用宽度10绘制线条B,其结果也是一样的。

背景不是纯色的情况2

前面的背景是通过css的方式设置上去的，如果是通过canvas的drawImage直接绘制上去，效果就不一样了。还是以destination-out为例说明，首先绘制了image，然后绘制线路A，此时的目标图像不在是线路A组成的图形，而是image和线路A组合成的图形，此时用destination-out的方式绘制线路B，不仅会挖空线路A，背景也会被挖空，如下图所示：

背景不是纯色的情况2

应此要想达到真正的双线效果，要么背景只能是用css设置，要么用两个canvas叠加，一个绘制背景图片，一个绘制路径。
当然还有一种方式，就是绘制双线总是在一个临时的canvas上面进行，然后把这个临时的canvas绘制结果再次绘制到工作canvas上面，相关实践留给读者自己进行。

后记

在网络上面搜索canvas double line，搜索到stackoverflow上的一条结果如下：
https://stackoverflow.com/questions/13441610/double-line-stroke-in-html5-canvas
其中的答案也是采用了globalCompositeOperation设置为destination-out的方式。

欢迎关注公众号“ITman彪叔”。彪叔，拥有10多年开发经验，现任公司系统架构师、技术总监、技术培训师、职业规划师。熟悉Java、JavaScript、Python语言，熟悉数据库。熟悉java、nodejs应用系统架构，大数据高并发、高可用、分布式架构。在计算机图形学、WebGL、前端可视化方面有深入研究。对程序员思维能力训练和培训、程序员职业规划有浓厚兴趣。

ITman彪叔公众号