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JavaScript Canvas 2D上下文变换实现图形旋转教程

碧海醫心

发布： 2025-10-12 11:44:13

原创

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JavaScript Canvas 2D上下文变换实现图形旋转教程

本教程详细介绍了如何使用html canvas的2d渲染上下文实现图形元素的旋转。通过掌握`save()`、`translate()`、`rotate()`和`restore()`等核心方法，开发者可以精确控制画布坐标系的平移和旋转，从而在不影响其他绘制操作的前提下，对单个或多个图形对象进行独立的角度变换。

在现代Web开发中，实现页面元素的动态交互和视觉效果是提升用户体验的关键。其中，图形元素的旋转是一个常见的需求，例如在游戏开发、数据可视化或自定义UI组件中。HTML Canvas提供了一个强大的2D绘图API，允许开发者通过JavaScript直接在网页上绘制图形，并对这些图形进行复杂的变换操作，包括平移、缩放和旋转。本教程将专注于如何利用Canvas的2D上下文变换功能，实现图形元素的精确旋转。

理解Canvas的坐标系统与变换

HTML Canvas的绘图区域有一个默认的坐标系统，其原点(0,0)位于画布的左上角，X轴向右延伸，Y轴向下延伸。所有绘图操作都基于这个坐标系统。Canvas的2D上下文（CanvasRenderingContext2D）提供了一系列方法来修改这个坐标系统，这些方法被称为“变换”（Transformations）。

核心的变换方法包括：

ctx.translate(x, y)：将画布的原点移动到(x, y)。
ctx.rotate(angle)：将画布的坐标系统绕当前原点旋转指定的角度。
ctx.scale(x, y)：沿X轴和Y轴缩放画布的坐标系统。

此外，还有两个非常重要的方法用于管理变换状态：

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ctx.save()：将当前画布的完整状态（包括所有变换、样式设置等）压入堆栈。
ctx.restore()：从堆栈中弹出最近保存的状态，并将其恢复为当前状态。这对于隔离变换操作至关重要，确保一个元素的变换不会意外影响到后续绘制的其他元素。

实现图形旋转的步骤

要实现一个图形的旋转，通常需要以下步骤：

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获取Canvas上下文：首先，通过DOM获取canvas元素，并获取其2D渲染上下文。
保存当前状态：在进行任何变换之前，使用ctx.save()保存当前画布的默认状态。
平移原点：使用ctx.translate(x, y)将画布的原点移动到你希望图形围绕其旋转的中心点。如果没有这一步，旋转将默认围绕画布的左上角（0,0）进行。
执行旋转：使用ctx.rotate(angle)方法旋转画布的坐标系统。请注意，angle参数需要以弧度（radians）为单位。
绘制图形：在新的、已旋转的坐标系统中绘制你的图形。由于原点已被平移，你需要根据新的原点来计算图形的绘制坐标。
恢复之前状态：使用ctx.restore()将画布状态恢复到save()时的状态。这将撤销所有在save()之后进行的变换和样式更改，确保后续的绘图操作不受影响。

示例代码：旋转一个矩形

下面是一个完整的示例，展示如何在HTML Canvas中旋转一个矩形。

HTML结构

首先，在HTML文件中创建一个canvas元素，并设置一个onload事件来在页面加载完成后执行绘图函数。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Canvas图形旋转示例</title>
    <style>
        canvas {
            border: 1px solid #ccc;
            background-color: #f9f9f9;
        }
    </style>
</head>
<body onload="drawRotatedRectangle()">
    <canvas id="myCanvas" width="400" height="300"></canvas>
    <script src="script.js"></script>
</body>
</html>

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JavaScript代码 (script.js)

接下来，创建script.js文件，包含绘制旋转矩形的逻辑。

function drawRotatedRectangle() {
    // 获取canvas元素和2D渲染上下文
    const canvas = document.getElementById("myCanvas");
    if (!canvas.getContext) {
        alert("您的浏览器不支持Canvas！");
        return;
    }
    const ctx = canvas.getContext("2d");

    // 定义矩形的属性
    const xCenter = 150; // 矩形旋转中心的X坐标
    const yCenter = 100; // 矩形旋转中心的Y坐标
    const rectHeight = 60; // 矩形的高度
    const rectWidth = 100; // 矩形的宽度
    const rotationAngleDegrees = 45; // 旋转角度（度）

    // 1. 绘制一个未旋转的矩形作为参照（可选）
    ctx.fillStyle = "blue";
    ctx.fillRect(xCenter, yCenter, rectWidth, rectHeight);
    ctx.font = "12px Arial";
    ctx.fillStyle = "black";
    ctx.fillText("未旋转矩形", xCenter, yCenter - 5);

    // --- 开始旋转矩形 ---

    // 2. 保存当前画布状态（默认坐标系）
    ctx.save();

    // 3. 将画布原点平移到矩形的中心
    // 所有的旋转操作都将围绕这个新的原点进行
    ctx.translate(xCenter + rectWidth / 2, yCenter + rectHeight / 2);

    // 4. 旋转画布坐标系
    // 将角度从度转换为弧度： radians = degrees * (Math.PI / 180)
    const rotationAngleRadians = rotationAngleDegrees * Math.PI / 180;
    ctx.rotate(rotationAngleRadians);

    // 5. 在新的坐标系中绘制矩形
    // 由于原点已平移到矩形中心，矩形的左上角应为 (-width/2, -height/2)
    ctx.fillStyle = "red";
    ctx.fillRect(rectWidth / -2, rectHeight / -2, rectWidth, rectHeight);

    // 绘制文本，也将在旋转后的坐标系中显示
    ctx.fillStyle = "white";
    ctx.textAlign = "center";
    ctx.textBaseline = "middle";
    ctx.fillText("旋转矩形", 0, 0); // 文本绘制在当前原点 (0,0)

    // 6. 恢复之前保存的画布状态
    // 撤销 translate 和 rotate 操作，使后续绘图不受影响
    ctx.restore();

    // 绘制一个不受旋转影响的圆形
    ctx.beginPath();
    ctx.arc(300, 150, 30, 0, Math.PI * 2);
    ctx.fillStyle = "green";
    ctx.fill();
    ctx.closePath();
    ctx.fillStyle = "black";
    ctx.fillText("不受影响的圆形", 300, 190);
}

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在上述代码中：

我们首先绘制了一个蓝色的矩形作为参照，它位于xCenter, yCenter处。
为了旋转红色矩形，我们使用ctx.save()保存了画布的原始状态。
ctx.translate(xCenter + rectWidth / 2, yCenter + rectHeight / 2)将画布的原点移动到了蓝色矩形的中心。这样，后续的rotate()操作就会围绕这个中心进行。
ctx.rotate()方法接收弧度值，所以我们将45度转换为弧度。
ctx.fillRect(rectWidth / -2, rectHeight / -2, rectWidth, rectHeight)：在新的、已平移和旋转的坐标系中，原点位于矩形的中心。因此，矩形的左上角相对于这个新原点是(-rectWidth/2, -rectHeight/2)，这样矩形才能以其中心为轴旋转。
ctx.restore()至关重要，它将画布状态恢复到save()时的默认状态，使得后续绘制的绿色圆形不受之前旋转变换的影响。

注意事项与最佳实践

弧度与角度：Canvas的rotate()方法接受弧度作为参数。如果你的角度是以度为单位，请务必使用angleInDegrees * Math.PI / 180进行转换。
变换顺序：变换的顺序非常重要。通常的顺序是：translate（平移到旋转中心）-> rotate（旋转）-> scale（缩放）。如果顺序颠倒，效果会大相径庭。
save()和restore()的重要性：始终在执行一组变换之前调用ctx.save()，并在变换完成后调用ctx.restore()。这可以确保你的变换是局部的，不会影响到画布上其他元素的绘制，从而避免意外的副作用。
旋转中心：ctx.rotate()总是围绕当前画布的原点进行旋转。因此，如果你想让图形围绕其自身的中心旋转，必须先使用ctx.translate()将画布的原点移动到图形的中心。
性能考虑：频繁的save()、restore()和复杂的变换操作可能会对性能产生一定影响。对于大量元素的动画，可以考虑使用离屏Canvas进行预渲染，或者优化绘制逻辑。
文本和图像的旋转：本教程以矩形为例，但同样的方法也适用于旋转文本（使用ctx.fillText()或ctx.strokeText()）和图像（使用ctx.drawImage()）。

总结

通过本教程，我们深入探讨了如何使用HTML Canvas的2D上下文实现图形元素的旋转。核心在于理解save()、translate()、rotate()和restore()这几个方法的协同作用。通过精确控制画布的坐标系统变换，开发者可以创建出丰富多样的动态视觉效果。掌握这些基本变换是进行更高级Canvas绘图和动画开发的基础。

以上就是JavaScript Canvas 2D上下文变换实现图形旋转教程的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！