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小程序Canvas实践指南-教你如何轻松避坑

1. 什么是 Canvas?

在 MDN 是这样定义 canvas 的:

是 HTML5 新增的元素,可用于通过使用 JavaScript中的脚本来绘制图形。例如,它可以用于绘制图形、制作照片、创建动画,甚至可以进行实时视频处理或渲染。

Canvas 是由 HTML 代码配合高度和宽度属性而定义出的可绘制区域。JavaScript 代码可以访问该区域,类似于其他通用的二维API,通过一套完整的绘图函数来动态生成图形。

微信小程序从基础库1.0.0开始支持 canvas,2.9.0 起支持一套新 Canvas 2D 接口(需指定 type 属性),同时支持同层渲染,原有接口不再维护。

微信小程序一开始就支持 canvas,但早期的 canvas 存在许多不足,canvas 层级过高覆盖其他组件的问题一直令人诟病。2.9.0起,小程序发布了一套新的 Canvas 2D 接口,可以支持同层渲染,解决了这个“心头大患”。

  1. 小程序 canvas 应用场景

2.1 绘制海报

现阶段小程序内生成活动的分享海报,一般采用以下两种方法:

  1. 服务端合成:直接返回给前端图片
  2. URL 客户端合成:客户端利用 canvas 绘制

在当前的业务场景下,客户端合成是优于服务端合成,可以避免造成不必要的 CPU 和 带宽 浪费。而且后端爸爸会摆事实讲道理地拒绝这个需求,服务端合成,no way!

2.2 绘制动画

现阶段小程序内简易的动画绘制常用的方案主要有以下四种:

在这里插入图片描述

以上四种方案,仅能实现简易的动画绘制,且在 ios 真机上会偶现闪烁和抖动现象。而 canvas 通过 JavaScript 脚本来绘制图形,稳定性更强,且能 cover 复杂的动画逻辑,比如模拟转盘抽奖、直播间点赞动画、刮刮乐等效果。

3.canvas 避坑之旅

总而言之,canvas 在微信小程序开发中占据一席之地,但也有许多不得不填的“坑”。 现阶段,并没有同类的文章系统的记录这些问题,本文主要记录在 canvas 开发实践中遇见的问题和解决方案。

3.1 小程序 canvas 绘图层级最高问题?

众所周知,小程序当中有一类特殊的内置组件——原生组件,这类组件有别于 WebView 渲染的内置组件,他们是交由原生客户端渲染的。原生组件作为 Webview 的补充,为小程序带来了更丰富的特性和更高的性能,但同时由于脱离 Webview 渲染也给开发者带来了不小的困扰。

小程序基础库1.0.0开始支持的 canvas API 就是原生组件,原生组件的层级总是最高,不受 z-index 属性的控制,无法与 view、image 等内置组件相互覆盖。因此,canvas 绘图往往在最顶层,在实际的开发过程中,会出现透出的问题。如下图所示,点赞动画和购物袋动画都是由 canvas 绘制,当打开商品列表弹窗时,这两个动画会透出:

  1. 最初想到解决方法是监听商品列表弹窗的打开事件,弹窗打开的时候将点赞动画和购物袋动画移动到屏幕外,弹窗关闭的时候,移进屏幕内。这种方法治根不治本,随着PM 不断的“加料”,最后需要维护的组件状态越来越多,每增加一个组件都需要考虑 canvas 层级覆盖的问题。
  2. 第二种方法时使用cover-view 和 cover-image等原生组件,能在一定程度上缓解层级覆盖的问题,但是过度的使用原生组件会导致层级不易维护,后续迭代出现更多的 bug。
  3. 第三种方法是利用canvasToTempFilePath 临时将 canvas 转成图片,然后隐藏 canvas,显示 tempImage即可。这种方法适用于静态的 canvas 绘图,对于 canvas 动画而言,每 16ms 刷新一次,将 canvas画布转成图片十分影响性能。

所幸,小程序开发团队也意识到了原生组件带来的种种限制,对小程序原生组件进行了一次重构,引入了「同层渲染」。想要进一步了解同层渲染的原理。

小程序基础库2.9.0 起支持一套新 Canvas 2D 接口(需指定 type 属性),同时支持同层渲染。所以对于 Canvas 开发,想要解决层级覆盖的问题,最有效的方法是将旧的 API 改造成新的 Canvas 2D API。

3.2 为什么字体无法加粗?

微信开放社区有人提问,为啥我做了如下设置,在模拟器上可以加粗,安卓机上加粗却没有效果。

this.ctx.font = '700 14px normal'; 复制代码

这行代码有两个问题:

  1. font必须包含字体大小和字体族名,此处缺乏字体族名。
  2. font-weight CSS 属性指定了字体的粗细程度。 一些字体只提供normal 和 bold 两种值。,为了安全起见,加粗用bold。

因此,对代码做出了如下优化:

this.ctx.font = '${fontWeight >= 700 || fontWeight === 'bold' ? 'bold' : 'normal'} ${fontSize}px ${fontFamily || 'sans-serif'}'; 复制代码

3.3 Canvas 为啥无法绘制 base64 图片?

在海报绘制的业务场景中,太阳码或二维码需要用户提供部分参数,由服务端生成图片返回给前端,这时一般不会返回图片的 URL,而是将图片进行 base64 转码后返回给前端。然而,canvas 用户绘图的 API-drawImage无法识别 base64 格式。

以下是解决方案:

  1. 使用 wx.base64ToArrayBuffer 将 base64 数据转换为 ArrayBuffer 数据。
  2. 使用FileSystemManager.writeFile 将 ArrayBuffer 数据写为本地用户路径的二进制图片文件。
  3. 此时的图片文件路径在 wx.env.USER_DATA_PATH 中, wx.getImageInfo 接口能正确获取到这个图片资源并 drawImage 至 canvas 上。
const fsm = wx.getFileSystemManager(); const FILE_BASE_NAME = 'tmp_base64src'; const base64src = function(base64data) { return new Promise((resolve, reject) => { // 写文件时记得去掉base64的头部信息 const [, format, bodyData] = /data:image\/(\w+);base64,(.*)/.exec(base64data) || []; if (!format) { reject(new Error('ERROR_BASE64SRC_PARSE')); } const filePath = `${wx.env.USER_DATA_PATH}/${FILE_BASE_NAME}.${format}`; const buffer = wx.base64ToArrayBuffer(bodyData); fsm.writeFile({ filePath, data: buffer, encoding: 'binary', success() { resolve(filePath); }, fail() { reject(new Error('ERROR_BASE64SRC_WRITE')); }, }); }); }; export default base64src; 复制代码

3.4 小程序 canvas 绘制不了网络图片?

小程序的 canvas.drawImage是不支持网络图片的,只支持本地图片。所以,任何的网络图片都需要先缓存到本地,再通过 drawImage调用存储的本地资源进行绘制,缓存可以通过 wx.getImageInfo 和 wx.downloadFile 实现。

使用wx.getImageInfo获取到图片的临时路径

const ctx = wx.createCanvasContext('myCanvas'); //获取canvas画布对象 wx.getImageInfo({ src: 'https://******.com/example.png', //网络图片路径 success: res => { const path = res.path; //图片临时本地路径 ctx.drawImage(path, 0, 0, 100, 100); //绘制画布上的路径 ctx.draw(true); } }); 复制代码

使用wx.downloadFile获取到图片的临时路径

const ctx = wx.createCanvasContext('myCanvas'); //获取canvas画布对象 wx.downloadFile({ url: 'https://******.com/example.png', //网络路径 success: res => { const path = res.tempFilePath; //临时本地路径 ctx.drawImage(path, 0, 0, 100, 100); //绘制画布上的路径 ctx.draw(true); //绘制 }, }); 复制代码

然而有人会问,为啥我在 ide 上能绘制图片,而真机却拿不到图片。这是因为微信安全域名的问题,需要在 小程序后台 > 设置 > 服务器域名 > downloadFile 合法域名里设置网络图片的域名。ps.因为域名要求是 https 的, 并且一个月只能修改五次,建议把需要下载的网络图片放在自己的 https 的服务器上,再走个 CDN 什么的。

我猜,还会有人问,为啥设置了安全域名后,在真机上还是无法显示绘图。这里需要考虑图片加载的时间,如果图片还未加载就开始绘制,那么就会报错。可以用 image 的bindload事件或者downloadTask.onProgressUpdate来监听图片加载过程。

基础库 2.7.0 起,小程序方发布了Canvas.createImage(),使用这个 api 可以加载网络图片。使用方法如下:

const tempImgae = canvas.createImage(); tempImage.src = 'https://******.com/example.png'; tempImage.onload = () => { // 图片加载完后,可以对 tempImage 随意操作 }; 复制代码

3.5 多行文字如何实现自动换行?

和 CSS 相比,SVG 以及 canvas 对文字排版的支持很弱。CSS 一个word-break能解决的问题,canvas 却不行。

CanvasContext.measureText(string text)用于测量文本尺寸信息。目前仅返回文本宽度 。

canvas 自动换行的实现原理在于CanvasContext.measureText(string text)这个 API,可以返回一个 TextMetrics 对象,其中包含了当前上下文环境下 text double 精度的占据宽度,于是我们就可以通过每个字符宽度的不断累加,精确计算哪个位置应该可以换行。

参考代码如下:

wrapText( ctx, text: string, x: number, y: number, maxWidth = 300, lineHeight = 16, ) { // 字符分隔为数组 const arrText = text.split(''); let line = ''; for (let n = 0; n < arrText.length; n++) { const testLine = line + arrText[n]; const metrics = ctx.measureText(testLine); const testWidth = metrics.width; if (testWidth > maxWidth && n > 0) { ctx.fillText(line, x, y); line = arrText[n]; y += lineHeight; } else { line = testLine; } } ctx.fillText(line, x, y); } 复制代码

当然,在实际的业务场景中,更多的需求是实现固定行数文本换行且溢出省略的功能,实现原理一致,这里不做陈述。

3.6 如何实现文字数值排列?

文字竖直排列,英文可以使用context.rotate()旋转 90deg 实现,但这对于中文,是完全不适用的。在 CSS 中,我们可以使用writing-mode改变文档流的方向,从而实现文字竖排。使用 canvas 实现需要混合计算逐字排列,计算规则如下:全角字符竖排,英文数字等半角字符旋转排列。

fillTextVertical(text, x, y) { var context = this; var canvas = context.canvas; var arrText = text.split(''); var arrWidth = arrText.map((letter) => { return context.measureText(letter).width; }); var align = context.textAlign; var baseline = context.textBaseline; if (align == 'left') { x = x + Math.max.apply(null, arrWidth) / 2; } else if (align == 'right') { x = x - Math.max.apply(null, arrWidth) / 2; } if (baseline == 'bottom' || baseline == 'alphabetic' || baseline == 'ideographic') { y = y - arrWidth[0] / 2; } else if (baseline == 'top' || baseline == 'hanging') { y = y + arrWidth[0] / 2; } context.textAlign = 'center'; context.textBaseline = 'middle'; // 开始逐字绘制 arrText.forEach((letter, index) => { // 确定下一个字符的纵坐标位置 var letterWidth = arrWidth[index]; // 是否需要旋转判断 var code = letter.charCodeAt(0); if (code <= 256) { context.translate(x, y); // 英文字符,旋转90° context.rotate(90 * Math.PI / 180); context.translate(-x, -y); } else if (index > 0 && text.charCodeAt(index - 1) < 256) { // y修正 y = y + arrWidth[index - 1] / 2; } context.fillText(letter, x, y); // 旋转坐标系还原成初始态 context.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0); // 确定下一个字符的纵坐标位置 var letterWidth = arrWidth[index]; y = y + letterWidth; }); // 水平垂直对齐方式还原 context.textAlign = align; context.textBaseline = baseline; }; 复制代码

3.7 canvas 如何绘制圆角矩形?

微信小程序允许对普通元素通过 border-radius 的设置来进行圆角的绘制,但有时候在使用 canvas 绘图的时候,也需要圆角,但 canvas 并未提供绘制圆角矩形的 kpi,这时候,就需要“曲线救国”。 首先,了解一下画圆的 api:

CanvasContext.arc(number x, number y, number r, number sAngle, number eAngle, boolean counterclockwise) number x 表示圆心的 x 坐标, number y 表示圆心的 y 坐标 number r 表示圆的半径 number sAngle 表示起始弧度,单位弧度(在 3 点钟方向) number eAngle 终止弧度 boolean counterclockwise 弧度的方向是否是逆时针

因此,我们可以先绘制四段圆弧,再利用closePath方法会连接路径的特点,即可画出圆角矩形。封装函数如下:

const drawRoundedRect = (ctx, width, height, radius, type='fill') => { ctx.moveTo(0, radius); ctx.beginPath(); ctx.arc(radius, radius, radius, Math.PI, 1.5 * Math.PI); ctx.arc(width - radius, radius, radius, 1.5 * Math.PI, 2 * Math.PI); ctx.arc(width - radius, height - radius, radius, 0, 0.5 * Math.PI); ctx.arc(radius, height - radius, radius, 0.5 * Math.PI, Math.PI); ctx.closePath(); ctx[method](); }; 复制代码

当然,仅仅绘制圆角矩形是不够的。实际业务需求中,更多的是,给图片添加圆角。这里,需要用到如下 api:

CanvasContext.createPattern(string image, string repetition) 对指定的图像创建模式的方法,可在指定的方向上重复元图像 const drawRoundRectImage = (ctx, x, y, width, height, radius, image) => { //圆的直径必然要小于矩形的宽高 if (2 * radius > width || 2 * radius > height) { return false; } // 创建图片纹理 const pattern = ctx.createPattern(obj, "no-repeat"); cxt.save(); cxt.translate(x, y); //绘制圆角矩形的各个边 this.drawRoundedRect(ctx, width, height, radius); cxt.fillStyle = pattern; cxt.fill(); cxt.restore(); } 复制代码

3.8 Canvas 绘图模糊问题

近期因为业务开发需要,接触了 canvas 动画,在开发中发现绘制的点赞图标异常模糊,如下图所示,左图是最初开发时绘制的图标,右图是修复这个问题后绘制的图标,清晰度得到质的飞跃。

3.8.1 为什么会模糊?

在浏览器的 window 变量中有一个devicePixelRatio属性,该属性决定了浏览器会用几个像素点来渲染 1 个像素,举例来说,假设某个屏幕的 devicePixelRatio 的值为 2,一张 100x100 像素大小的图片,在此屏幕下,会用 2 个像素点的宽度去渲染图片的 1 个像素点,因此该图片在此屏幕上实际会占据 200x200 像素的空间,相当于图片被放大了一倍,因此图片会变得模糊。

在这里插入图片描述

从上面的图可以看出,在同样大小的逻辑像素下,高清屏所具有的物理像素更多。普通屏幕下,1 个逻辑像素对应 1 个物理像素,而在 dpr = 2 的高清屏幕下,1 个逻辑像素由 4 个物理像素组成。

相信所有了解过 Canvas 绘图的同行都知道 canvas 绘制的是位图,位图又叫像素图或栅格图,它是通过记录图像中每一个点的颜色、深度等信息来存储和显示图像。具象一点讲,可以将位图想象成一个巨大的拼图,这个拼图有无数的拼块,每个拼块代表了一个纯色的像素点。理论上,1 个位图像素对应着 1 个物理像素。但假如说你使用了高清屏,比如苹果的 retina 屏去查看一幅图画,又会是什么样子呢?

假设我们有如下代码,该代码将展示在 iphoneX(Dpr=3)的 retina 屏上:

<canvas width="320" height="150" style="width: 320px; height: 150px"></canvas> 复制代码

其中,style 中的 width 和 height 分别代表 canvas 这个元素在界面上所占据的宽高,即样式上的宽高。attribute 中的 width 和 height 则代表 canvas 实际像素的宽高。

iphoneX 本身的物理像素为 1125 _ 2436,而设备独立像素为 375 _ 812,这代表着 1 个 css 像素实际由 9 个物理像素构成,canvas 的像素为 320 _ 150,其 css 像素为 320 _ 150,则代表 1 个 css 像素将会由 1 个 canvas 元素构成,这样进行换算,在 retina 屏幕下,1 个 canvas 像素(或者说是 1 个位图像素)将会填充 9 个物理像素,由于单个位图像素不可以再进一步分割,所以只能就近取色,从而导致图片模糊。

在这里插入图片描述

上图说明位图在 retina 屏幕下是如何填充的,上图中左侧的是在普通屏幕下的显示规则,可以看出有 4 个位图像素点,而右侧的高清屏幕下则有 16 个像素点。由于像素点不可切割的原因,颜色产生了改变。

3.8.2 如何解决绘图模糊问题?

了解了问题出现的原因,解决问题就很容易。要做 Retina 屏适配,关键是让 1 个 canvas 像素和一个物理像素挂等号。

参考代码如下:

this.ctx = canvas.getContext('2d'); // 获取retina屏幕的设备像素比 const dpr = wx.getSystemInfoSync().pixelRatio; // 根据设备像素比,扩大canvas画布的像素,使1个canvas像素和1个物理像素相等 canvas.width = this.realWidth * dpr; canvas.height = this.realHeight * dpr; // 由于画布扩大,canvas的坐标系也跟着扩大,如果按照原先的坐标系绘图内容会缩小 // 所以需要将绘制比例放大 this.ctx.scale(dpr, dpr); 复制代码

3.9 Canvas 动画在部分 iphone 机型上绘制过多清空画布问题?

在这里插入图片描述

最近接到了如下图所示的挂件和购物袋动画的优化需求。最初的版本使用设计大大们给的 gif 图片,gif 图片在真机上的白边和锯齿问题“遭人诟病”。在设计大大们的“威逼利诱”下,只能考虑动画实现。前面也提到过,CSS 动画在真机上会偶现闪烁和抖动现象,wx.createAnimation和this.animate在部分 iphone 机型中无法获取动画周期,页面偶现闪烁现象,比如一个动画周期是 2s,有时候 iphone 机型无法获取这个时间,会在 1s 甚至更短的时间内执行这个动画,造成“闪烁”的效果。

总而言之,Canvas 动画才是最佳实践。然而小程序的canvas 2d API也存在不足,比如图片绘制过多的情况下,会自动清空画布。如下图所示,倒计时的动画执行到第 8 秒的时候,画布突然清空。左边的活动挂件也遇见过同样的问题,画布突然清空。

在这里插入图片描述

网上也有很多类似的问题,比如“ios 上重复跳转到某页面并用 canvas 画图时会导致运行内存不足或意外退出”, “canvas 2D 真机不显示,开发工具上无任何问题?”。总结一下就是,ios 机型上绘制 canvas 过于频繁可能会导致画布清空、小程序崩溃。

排查了这个问题很久,推断出一种原因,可能是动画执行过程中,倒计时文本刷新,导致需要重新绘制图片,两次绘制的时间间隔太短,导致程序崩溃,画布清空。优化方法如下:

  1. 文本不使用 canvas 绘制,canvas 仅绘制挂件图片,文本使用标签,通过 css 布局放置于 canvas 画布上。
  2. 添加兜底策略,在 canvas画布底下放置一张静态的挂件图片,如果画布突然清空,显示底下的静态图片。这里需要注意的是,底下的图片需要适当缩小,确保挂件执行动画时,不会透出底下的图片。

3.10 Canvas 2d 常见问题&避坑小技巧

  1. canvas 2d 暂不支持真机调试,请直接使用真机预览。
  2. canvas 2d 在 ide上的表现效果等同于原生组件,仍然会“透出”。需要在真机上查看实际的效果。
  3. canvas 标签默认宽度 300px、高度150px。开发时要记得显式设置 canvas 标签的宽度和高度。
  4. 避免设置过大的宽高,在安卓下会有 crash 的问题。
  5. 同一页面中的canvas-id 不可重复,如果使用一个已经出现过的 canvas-id,该 canvas 标签对应的画布将被隐藏并不再正常工作。
  6. canvas 2d 的画布有 4096 大小限制, 旧版 canvas 没有。
  7. Canvas 2D 同层渲染在 Pixel 3失效,由于国外渠道的微信版本不支持同层渲染。
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