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Einführung in Canvas | Ajaxschmiede.de


Mai 18

Einführung in Canvas

Tag: CanvasPatrick @ 5:06 pm

Da ich in letzter Zeit über einige Projekte geschrieben habe, die auf Canvas beruhen, möchte ich über dessen Möglichkeiten und Funktionen in Form eines kleinen Tutorials berichten. In meinen Ausführungen orientiere ich mich an der Umsetzung im Mozilla Firefox und benutze als Grundlage die englischsprachige Dokumentation von Mozilla

Was ist Canvas, wer unterstützt es und woher kommt es?

Canvas ist ein grafisches Element, das mit HTML5 eingeführt werden wird. Mit Canvas ist es möglich Grafiken, Graphen und einfache Animationen mit Hilfe von Skript-Sprachen (vorrangig Javascript) dynamisch zu erzeugen. (Das Thema Animationen lasse ich in diesem Artikel außen vor.) Der aktuelle Spezifikationvorschlag ist auf der Seite http://www.whatwg.org einzusehen.

Das Canvas-Element wurde ursprünglich von Apple im OS X Dashboard zum skriptbasierten Erstellen von Minianwendungen (sogenannten Widgets) ins Leben gerufen und wurde somit vom hauseigenen Browser Safari unterstützt. Der Support seitens Mozilla begann mit der Gecko-Engine in Version 1.8, die im Firefox 1.5 verwendet wurde. Opera kommt ab Versionsnummer 9 mit Canvas zu recht.

Einzig der Internet Explorer (in allen Varianten) bietet keine Unterstützung des Elementes. Bisher ist dies auch nicht geplant, wie ich bereits in meinem Beitrag über die IE8-Beta erwähnte. Abhilfe schafft das ExplorerCanvas-Skript, das dem Internet Explorer die fehlende Unterstützung nachliefert.

Einbau in den Quellcode

Wie jedes andere HTML-Element wird das Canvas-Element im Quellcode eingebettet. Hierbei ist zu beachten, dass man die Ausmaße der anzuzeigenden Grafik über width und height angibt.

<canvas id="canvas1" width="400" height="100"></canvas>

Der eigentliche Canvas-Code ist in Javascript geschrieben und befindet sich im entsprechenden HTML-Tag. Es empfiehlt sich den Canvas-Code in eine Funktion zu packen, die dann nach dem Laden der Seite aufgerufen wird. Dies erreicht man durch den onload-Befehl, den man entweder direkt in HTML auf das body-Element anwendet oder per Javascript über Event-Methoden anhängt.

in HTML:

<body onload="draw();">

in Javascript:

if ( window.addEventListener ) {
addEventListener( "load", draw, false );
} else {
attachEvent( "onload", draw );
}

Im Javascript-Bereich wird die von mir draw genannte Funktion definiert.

Canvas-Methoden

Ich habe eine Demonstrationsseite erstellt, in der alle hier vorgestellten Methoden angewandt werden. Hinweis: Scheinbar nicht alle Beispiele sind im IE mit ExplorerCanvas nachvollziehbar.

Eine draw-Funktion sieht beispielsweise wie folgt aus:

function draw(){
var canvas = document.getElementById('tutorial');
if (canvas.getContext){
canvas = canvas.getContext('2d');
canvas.fillStyle = "rgb(200,0,0)";
canvas.fillRect( 10, 10, 55, 55 );
}
}

Die Abfrage nach der Funktion getContext dient dazu, festzustellen ob der Browser Canvas unterstützt und es somit zu keinen JS-Fehlern bei fehlendem Support kommt. Als erstes weist man einer Variable den Pfad zum Canvas-Element zu, in das die Grafik hineingezeichnet werden soll, und wendet dann darauf die Methode getContext(‚2d‘) an, mit der das Zeichnen eingeleitet wird.

Rechtecke und Gestaltungsmöglichkeiten

Wie man dem oberen Beispiel entnehmen kann, werden einfarbige, gefüllte Rechtecke mit der Funktion fillRect gezeichnet.

Parameter: fillRect( x-Koordinate, y-Koordinate, Breite, Höhe )

Mittels fillStyle kann man die Farbe des darzustellenden Rechtecks festlegen. Erlaubt sind die gewohnten Angaben mit Farbnamen, im rgb(a)-Format und Hexadezimalsystem.

Es ist ebenso möglich ein Rechteck nur mit Umrissen zu zeichnen. Dies wird über die Funktionen strokeRect und strokeStyle realisiert, die genauso benutzt werden können, wie die Methoden für ausgefüllte Rechtecke.

Linien und freie Formen

Das Erstellen von Linien geschieht mit der Methode lineTo, die als Parameter den Endpunkt der zu zeichnenden Gerade enthält.

Parameter: lineTo( x-Koordinate, y-Koordinate )

Um den Startpunkt der Geraden zu verlegen, nutzt man die Funktion moveTo, die ebenfalls einen x- und y-Wert als Parameter erwartet. Durch moveTo kann man sich frei im (virtuellen) „Raum“ bewegen.

Parameter: moveTo( x-Koordinate, y-Koordinate )

Um zusammengesetzte Linien zu zeichnen verwendet man die Path-Funktion, die mit beginPath eingeleitet wird. Die danach folgenden Anweisungen wie lineTo geben die Eckpunkte des Pfades an.

Mit den anschließend notierten Methoden fill oder stroke entscheidet man, ob die neu geschaffene Form ausgefüllt oder nur umrandet dargestellt werden soll. Es existiert auch eine closePath-Method zum Festlegen des Pfadendes, die bei Verwendung von fill getrost weggelassen werden kann. Hierbei werden der erste und der letzte Punkt automatisch miteinander verbunden und es ergibt sich somit eine selbstdefinierte „Form“.

Hier ein Codeschnipsel zur Verdeutlichung:

canvas.fillStyle = "rgba(0,150,0,0.7)";
canvas.beginPath();
canvas.moveTo( 50, 75 );
canvas.lineTo( 100, 125 );
canvas.lineTo( 100, 25 );
canvas.fill();

Kreise, Bögen und Kurven

Doch Canvas ist nicht nur auf Geraden und rechteckige Figuren beschränkt. Mit dem Befehl arc zeichnet man Kreise – wie bei den Rechtecken entweder umrahmt oder ausgefüllt.

Parameter: arc( x-Koordinate Kreismittelpunkt, y-Koordinate Kreismittelpunkt, Radius, Startwinkel, Endwinkel, Uhrzeigersinn [ true / false ] );

Bei Kreisen gibt es zwei Dinge zu beachten. Zum einen sind der Start- und Endwinkel in der Einheit Bogenmaß anzugeben, also nicht im Gradmaß. Der 360°-Vollwinkel ist dementsprechend 2*Math.PI. Zum anderen muss man festlegen, ob man die Winkelangaben mit oder entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet.

Ein gefüllter Vollkreis wird beispielsweise mit folgendem Code erzeugt:

canvas.fillStyle = "rgb(0,100,0)";
canvas.beginPath();
canvas.arc( 200, 75, 30, 0, 2*Math.PI, true);
canvas.fill();

Das Darstellen von komplexeren Kurven geschieht mit den beiden Methoden bezierCurveTo und quadraticCurveTo.

Parameter: quadraticCurveTo( x-Koordinate Kontrollpunkt, y-Koordinate Kontrollpunkt, x-Koordinate Endpunkt, x-Koordinate Endpunkt )

Parameter: bezierCurveTo(x-Koordinate Kontrollpunkt 1, y-Koordinate Kontrollpunkt 1, x-Koordinate Kontrollpunkt 2, y-Koordinate Kontrollpunkt 2, x-Koordinate Endpunkt, x-Koordinate Endpunkt )

Während bei der quadratischen Bezierkurve nur ein Kontrollpunkt zur Verlaufsbestimmung benutzt wird, werden bei der bezierCurveTo-Funktion 2 Kontrollpunkte benutzt. Jedoch ist das freie Zeichnen von Bezierkurven, also ohne visuellen Vorschau, äußert zeitaufwendig und eine Herausforderung.

Hier ein Beispiel dazu:

canvas.fillStyle = "rgb(245,0,0)";
canvas.beginPath();
canvas.moveTo( 75, 40 );
canvas.bezierCurveTo( 75, 37, 70, 25, 50, 25 );
canvas.bezierCurveTo( 20, 25, 20, 62.5, 20, 62.5 );
canvas.bezierCurveTo( 20, 80, 40, 102, 75, 120 );
canvas.bezierCurveTo( 110, 102, 130, 80, 130, 62.5 );
canvas.bezierCurveTo( 130, 62.5, 130, 25, 100, 25 );
canvas.bezierCurveTo( 85, 25, 75, 37, 75, 40 );
canvas.fill();

canvas.beginPath();
canvas.moveTo( 200, 25 );
canvas.quadraticCurveTo( 150, 25, 150, 62.5 );
canvas.quadraticCurveTo( 150, 100, 175, 100 );
canvas.quadraticCurveTo( 175, 120, 155, 125 );
canvas.quadraticCurveTo( 185, 120, 190, 100 );
canvas.quadraticCurveTo( 250, 100, 250, 62.5 );
canvas.quadraticCurveTo( 250, 25, 200, 25 );
canvas.stroke();

Weitere gestalterische Möglichkeiten

Desweiteren bietet Canvas grundlegende Funktionen zum Manipulieren der Linien und Linienübergänge.

Die Linienstärke wird über lineWidth festgelegt. Mit lineCap bestimmt man das Aussehen der Linienenden. Dazu stehen die folgenden Varianten zur Auswahl: butt (stumpf), round (abgerundet) und square (Überhang). Sowohl das Überhang als auch der Halbkreis haben eine Höhe respektive einen Radius entsprechend dem halben Wert der Linienbreite. butt entspricht dem Standardwert.

canvas.lineWidth = 15;
canvas.lineCap = "round";
canvas.beginPath();
canvas.moveTo( 110, 20 );
canvas.lineTo( 110, 130 );
canvas.stroke();

Mit lineJoin bestimmt man das Aussehen der Ecken zweier verbundener Linien. Hierbei stehen die Attribute round (abgerundet), bevel (abgeschrägt) und miter (eckig) zur Verfügung. Der default-Wert ist round.

canvas.lineJoin = "bevel";
canvas.beginPath();
canvas.moveTo( 200, 60 );
canvas.lineTo( 225, 85 );
canvas.lineTo( 250, 60 );
canvas.lineTo( 275, 85 );
canvas.lineTo( 300, 60 );
canvas.stroke();

Farbverläufe

Canvas ermöglicht Formen sowohl mit linearen als auch mit radialen Farbverläufen auszufüllen. Dazu wird einer Variable ein Verlauf zugewiesen. Die dazugehörigen Methodenaufrufe lauten createLinearGradient und createRadialGradient. Jeweils wird ein Startpunkt beziehungsweise -kreis und ein Endpunkt beziehungsweise -kreis als Parameter angeben, die den Bereich angeben, in dem der Farbverlauf sich erstreckt.

Parameter: createLinearGradient( x-Koordinate Startpunkt, y-Koordinate Startpunkt, x-Koordinate Endpunkt, y-Koordinate Endpunkt )

Parameter: createRadialGradient( x-Koordinate Mittelpunkt Startkreis, y-Koordinate Mittelpunkt Startkreis, Radius Startkreis, x-Koordinate Mittelpunkt Endkreis, y-Koordinate Endpunkt Startkreis, Radius Endkreis )

Anschließend werden die einzelnen farblichen Zwischenstufen mittels addColorStop definiert. Der Funktion fillStyle wird im Anschluß die Variable, die den Verlaufbeinhaltet, zugewiesen.

Parameter: addColorStop( Position [Werte zwischen 0-1 sind erlaubt], Farbdefinition );

Hier ein Beispiel eines Farbverlaufsskriptes:

var lingrad = canvas.createLinearGradient( 0, 0, 0, 150 );
lingrad.addColorStop( 0, "#0099cc" );
lingrad.addColorStop( 0.5, "#fff" );
lingrad.addColorStop( 0.5, "#99cc00");
lingrad.addColorStop( 1, "#0099ff");

canvas.fillStyle = lingrad;
canvas.fillRect( 10, 10, 130 ,130 );

Muster

Neben den bisher genannten Füllmöglichkeiten gibt es noch eine weitere Art die Fläche einer Form auszufüllen. Die Rede ist von Mustern, die aus gewöhnlich Bilddateien generiert werden. Dazu erstellt man zuerst ein neues Image-Objekt, weist diesem den Pfad zur zu verwendenden Grafikquelle zu und definiert eine onload-Funktion, die nach erfolgreichem Laden des Bildes mittels createPattern ein neues Muster erstellt.

Parameter: createPattern( Image-Objekt, Art der Wiederholungen )

Neben der Wiederholungsart „repeat“ gibt es – ähnlich der CSS-Eigenschaft background-repeat – weitere Varianten um beispielsweise Wiederholungen nur in x- oder y-Richtung zu erzeugen. Jedoch sind diese noch nicht implementiert.

Der folgende Javascript-Code soll das Vorgehen aufzeigen:

var img = new Image();
img.src="wallpaper.png";
img.onload = function() {
var pattern = canvas.createPattern( img, "repeat" );
canvas.fillStyle = pattern;
canvas.fillRect( 0, 0, 400, 150 );
}

Ausblick

Mozilla wird mit der Version 3.0 des Firefox-Browser, der auf der Gecko-Enging 1.9 basiert, in Sachen Gestaltungsmöglichkeiten von Canvas einen Schritt weiter gehen und das Rendern von Text erlauben. Dazu werden die folgenden mozilla-spezifischen Methoden eingeführt:

  • mozDrawText() – zeichnet Text
  • mozMeasureText() – gibt die Breite des zuzeichnenden Textes zurück
  • mozPathText() – definiert einen Textpfad
  • mozTextAlongPath() – zeichnet Text entlang eines vorher definierten Pfades

Zur Demonstrationsseite

18 Antworten zu “Einführung in Canvas”

  1. Super Mario Kart als Javascript-Spiel | Ajaxschmiede.de sagt:

    […] genug von Mario bekommen. Nachdem er bereits ein Klempner-Abenteuer in Javascript mit Hilfe von Canvas umgesetzt hat, machte er sich nun daran, das bekannte Rennspiel Super Mario Kart zu […]

  2. Mit Spacius in den Weltraum | Ajaxschmiede.de sagt:

    […] Gegensatz zu anderen Spieleumsetzungen, über die wir bereits berichteten, verwendete Hackett kein Canvas sondern einfach nur div-Elemente, wodurch es nicht nur in Firefox, Opera und Safari sondern auch in […]

  3. Schleevoigt sagt:

    Das habe ich schon vor längerer Zeit gesehen und läuft schon mal generell auch im MSIE.
    http://walterzorn.de/jsgraphics/jsgraphics.htm

  4. dooz » Blog Archive » links for 2008-10-27 sagt:

    […] Einführung in Canvas | Ajaxschmiede.de (tags: canvas webdev webdesign javascript html) […]

  5. Runde Ecken ganz einfach mit Liquid Canvas | Ajaxschmiede.de sagt:

    […] Rundungen werden zur Laufzeit über Canvas generiert und automatisch in den HTML-Code eingebettet. Der Einsatz von herkömmlichen […]

  6. Runde Ecken ganz einfach mit Liquid Canvas | PRINZESSIN - blog.jowe.biz sagt:

    […] Rundungen werden zur Laufzeit über Canvas generiert und automatisch in den HTML-Code eingebettet. Der Einsatz von herkömmlichen […]

  7. Google Chrome Experimente : dberninger.de sagt:

    […] man mit Javascript und Canvas so alles in einem Browser laufen lassen kann (wenn er Standards unterstützt), das kann man sich […]

  8. Regelmäßige Vielecke mit Canvas | Ajaxschmiede.de sagt:

    […] Grundlagenbeitrag zu Canvas kann man sich genauere Informationen zum Einbau holen. Auch ein Blick in den Quellcode […]

  9. soulstyled.de - Webdesign, (X)HTML, CSS, Printdesign sagt:

    […] Einführung in Canvas […]

  10. Carsten sagt:

    Ich versuche mich gerade mal mit dem neuen Tag canvas und CSS3 zu beschäftigen, daher kam mir so eine kurze pregnante Einführung und Vorstellung von canvas auf dieser Seite gerade recht.

    Allerdings ist im ersten Beispiel direkt ein kleiner Fehler.
    Im HTML Bereich wird die id „canvas1“ verwendet

    und im JS Code dann aber die id „tutorial“ abgefragt

    var canvas = document.getElementById(‚tutorial‘);

    Damit wird der nachfolgende JS Code gar nicht ausgeführt und somit auch kein canvas Element gezeichnet. (-:
    Will man Erfolg haben so ist natürlich die gleiche id zu benutzen.
    So als Tip für die Anfangenden.

  11. Tweets die Einführung in Canvas | Ajaxschmiede.de erwähnt -- Topsy.com sagt:

    […] Dieser Eintrag wurde auf Twitter von Daniel erwähnt. Daniel sagte: "Einführung in Canvas" http://bit.ly/9XADkm […]

  12. HTML5 – Das Canvas Element | uwerosche.de sagt:

    […] sich ein wenig tiefer in die Thematik einarbeiten möchte dem empfehle ich den Artikel auf Ajaxschmiede.de und zusätzlich als Überblick über alle Canvas-Funktionen den Cheat […]

  13. Canvas HTML5 Animation: Cool Sample with Super Mario Jump’n Run in Background » SERPland sagt:

    […] Einführung in Canvas […]

  14. Matthias sagt:

    Man echt gut erklärt! das ist so wie ein Animation echt ich kenne Canvas und jetzt kann ich das 😀 Hast du einen YouTube Kanal?
    Schreib mir bitte zurück!

  15. Mathias sagt:

    Frage: Kann ich bei Canvas festlegen, das die ausgegebenen Bilder nur 8bit png sind?

  16. Smithk340 sagt:

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