十九、项目：像素艺术编辑器

原文：Project: A Pixel Art Editor

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

自豪地采用谷歌翻译

部分参考了《JavaScript 编程精解（第 2 版）》

我看着眼前的许多颜色。我看着我的空白画布。然后，我尝试使用颜色，就像形成诗歌的词语，就像塑造音乐的音符。

Joan Miro

https://raw.githubusercontent.com/wizardforcel/eloquent-js-3e-zh/master/img/19-0.jpg

前面几章的内容为你提供了构建基本的 Web 应用所需的所有元素。在本章中，我们将实现一个。

我们的应用将是像素绘图程序，你可以通过操纵放大视图（正方形彩色网格），来逐像素修改图像。你可以使用它来打开图像文件，用鼠标或其他指针设备在它们上面涂画并保存。这是它的样子：

https://raw.githubusercontent.com/wizardforcel/eloquent-js-3e-zh/master/img/19-1.png

在电脑上绘画很棒。你不需要担心材料，技能或天赋。你只需要开始涂画。

组件

应用的界面在顶部显示大的元素，在它下面有许多表单字段。用户通过从字段。当前选择的工具决定了，当用户使用指针设备与图片交互时，发生的事情。它们作为一个对象而提供，该对象将出现在下拉字段中的名称，映射到实现这些工具的函数。这个函数接受图片位置，当前应用状态和dispatch函数作为参数。它们可能会返回一个移动处理器，当指针移动到另一个像素时，使用新位置和当前状态调用该函数。

class PixelEditor {
  constructor(state, config) {
    let {tools, controls, dispatch} = config;
    this.state = state;

    this.canvas = new PictureCanvas(state.picture, pos => {
      let tool = tools[this.state.tool];
      let onMove = tool(pos, this.state, dispatch);
      if (onMove) return pos => onMove(pos, this.state);
    });
    this.controls = controls.map(
      Control => new Control(state, config));
    this.dom = elt("div", {}, this.canvas.dom, elt("br"),
                   ...this.controls.reduce(
                     (a, c) => a.concat(" ", c.dom), []));
  }
  setState(state) {
    this.state = state;
    this.canvas.setState(state.picture);
    for (let ctrl of this.controls) ctrl.setState(state);
  }
}

指定给PictureCanvas的指针处理器，使用适当的参数调用当前选定的工具，如果返回了移动处理器，使其也接收状态。

所有控件在this.controls中构造并存储，以便在应用状态更改时更新它们。 reduce的调用会在控件的 DOM 元素之间引入空格。这样他们看起来并不那么密集。

第一个控件是工具选择菜单。它创建元素为我们提供了专门用于选择颜色的表单字段。这种字段的值始终是"#RRGGBB"格式（红色，绿色和蓝色分量，每种颜色两位数字）的 CSS 颜色代码。当用户与它交互时，浏览器将显示一个颜色选择器界面。

该控件创建这样一个字段，并将其连接起来，与应用状态的color属性保持同步。

class ColorSelect {
  constructor(state, {dispatch}) {
    this.input = elt("input", {
      type: "color",
      value: state.color,
      onchange: () => dispatch({color: this.input.value})
    });
    this.dom = elt("label", null, " Color: ", this.input);
  }
  setState(state) { this.input.value = state.color; }
}

绘图工具

在我们绘制任何东西之前，我们需要实现一些工具，来控制画布上的鼠标或触摸事件的功能。

最基本的工具是绘图工具，它可以将你点击或轻触的任何像素，更改为当前选定的颜色。它分派一个动作，将图片更新为一个版本，其中所指的像素赋为当前选定的颜色。

function draw(pos, state, dispatch) {
  function drawPixel({x, y}, state) {
    let drawn = {x, y, color: state.color};
    dispatch({picture: state.picture.draw([drawn])});
  }
  drawPixel(pos, state);
  return drawPixel;
}

该函数立即调用drawPixel函数，但也会返回它，以便在用户在图片上拖动或滑动时，再次为新的所触摸的像素调用。

为了绘制较大的形状，可以快速创建矩形。矩形工具在开始拖动的点和拖动到的点之间画一个矩形。

function rectangle(start, state, dispatch) {
  function drawRectangle(pos) {
    let xStart = Math.min(start.x, pos.x);
    let yStart = Math.min(start.y, pos.y);
    let xEnd = Math.max(start.x, pos.x);
    let yEnd = Math.max(start.y, pos.y);
    let drawn = [];
    for (let y = yStart; y <= yEnd; y++) {
      for (let x = xStart; x <= xEnd; x++) {
        drawn.push({x, y, color: state.color});
      }
    }
    dispatch({picture: state.picture.draw(drawn)});
  }
  drawRectangle(start);
  return drawRectangle;
}

此实现中的一个重要细节是，拖动时，矩形将从原始状态重新绘制在图片上。这样，你可以在创建矩形时将矩形再次放大和缩小，中间的矩形不会在最终图片中残留。这是不可变图片对象实用的原因之一 - 稍后我们会看到另一个原因。

实现洪水填充涉及更多东西。这是一个工具，填充和指针下的像素，和颜色相同的所有相邻像素。 “相邻”是指水平或垂直直接相邻，而不是对角线。此图片表明，在标记像素处使用填充工具时，着色的一组像素：

https://raw.githubusercontent.com/wizardforcel/eloquent-js-3e-zh/master/img/19-2.svg

有趣的是，我们的实现方式看起来有点像第 7 章中的寻路代码。那个代码搜索图来查找路线，但这个代码搜索网格来查找所有“连通”的像素。跟踪一组可能的路线的问题是类似的。

const around = [{dx: -1, dy: 0}, {dx: 1, dy: 0},
                {dx: 0, dy: -1}, {dx: 0, dy: 1}];

function fill({x, y}, state, dispatch) {
  let targetColor = state.picture.pixel(x, y);
  let drawn = [{x, y, color: state.color}];
  for (let done = 0; done < drawn.length; done++) {
    for (let {dx, dy} of around) {
      let x = drawn[done].x + dx, y = drawn[done].y + dy;
      if (x >= 0 && x < state.picture.width &&
          y >= 0 && y < state.picture.height &&
          state.picture.pixel(x, y) == targetColor &&
          !drawn.some(p => p.x == x && p.y == y)) {
        drawn.push({x, y, color: state.color});
      }
    }
  }
  dispatch({picture: state.picture.draw(drawn)});
}

绘制完成的像素的数组可以兼作函数的工作列表。对于每个到达的像素，我们必须看看任何相邻的像素是否颜色相同，并且尚未覆盖。随着新像素的添加，循环计数器落后于绘制完成的数组的长度。任何前面的像素仍然需要探索。当它赶上长度时，没有剩下未探测的像素，并且该函数就完成了。

最终的工具是一个颜色选择器，它允许你指定图片中的颜色，来将其用作当前的绘图颜色。

function pick(pos, state, dispatch) {
  dispatch({color: state.picture.pixel(pos.x, pos.y)});
}

我们现在可以测试我们的应用了！

保存和加载

当我们画出我们的杰作时，我们会想要保存它以备后用。我们应该添加一个按钮，用于将当前图片下载为图片文件。这个控件提供了这个按钮：

class SaveButton {
  constructor(state) {
    this.picture = state.picture;
    this.dom = elt("button", {
      onclick: () => this.save()
    }, "\u{1f4be} Save");
  }
  save() {
    let canvas = elt("canvas");
    drawPicture(this.picture, canvas, 1);
    let link = elt("a", {
      href: canvas.toDataURL(),
      download: "pixelart.png"
    });
    document.body.appendChild(link);
    link.click();
    link.remove();
  }
  setState(state) { this.picture = state.picture; }
}

组件会跟踪当前图片，以便在保存时可以访问它。为了创建图像文件，它使用元素来绘制图片（一比一的像素比例）。

canvas元素上的toDataURL方法创建一个以data:开头的 URL。与http:和https:的 URL 不同，数据 URL 在 URL 中包含整个资源。它们通常很长，但它们允许我们在浏览器中，创建任意图片的可用链接。

为了让浏览器真正下载图片，我们将创建一个链接元素，指向此 URL 并具有download属性。点击这些链接后，浏览器将显示一个文件保存对话框。我们将该链接添加到文档，模拟点击它，然后再将其删除。

你可以使用浏览器技术做很多事情，但有时候做这件事的方式很奇怪。

并且情况变得更糟了。我们也希望能够将现有的图像文件加载到我们的应用中。为此，我们再次定义一个按钮组件。

class LoadButton {
  constructor(_, {dispatch}) {
    this.dom = elt("button", {
      onclick: () => startLoad(dispatch)
    }, "\u{1f4c1} Load");
  }
  setState() {}
}

function startLoad(dispatch) {
  let input = elt("input", {
    type: "file",
    onchange: () => finishLoad(input.files[0], dispatch)
  });
  document.body.appendChild(input);
  input.click();
  input.remove();
}

为了访问用户计算机上的文件，我们需要用户通过文件输入字段选择文件。但我不希望加载按钮看起来像文件输入字段，所以我们在单击按钮时创建文件输入，然后假装它自己被单击。

当用户选择一个文件时，我们可以使用FileReader访问其内容，并再次作为数据 URL。该 URL 可用于创建元素，但由于我们无法直接访问此类图像中的像素，因此我们无法从中创建Picture对象。

function finishLoad(file, dispatch) {
  if (file == null) return;
  let reader = new FileReader();
  reader.addEventListener("load", () => {
    let image = elt("img", {
      onload: () => dispatch({
        picture: pictureFromImage(image)
      }),
      src: reader.result
    });
  });
  reader.readAsDataURL(file);
}

为了访问像素，我们必须先将图片绘制到元素。 canvas上下文有一个getImageData方法，允许脚本读取其像素。所以一旦图片在画布上，我们就可以访问它并构建一个Picture对象。

function pictureFromImage(image) {
  let width = Math.min(100, image.width);
  let height = Math.min(100, image.height);
  let canvas = elt("canvas", {width, height});
  let cx = canvas.getContext("2d");
  cx.drawImage(image, 0, 0);
  let pixels = [];
  let {data} = cx.getImageData(0, 0, width, height);

  function hex(n) {
    return n.toString(16).padStart(2, "0");
  }
  for (let i = 0; i < data.length; i += 4) {
    let [r, g, b] = data.slice(i, i + 3);
    pixels.push("#" + hex(r) + hex(g) + hex(b));
  }
  return new Picture(width, height, pixels);
}

我们将图像的大小限制为100×100像素，因为任何更大的图像在我们的显示器上看起来都很大，并且可能会拖慢界面。

getImageData返回的对象的data属性，是一个颜色分量的数组。对于由参数指定的矩形中的每个像素，它包含四个值，分别表示像素颜色的红色，绿色，蓝色和 alpha 分量，数字介于 0 和 255 之间。alpha 分量表示不透明度 - 当它是零时像素是完全透明的，当它是 255 时，它是完全不透明的。出于我们的目的，我们可以忽略它。

在我们的颜色符号中，为每个分量使用的两个十六进制数字，正好对应于 0 到 255 的范围 - 两个十六进制数字可以表示16**2 = 256个不同的数字。数字的toString方法可以传入进制作为参数，所以n.toString(16)将产生十六进制的字符串表示。我们必须确保每个数字都占用两位数，所以十六进制的辅助函数调用padStart，在必要时添加前导零。

我们现在可以加载并保存了！在完成之前剩下一个功能。

撤销历史

编辑过程的一半是犯了小错误，并再次纠正它们。因此，绘图程序中的一个非常重要的功能是撤消历史。

为了能够撤销更改，我们需要存储以前版本的图片。由于这是一个不可变的值，这很容易。但它确实需要应用状态中的额外字段。

我们将添加done数组来保留图片的以前版本。维护这个属性需要更复杂的状态更新函数，它将图片添加到数组中。

但我们不希望存储每一个更改，而是一定时间量之后的更改。为此，我们需要第二个属性doneAt，跟踪我们上次在历史中存储图片的时间。

function historyUpdateState(state, action) {
  if (action.undo == true) {
    if (state.done.length == 0) return state;
    return Object.assign({}, state, {
      picture: state.done[0],
      done: state.done.slice(1),
      doneAt: 0
    });
  } else if (action.picture &&
             state.doneAt < Date.now() - 1000) {
    return Object.assign({}, state, action, {
      done: [state.picture, ...state.done],
      doneAt: Date.now()
    });
  } else {
    return Object.assign({}, state, action);
  }
}

当动作是撤消动作时，该函数将从历史中获取最近的图片，并生成当前图片。

或者，如果动作包含新图片，并且上次存储东西的时间超过了一秒（1000 毫秒），会更新done和doneAt属性来存储上一张图片。

撤消按钮组件不会做太多事情。它在点击时分派撤消操作，并在没有任何可以撤销的东西时禁用自身。

class UndoButton {
  constructor(state, {dispatch}) {
    this.dom = elt("button", {
      onclick: () => dispatch({undo: true}),
      disabled: state.done.length == 0
    }, "⮪ Undo");
  }
  setState(state) {
    this.dom.disabled = state.done.length == 0;
  }
}

让我们绘图吧

为了建立应用，我们需要创建一个状态，一组工具，一组控件和一个分派函数。我们可以将它们传递给PixelEditor构造器来创建主要组件。由于我们需要在练习中创建多个编辑器，因此我们首先定义一些绑定。

const startState = {
  tool: "draw",
  color: "#000000",
  picture: Picture.empty(60, 30, "#f0f0f0"),
  done: [],
  doneAt: 0
};

const baseTools = {draw, fill, rectangle, pick};

const baseControls = [
  ToolSelect, ColorSelect, SaveButton, LoadButton, UndoButton
];

function startPixelEditor({state = startState,
                           tools = baseTools,
                           controls = baseControls}) {
  let app = new PixelEditor(state, {
    tools,
    controls,
    dispatch(action) {
      state = historyUpdateState(state, action);
      app.setState(state);
    }
  });
  return app.dom;
}

解构对象或数组时，可以在绑定名称后面使用=，来为绑定指定默认值，该属性在缺失或未定义时使用。 startPixelEditor函数利用它来接受一个对象，包含许多可选属性作为参数。例如，如果你未提供tools属性，则tools将绑定到baseTools。

这就是我们在屏幕上获得实际的编辑器的方式：

来吧，画一些东西。我会等着你。

为什么这个很困难

浏览器技术是惊人的。它提供了一组强大的界面积木，排版和操作方法，以及检查和调试应用的工具。你为浏览器编写的软件可以在几乎所有电脑和手机上运行。

与此同时，浏览器技术是荒谬的。你必须学习大量愚蠢的技巧和难懂的事实才能掌握它，而它提供的默认编程模型非常棘手，大多数程序员喜欢用几层抽象来封装它，而不是直接处理它。

虽然情况肯定有所改善，但它以增加更多元素来解决缺点的方式，改善了它 - 也创造了更多复杂性。数百万个网站使用的特性无法真正被取代。即使可能，也很难决定它应该由什么取代。

技术从不存在于真空中 - 我们受到我们的工具，以及产生它们的社会，经济和历史因素的制约。这可能很烦人，但通常更加有效的是，试图理解现有的技术现实如何发挥作用，以及为什么它是这样 - 而不是对抗它，或者转向另一个现实。

新的抽象可能会有所帮助。我在本章中使用的组件模型和数据流约定，是一种粗糙的抽象。如前所述，有些库试图使用户界面编程更愉快。在编写本文时，React 和 Angular 是主流选择，但是这样的框架带有整个全家桶。如果你对编写 Web 应用感兴趣，我建议调查其中的一些内容，来了解它们的原理，以及它们提供的好处。

练习

我们的程序还有提升空间。让我们添加一些更多特性作为练习。

键盘绑定

将键盘快捷键添加到应用。工具名称的第一个字母用于选择工具，而control-Z或command-Z激活撤消工作。

通过修改PixelEditor组件来实现它。为

元素包装添加tabIndex属性 0，以便它可以接收键盘焦点。请注意，与tabindex属性对应的属性称为tabIndex，I大写，我们的elt函数需要属性名称。直接在该元素上注册键盘事件处理器。这意味着你必须先单击，触摸或按下 TAB 选择应用，然后才能使用键盘与其交互。

请记住，键盘事件具有ctrlKey和metaKey（用于 Mac 上的Command键）属性，你可以使用它们查看这些键是否被按下。

高效绘图

绘图过程中，我们的应用所做的大部分工作都发生在drawPicture中。创建一个新状态并更新 DOM 的其余部分的开销并不是很大，但重新绘制画布上的所有像素是相当大的工作量。

找到一种方法，通过重新绘制实际更改的像素，使PictureCanvas的setState方法更快。

请记住，drawPicture也由保存按钮使用，所以如果你更改它，请确保更改不会破坏旧用途，或者使用不同名称创建新版本。

另请注意，通过设置其width或height属性来更改元素的大小，将清除它，使其再次完全透明。

圆

定义一个名为circle的工具，当你拖动时绘制一个实心圆。圆的中心位于拖动或触摸手势开始的位置，其半径由拖动的距离决定。

合适的直线

这是比前两个更高级的练习，它将要求你设计一个有意义的问题的解决方案。在开始这个练习之前，确保你有充足的时间和耐心，并且不要因最初的失败而感到气馁。

在大多数浏览器上，当你选择绘图工具并快速在图片上拖动时，你不会得到一条闭合直线。相反，由于"mousemove"或"touchmove"事件没有快到足以命中每个像素，因此你会得到一些点，在它们之间有空隙。

改进绘制工具，使其绘制完整的直线。这意味着你必须使移动处理器记住前一个位置，并将其连接到当前位置。

为此，由于像素可以是任意距离，所以你必须编写一个通用的直线绘制函数。

两个像素之间的直线是连接像素的链条，从起点到终点尽可能直。对角线相邻的像素也算作连接。所以斜线应该看起来像左边的图片，而不是右边的图片。

https://raw.githubusercontent.com/wizardforcel/eloquent-js-3e-zh/master/img/19-3.svg

如果我们有了代码，它在两个任意点间绘制一条直线，我们不妨继续，并使用它来定义line工具，它在拖动的起点和终点之间绘制一条直线。

JavaScript 编程精解中文第三版十九、项目：像素艺术编辑器

十九、项目：像素艺术编辑器

组件

绘图工具

保存和加载

撤销历史

让我们绘图吧

为什么这个很困难

练习

键盘绑定

高效绘图

圆

合适的直线

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