如何在 Canvas 上实现图形拾取？

大家好，我是前端西瓜哥，今天来和大家说说 canvas 怎么做图形拾取。

图形拾取，指的是用户通过鼠标或手指在图形界面上能选中图形的能力。图形拾取技术是之后的高亮图形、拖拽图形、点击触发事件的基础。

canvas 作为一个过于朴实无华的绘制工具，我们想知道如何让 canvas 能像 HTML 一样，知道鼠标点中了哪个 “div”。

维护节点树

canvas 只提供 API 在画布上绘制形状，并不知道它之前画过的图形是什么，不会保存它们的坐标、宽高等信息。

所以如果你想让 canvas 支持将其中的图形进行编辑，比如拖拽和放大，那就必须自己去维护一棵节点树。

类似这样：

const tree = {
  type: 'stage',
  children: [
    {
      type: 'rect',
      x: 10, y: 10, w: 100, h: 100,
      fill: 'red',
    },
    {
      type: 'circle',
      x: 0, y: 0, radius: 80,
      stroke: 'yellow',
    }
  ],
};

然后 canvas 基于此去按层级绘制这些图形。

下面我们看看元素拾取的几种方案。

方案 1：isPathInPoint

isPointInPath 是 canvas 原生提供的一个检测某个点是否在指定路径内的方法。

const canvas = document.querySelector("canvas");
const ctx = canvas.getContext("2d");

ctx.beginPath(); // 表示路径的开始
ctx.rect(30, 30, 100, 50);
ctx.stroke(); // 如果只是计算，可以不绘制出来

ctx.isPointInPath(40, 40); // true，在路径内
ctx.isPointInPath(10, 10); // false，不在路径内

线上 demo：

https:/ /codesandbox.io/s/h7pxsm

优点：

1. 原生 API 支持，方便；

缺点：

1. 判断光标点中哪个元素，需要遍历元素，去调用方法，直到返回 true 为止，性能可能会差一点（可以用四叉树碰撞检测，减少需要遍历的元素数量，但极端情况可能还是会有很多元素，另外可通过包围盒减少计算量）；
2. 检测点是否在一条 strokeWidth 较大的线上可能会有错误，因为路径是没有宽度的；

方案 2：缓存 Canvas

根据真正的 canvas 元素，额外创建一个大小相同离屏的缓存 canvas 元素。

每次我们在主 canvas 上绘制形状时，也在缓存 canvas 上绘制同样形状的纯色块，并用哈希表记录颜色和对应的图形对象，比如红色表示矩形 A，绿色表示矩形 B。

然后当我们在真实 canvas 上点击时，我们在 canvas 绑定事件，就可以拿到坐标位置 (x, y)，再通过 offScreenCtx.getImageData(x, y, 1, 1) 方法得到缓存 canvas 的对应像素点的颜色值，然后找到它对应的图形对象，执行其注册的事件。

Konva 库使用了该方案。

写了个简单的线上 demo，你可以尝试点击上面那个 canvas 下的图形，看看控制台输出：

https:/ /codesandbox.io/s/veivt3

优点：

1. 能够快速确定点所在的图形；
2. 能够修改碰撞范围，比如给一条细的线条进行区域的外扩，让用户更好选中这条线条；
3. 适合图形量大、重绘较少的场景。

缺点：

1. 渲染开销加倍。每个图形需要调用两次 API（页面上的 canvas 和缓存 canvas 各绘制一次）；
2. 如果图形频繁变化，性能会更低。

方案 3：图形学算法

可以用计算机图形学的算法，去判断一个点是否在某个形状内。

比如：

（1）点是否在矩形内。

function isPointInRect(point, rect) {
  return (
    point.x >= rect.x &&
    point.y >= rect.y &&
    point.x <= rect.x + rect.width &&
    point.y <= rect.y + rect.height
  );
}

（2）点是否在圆形内。

export function isPointInCircle(point, circle) {
  const dx = point.x - circle.x;
  const dy = point.y - circle.y;
  const dSquare = dx * dx + dy * dy;
  return dSquare <= circle.radius * circle.radius;
}

还有其他的：通过 “射线法” 判断点是否在多边形等。

优点：

1. 某种意义上是 isPointInPath 的底层实现，能做到平台无关；

缺点：

1. 和 isPointInPath 方案一样，需要遍历图形检测；
2. 实现复杂，简单图形还算简单，但如果涉及到贝塞尔曲线等复杂形状，实现就会很复杂且性能堪忧（可以考虑用 isPointInPath）；
3. 如果使用了 transform，因为要进行矩阵乘法，性能会有所下降。

结尾

总结一下，canvas 的图形拾取有三种方案：

1. isPointInPath：canvas 原生提供的 API，能够知道点是否在路径内；
2. 缓存 Canvas：额外使用一个 canvas，每次绘制图形都在这个 canvas 上绘制纯色图形，记录映射关系。交互时通过 getImageData 得到颜色值，然后根据映射关系找到对应图形；
3. 计算机图形学算法：自己写点是否在特定形状下的算法，本质是 isPointInPath 的底层实现。但复杂图形碰撞检测实现起来困难。

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