Wie zeichnet man eine glatte Kurve durch N Punkte mit JavaScript HTML5 Canvas?
Für eine Zeichenanwendung speichere ich die Mausbewegungskoordinaten in einem Array und zeichne sie dann mit lineTo. Die resultierende Linie ist nicht glatt. Wie kann ich eine einzelne Kurve zwischen allen gesammelten Punkten erzeugen?
Ich habe gegoogelt, aber ich habe nur 3 Funktionen zum Zeichnen von Linien gefunden: Für 2 Stichprobenpunkte einfach lineTo verwenden. Für 3 Stichprobenpunkte quadraticCurveTo, für 4 Stichprobenpunkte bezierCurveTo.
(Ich habe versucht, für alle 4 Punkte im Array eine bezierCurveTo zu zeichnen, aber das führt alle 4 Abtastpunkte zu Knicken, anstatt zu einer kontinuierlich glatten Kurve.)
Wie schreibe ich eine Funktion, um eine glatte Kurve mit 5 Abtastpunkten und darüber hinaus zu zeichnen?
Antwort #1
Das Problem beim Verbinden aufeinanderfolgender Stichprobenpunkte mit diskontinuierlichen „curveTo“-artigen Funktionen besteht darin, dass die Stellen, an denen sich die Kurven treffen, nicht glatt sind. Dies liegt daran, dass die beiden Kurven einen Endpunkt gemeinsam haben, aber von völlig diskontinuierlichen Kontrollpunkten beeinflusst werden. Eine Lösung besteht darin, „zur Kurve“ die Mittelpunkte zwischen den nächsten zwei aufeinanderfolgenden Stichprobenpunkten zu gehen. Das Verbinden der Kurven mit diesen neuen interpolierten Punkten erzeugt einen sanften Übergang an den Endpunkten (was für eine Iteration ein Endpunkt ist, wird für die nächste Iteration zu einem Kontrollpunkt). Mit anderen Worten, die beiden zuvor diskontinuierlichen Kurven haben jetzt viel mehr Gemeinsamkeiten.
Diese Lösung wurde dem Buch "Foundation ActionScript 3.0 Animation: Making things move" entnommen. S. 95 - Rendierungstechniken: Erstellen mehrerer Kurven.
Hinweis: Diese Lösung verläuft tatsächlich nicht durch jeden einzelnen Punkt, was ja der Titel meiner Frage war (sie nähert vielmehr die Kurve an die Stichprobenpunkte an, verläuft aber nie durch die Stichprobenpunkte), aber für meine Zwecke (eine Zeichenanwendung) ist es ausreichend und visuell kann man den Unterschied nicht erkennen. Es gibt eine Lösung, die durch alle Stichprobenpunkte geht, aber sie ist viel komplizierter (siehe http://www.cartogrammar.com/blog/actionscript-curves-update/)
Hier ist der Zeichnungscode für die Näherungsmethode:
// move to the first point
ctx.moveTo(points[0].x, points[0].y);
for (var i = 1; i < points.length - 2; i++)
{
var xc = (points[i].x + points[i + 1].x) / 2;
var yc = (points[i].y + points[i + 1].y) / 2;
ctx.quadraticCurveTo(points[i].x, points[i].y, xc, yc);
}
// curve through the last two points
ctx.quadraticCurveTo(points[i].x, points[i].y, points[i+1].x,points[i+1].y);
Als ausführbarer Ausschnitt:
const canvas = document.querySelector("canvas");
const ctx = canvas.getContext("2d");
const points = [
{x: 50, y: 50},
{x: 180, y: 100},
{x: 75, y: 120},
{x: 40, y: 40},
];
// move to the first point
ctx.moveTo(points[0].x, points[0].y);
for (var i = 1; i < points.length - 2; i++) {
var xc = (points[i].x + points[i + 1].x) / 2;
var yc = (points[i].y + points[i + 1].y) / 2;
ctx.quadraticCurveTo(points[i].x, points[i].y, xc, yc);
}
// curve through the last two points
ctx.quadraticCurveTo(
points[i].x,
points[i].y,
points[i + 1].x,
points[i + 1].y
);
ctx.stroke();<canvas width="600" height="600"></canvas>Antwort #2
Ein bisschen spät, aber der Vollständigkeit halber.
Sie können glatte Linien erreichen, indem Sie Kardinal-Splines (auch kanonische Splines genannt) verwenden, um glatte Kurven zu zeichnen, die durch die Punkte verlaufen.
Ich habe diese Funktion für das Canvas erstellt - sie ist in drei Funktionen aufgeteilt, um die Vielseitigkeit zu erhöhen. Die Haupt-Wrapper-Funktion sieht folgendermaßen aus:
function drawCurve(ctx, ptsa, tension, isClosed, numOfSegments, showPoints) {
ctx.beginPath();
drawLines(ctx, getCurvePoints(ptsa, tension, isClosed, numOfSegments));
if (showPoints) {
ctx.beginPath();
for(var i=0;i<ptsa.length-1;i+=2)
ctx.rect(ptsa[i] - 2, ptsa[i+1] - 2, 4, 4);
}
ctx.stroke();
}
Um eine Kurve zu zeichnen, haben Sie ein Array mit x- und y-Punkten in der Reihenfolge: x1,y1, x2,y2, ...xn,yn.
Verwenden Sie es so:
var myPoints = [10,10, 40,30, 100,10]; //minimum two points
var tension = 1;
drawCurve(ctx, myPoints); //default tension=0.5
drawCurve(ctx, myPoints, tension);
Die obige Funktion ruft zwei Unterfunktionen auf, eine zur Berechnung der geglätteten Punkte. Diese gibt ein Array mit neuen Punkten zurück - dies ist die Kernfunktion, die die geglätteten Punkte berechnet:
function getCurvePoints(pts, tension, isClosed, numOfSegments) {
// use input value if provided, or use a default value
tension = (typeof tension != 'undefined') ? tension : 0.5;
isClosed = isClosed ? isClosed : false;
numOfSegments = numOfSegments ? numOfSegments : 16;
var _pts = [], res = [], // clone array
x, y, // our x,y coords
t1x, t2x, t1y, t2y, // tension vectors
c1, c2, c3, c4, // cardinal points
st, t, i; // steps based on num. of segments
// clone array so we don't change the original
//
_pts = pts.slice(0);
// The algorithm require a previous and next point to the actual point array.
// Check if we will draw closed or open curve.
// If closed, copy end points to beginning and first points to end
// If open, duplicate first points to befinning, end points to end
if (isClosed) {
_pts.unshift(pts[pts.length - 1]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 2]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 1]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 2]);
_pts.push(pts[0]);
_pts.push(pts[1]);
}
else {
_pts.unshift(pts[1]); //copy 1. point and insert at beginning
_pts.unshift(pts[0]);
_pts.push(pts[pts.length - 2]); //copy last point and append
_pts.push(pts[pts.length - 1]);
}
// ok, lets start..
// 1. loop goes through point array
// 2. loop goes through each segment between the 2 pts + 1e point before and after
for (i=2; i < (_pts.length - 4); i+=2) {
for (t=0; t <= numOfSegments; t++) {
// calc tension vectors
t1x = (_pts[i+2] - _pts[i-2]) * tension;
t2x = (_pts[i+4] - _pts[i]) * tension;
t1y = (_pts[i+3] - _pts[i-1]) * tension;
t2y = (_pts[i+5] - _pts[i+1]) * tension;
// calc step
st = t / numOfSegments;
// calc cardinals
c1 = 2 * Math.pow(st, 3) - 3 * Math.pow(st, 2) + 1;
c2 = -(2 * Math.pow(st, 3)) + 3 * Math.pow(st, 2);
c3 = Math.pow(st, 3) - 2 * Math.pow(st, 2) + st;
c4 = Math.pow(st, 3) - Math.pow(st, 2);
// calc x and y cords with common control vectors
x = c1 * _pts[i] + c2 * _pts[i+2] + c3 * t1x + c4 * t2x;
y = c1 * _pts[i+1] + c2 * _pts[i+3] + c3 * t1y + c4 * t2y;
//store points in array
res.push(x);
res.push(y);
}
}
return res;
}
Und um die Punkte tatsächlich als geglättete Kurve (oder jede andere segmentierte Linie, solange Sie ein x,y-Array haben) zu zeichnen:
function drawLines(ctx, pts) {
ctx.moveTo(pts[0], pts[1]);
for(i=2;i<pts.length-1;i+=2) ctx.lineTo(pts[i], pts[i+1]);
}
var ctx = document.getElementById("c").getContext("2d");
function drawCurve(ctx, ptsa, tension, isClosed, numOfSegments, showPoints) {
ctx.beginPath();
drawLines(ctx, getCurvePoints(ptsa, tension, isClosed, numOfSegments));
if (showPoints) {
ctx.beginPath();
for(var i=0;i<ptsa.length-1;i+=2)
ctx.rect(ptsa[i] - 2, ptsa[i+1] - 2, 4, 4);
}
ctx.stroke();
}
var myPoints = [10,10, 40,30, 100,10, 200, 100, 200, 50, 250, 120]; //minimum two points
var tension = 1;
drawCurve(ctx, myPoints); //default tension=0.5
drawCurve(ctx, myPoints, tension);
function getCurvePoints(pts, tension, isClosed, numOfSegments) {
// use input value if provided, or use a default value
tension = (typeof tension != 'undefined') ? tension : 0.5;
isClosed = isClosed ? isClosed : false;
numOfSegments = numOfSegments ? numOfSegments : 16;
var _pts = [], res = [], // clone array
x, y, // our x,y coords
t1x, t2x, t1y, t2y, // tension vectors
c1, c2, c3, c4, // cardinal points
st, t, i; // steps based on num. of segments
// clone array so we don't change the original
//
_pts = pts.slice(0);
// The algorithm require a previous and next point to the actual point array.
// Check if we will draw closed or open curve.
// If closed, copy end points to beginning and first points to end
// If open, duplicate first points to befinning, end points to end
if (isClosed) {
_pts.unshift(pts[pts.length - 1]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 2]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 1]);
_pts.unshift(pts[pts.length - 2]);
_pts.push(pts[0]);
_pts.push(pts[1]);
}
else {
_pts.unshift(pts[1]); //copy 1. point and insert at beginning
_pts.unshift(pts[0]);
_pts.push(pts[pts.length - 2]); //copy last point and append
_pts.push(pts[pts.length - 1]);
}
// ok, lets start..
// 1. loop goes through point array
// 2. loop goes through each segment between the 2 pts + 1e point before and after
for (i=2; i < (_pts.length - 4); i+=2) {
for (t=0; t <= numOfSegments; t++) {
// calc tension vectors
t1x = (_pts[i+2] - _pts[i-2]) * tension;
t2x = (_pts[i+4] - _pts[i]) * tension;
t1y = (_pts[i+3] - _pts[i-1]) * tension;
t2y = (_pts[i+5] - _pts[i+1]) * tension;
// calc step
st = t / numOfSegments;
// calc cardinals
c1 = 2 * Math.pow(st, 3) - 3 * Math.pow(st, 2) + 1;
c2 = -(2 * Math.pow(st, 3)) + 3 * Math.pow(st, 2);
c3 = Math.pow(st, 3) - 2 * Math.pow(st, 2) + st;
c4 = Math.pow(st, 3) - Math.pow(st, 2);
// calc x and y cords with common control vectors
x = c1 * _pts[i] + c2 * _pts[i+2] + c3 * t1x + c4 * t2x;
y = c1 * _pts[i+1] + c2 * _pts[i+3] + c3 * t1y + c4 * t2y;
//store points in array
res.push(x);
res.push(y);
}
}
return res;
}
function drawLines(ctx, pts) {
ctx.moveTo(pts[0], pts[1]);
for(i=2;i<pts.length-1;i+=2) ctx.lineTo(pts[i], pts[i+1]);
}canvas { border: 1px solid red; }<canvas id="c"><canvas>Dies ergibt Folgendes:
Sie können die Leinwand ganz einfach erweitern, sodass Sie sie stattdessen so aufrufen können:
ctx.drawCurve(myPoints);
Fügen Sie Folgendes zum JavaScript hinzu:
if (CanvasRenderingContext2D != 'undefined') {
CanvasRenderingContext2D.prototype.drawCurve =
function(pts, tension, isClosed, numOfSegments, showPoints) {
drawCurve(this, pts, tension, isClosed, numOfSegments, showPoints)}
}
Sie können eine optimiertere Version davon auf NPM (npm i cardinal-spline-js) oder auf GitLab finden.
Antwort #3
Die erste Antwort wird nicht durch alle Punkte verlaufen. Dieser Graph wird genau durch alle Punkte verlaufen und eine perfekte Kurve mit den Punkten als [{x:,y:}] n solcher Punkte sein.
var points = [{x:1,y:1},{x:2,y:3},{x:3,y:4},{x:4,y:2},{x:5,y:6}] //took 5 example points
ctx.moveTo((points[0].x), points[0].y);
for(var i = 0; i < points.length-1; i ++)
{
var x_mid = (points[i].x + points[i+1].x) / 2;
var y_mid = (points[i].y + points[i+1].y) / 2;
var cp_x1 = (x_mid + points[i].x) / 2;
var cp_x2 = (x_mid + points[i+1].x) / 2;
ctx.quadraticCurveTo(cp_x1,points[i].y ,x_mid, y_mid);
ctx.quadraticCurveTo(cp_x2,points[i+1].y ,points[i+1].x,points[i+1].y);
}
Antwort #4
Ich entscheide mich dazu, etwas hinzuzufügen, anstatt meine Lösung auf einen anderen Beitrag zu posten. Unten sind die Lösungen, die ich erstellt habe, sie sind vielleicht nicht perfekt, aber bisher sind die Ergebnisse gut.
Wichtig: es wird durch alle Punkte hindurchgehen!
Wenn Sie eine Idee haben, wie man es verbessern kann, teilen Sie sie mir bitte mit. Danke.
Hier ist der Vergleich von vorher und nachher:
Speichern Sie diesen Code als HTML, um ihn auszuprobieren.
<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
<canvas id="myCanvas" width="1200" height="700" style="border:1px solid #d3d3d3;">Your browser does not support the HTML5 canvas tag.</canvas>
<script>
var cv = document.getElementById("myCanvas");
var ctx = cv.getContext("2d");
function gradient(a, b) {
return (b.y-a.y)/(b.x-a.x);
}
function bzCurve(points, f, t) {
//f = 0, will be straight line
//t suppose to be 1, but changing the value can control the smoothness too
if (typeof(f) == 'undefined') f = 0.3;
if (typeof(t) == 'undefined') t = 0.6;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(points[0].x, points[0].y);
var m = 0;
var dx1 = 0;
var dy1 = 0;
var preP = points[0];
for (var i = 1; i < points.length; i++) {
var curP = points[i];
nexP = points[i + 1];
if (nexP) {
m = gradient(preP, nexP);
dx2 = (nexP.x - curP.x) * -f;
dy2 = dx2 * m * t;
} else {
dx2 = 0;
dy2 = 0;
}
ctx.bezierCurveTo(preP.x - dx1, preP.y - dy1, curP.x + dx2, curP.y + dy2, curP.x, curP.y);
dx1 = dx2;
dy1 = dy2;
preP = curP;
}
ctx.stroke();
}
// Generate random data
var lines = [];
var X = 10;
var t = 40; //to control width of X
for (var i = 0; i < 100; i++ ) {
Y = Math.floor((Math.random() * 300) + 50);
p = { x: X, y: Y };
lines.push(p);
X = X + t;
}
//draw straight line
ctx.beginPath();
ctx.setLineDash([5]);
ctx.lineWidth = 1;
bzCurve(lines, 0, 1);
//draw smooth line
ctx.setLineDash([0]);
ctx.lineWidth = 2;
ctx.strokeStyle = "blue";
bzCurve(lines, 0.3, 1);
</script>
</body>
</html>Antwort #5
Wie Daniel Howard hervorhebt, beschreibt Rob Spencer, was Sie wollen, unter http://scaledinnovation.com/analytics/splines/aboutSplines.html.
Hier ist eine interaktive Demo: http://jsbin.com/ApitIxo/2/
Hier ist es als Ausschnitt, falls jsbin nicht funktioniert.
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset=utf-8 />
<title>Demo smooth connection</title>
</head>
<body>
<div id="display">
Click to build a smooth path.
(See Rob Spencer's <a href="http://scaledinnovation.com/analytics/splines/aboutSplines.html">article</a>)
<br><label><input type="checkbox" id="showPoints" checked> Show points</label>
<br><label><input type="checkbox" id="showControlLines" checked> Show control lines</label>
<br>
<label>
<input type="range" id="tension" min="-1" max="2" step=".1" value=".5" > Tension <span id="tensionvalue">(0.5)</span>
</label>
<div id="mouse"></div>
</div>
<canvas id="canvas"></canvas>
<style>
html { position: relative; height: 100%; width: 100%; }
body { position: absolute; left: 0; right: 0; top: 0; bottom: 0; }
canvas { outline: 1px solid red; }
#display { position: fixed; margin: 8px; background: white; z-index: 1; }
</style>
<script>
function update() {
$("tensionvalue").innerHTML="("+$("tension").value+")";
drawSplines();
}
$("showPoints").onchange = $("showControlLines").onchange = $("tension").onchange = update;
// utility function
function $(id){ return document.getElementById(id); }
var canvas=$("canvas"), ctx=canvas.getContext("2d");
function setCanvasSize() {
canvas.width = parseInt(window.getComputedStyle(document.body).width);
canvas.height = parseInt(window.getComputedStyle(document.body).height);
}
window.onload = window.onresize = setCanvasSize();
function mousePositionOnCanvas(e) {
var el=e.target, c=el;
var scaleX = c.width/c.offsetWidth || 1;
var scaleY = c.height/c.offsetHeight || 1;
if (!isNaN(e.offsetX))
return { x:e.offsetX*scaleX, y:e.offsetY*scaleY };
var x=e.pageX, y=e.pageY;
do {
x -= el.offsetLeft;
y -= el.offsetTop;
el = el.offsetParent;
} while (el);
return { x: x*scaleX, y: y*scaleY };
}
canvas.onclick = function(e){
var p = mousePositionOnCanvas(e);
addSplinePoint(p.x, p.y);
};
function drawPoint(x,y,color){
ctx.save();
ctx.fillStyle=color;
ctx.beginPath();
ctx.arc(x,y,3,0,2*Math.PI);
ctx.fill()
ctx.restore();
}
canvas.onmousemove = function(e) {
var p = mousePositionOnCanvas(e);
$("mouse").innerHTML = p.x+","+p.y;
};
var pts=[]; // a list of x and ys
// given an array of x,y's, return distance between any two,
// note that i and j are indexes to the points, not directly into the array.
function dista(arr, i, j) {
return Math.sqrt(Math.pow(arr[2*i]-arr[2*j], 2) + Math.pow(arr[2*i+1]-arr[2*j+1], 2));
}
// return vector from i to j where i and j are indexes pointing into an array of points.
function va(arr, i, j){
return [arr[2*j]-arr[2*i], arr[2*j+1]-arr[2*i+1]]
}
function ctlpts(x1,y1,x2,y2,x3,y3) {
var t = $("tension").value;
var v = va(arguments, 0, 2);
var d01 = dista(arguments, 0, 1);
var d12 = dista(arguments, 1, 2);
var d012 = d01 + d12;
return [x2 - v[0] * t * d01 / d012, y2 - v[1] * t * d01 / d012,
x2 + v[0] * t * d12 / d012, y2 + v[1] * t * d12 / d012 ];
}
function addSplinePoint(x, y){
pts.push(x); pts.push(y);
drawSplines();
}
function drawSplines() {
clear();
cps = []; // There will be two control points for each "middle" point, 1 ... len-2e
for (var i = 0; i < pts.length - 2; i += 1) {
cps = cps.concat(ctlpts(pts[2*i], pts[2*i+1],
pts[2*i+2], pts[2*i+3],
pts[2*i+4], pts[2*i+5]));
}
if ($("showControlLines").checked) drawControlPoints(cps);
if ($("showPoints").checked) drawPoints(pts);
drawCurvedPath(cps, pts);
}
function drawControlPoints(cps) {
for (var i = 0; i < cps.length; i += 4) {
showPt(cps[i], cps[i+1], "pink");
showPt(cps[i+2], cps[i+3], "pink");
drawLine(cps[i], cps[i+1], cps[i+2], cps[i+3], "pink");
}
}
function drawPoints(pts) {
for (var i = 0; i < pts.length; i += 2) {
showPt(pts[i], pts[i+1], "black");
}
}
function drawCurvedPath(cps, pts){
var len = pts.length / 2; // number of points
if (len < 2) return;
if (len == 2) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(pts[0], pts[1]);
ctx.lineTo(pts[2], pts[3]);
ctx.stroke();
}
else {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(pts[0], pts[1]);
// from point 0 to point 1 is a quadratic
ctx.quadraticCurveTo(cps[0], cps[1], pts[2], pts[3]);
// for all middle points, connect with bezier
for (var i = 2; i < len-1; i += 1) {
// console.log("to", pts[2*i], pts[2*i+1]);
ctx.bezierCurveTo(
cps[(2*(i-1)-1)*2], cps[(2*(i-1)-1)*2+1],
cps[(2*(i-1))*2], cps[(2*(i-1))*2+1],
pts[i*2], pts[i*2+1]);
}
ctx.quadraticCurveTo(
cps[(2*(i-1)-1)*2], cps[(2*(i-1)-1)*2+1],
pts[i*2], pts[i*2+1]);
ctx.stroke();
}
}
function clear() {
ctx.save();
// use alpha to fade out
ctx.fillStyle = "rgba(255,255,255,.7)"; // clear screen
ctx.fillRect(0,0,canvas.width,canvas.height);
ctx.restore();
}
function showPt(x,y,fillStyle) {
ctx.save();
ctx.beginPath();
if (fillStyle) {
ctx.fillStyle = fillStyle;
}
ctx.arc(x, y, 5, 0, 2*Math.PI);
ctx.fill();
ctx.restore();
}
function drawLine(x1, y1, x2, y2, strokeStyle){
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x1, y1);
ctx.lineTo(x2, y2);
if (strokeStyle) {
ctx.save();
ctx.strokeStyle = strokeStyle;
ctx.stroke();
ctx.restore();
}
else {
ctx.save();
ctx.strokeStyle = "pink";
ctx.stroke();
ctx.restore();
}
}
</script>
</body>
</html>Antwort #6
Ich fand, dass dies gut funktioniert
function drawCurve(points, tension) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(points[0].x, points[0].y);
var t = (tension != null) ? tension : 1;
for (var i = 0; i < points.length - 1; i++) {
var p0 = (i > 0) ? points[i - 1] : points[0];
var p1 = points[i];
var p2 = points[i + 1];
var p3 = (i != points.length - 2) ? points[i + 2] : p2;
var cp1x = p1.x + (p2.x - p0.x) / 6 * t;
var cp1y = p1.y + (p2.y - p0.y) / 6 * t;
var cp2x = p2.x - (p3.x - p1.x) / 6 * t;
var cp2y = p2.y - (p3.y - p1.y) / 6 * t;
ctx.bezierCurveTo(cp1x, cp1y, cp2x, cp2y, p2.x, p2.y);
}
ctx.stroke();
}