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    基于canvas使用贝塞尔曲线平滑拟合折线段的方法

    写在最前

    本次分享一下在canvas中将绘制出来的折线段的棱角“磨平”,也就是通过贝塞尔曲线穿过各个描点来代替原有的折线图。

    为什么要平滑拟合折线段

    先来看下Echarts下折线图的渲染效果:

     

    一开始我没注意到其实这个折线段是曲线穿过去的,只认为是单纯的描点绘图,所以起初我实现的“简(丑)易(陋)”版本是这样的:

    不要关注样式,重点就是实现之后才发现看起来人家Echarts的实现描点非常的圆滑,也由此引发了之后的探讨。怎么有规律的画平滑曲线?

    效果图

    先来看下最终模仿的实现:

    因为我也不知道Echarts内部怎么实现的(逃

     

     

    看起来已经非常圆润了,和我们最初的设想十分接近了。再看下曲线是否穿过了描点:

     

    好的!结果很明显现在来重新看下我们的实现方式。

    实现过程

    1. 绘制折线图
    2. 贝塞尔曲线平滑拟合

    模拟数据

    var data = [Math.random() * 300];
            for (var i = 1; i < 50; i++) { //按照echarts
                data.push(Math.round((Math.random() - 0.5) * 20 + data[i - 1]));
            }
            option = {
                canvas:{
                    id: 'canvas'
                },
                series: {
                    name: '模拟数据',
                    itemStyle: {
                        color: 'rgb(255, 70, 131)'
                    },
                    areaStyle: {
                        color: 'rgb(255, 158, 68)'
                    },
                    data: data
                }
            };

    绘制折线图

    首先初始化一个构造函数来放置需要用到的数据:

    function LinearGradient(option) {
        this.canvas = document.getElementById(option.canvas.id)
        this.ctx = this.canvas.getContext('2d')
        this.width = this.canvas.width
        this.height = this.canvas.height
        this.tooltip = option.tooltip
        this.title = option.text
        this.series = option.series //存放模拟数据
    }

    绘制折线图:

    LinearGradient.prototype.draw1 = function() { //折线参考线
        ... 
        //要考虑到canvas中的原点是左上角,
        //所以下面要做一些换算,
        //diff为x,y轴被数据最大值和最小值的取值范围所平分的等份。
        this.series.data.forEach(function(item, index) {
            var x = diffX * index,
                y = Math.floor(self.height - diffY * (item - dataMin))
            self.ctx.lineTo(x, y) //绘制各个数据点
        })
        ...
    }

    贝塞尔曲线平滑拟合

    贝塞尔曲线的关键点在于控制点的选择,这个网站可以动态的展现控制点不同而绘制的不同的曲线。而对于控制点的计算。。作者还是选择了百度一下毕竟数学不好:)。具体算法有兴趣的同学可以深入了解下,现在直接说下计算控制点的结论。

    上面的公式涉及到四个坐标点,当前点,前一个点以及后两个点,而当坐标值为下图展示的时候绘制出来的曲线如下所示:

    不过会有一个问题就是起始点和最后一个点不能用这个公式,不过那篇文章也给出了边界值的处理办法:

     

    所以在将折线换成平滑曲线的时候,将边界值以及其他控制点计算好之后代入到贝塞尔函数中就完成了:

    //核心实现
    this.series.data.forEach(function(item, index) { //找到前一个点到下一个点中间的控制点
        var scale = 0.1 //分别对于ab控制点的一个正数,可以分别自行调整
        var last1X = diffX * (index - 1),
            last1Y = Math.floor(self.height - diffY * (self.series.data[index - 1] - dataMin)),
            //前一个点坐标
            last2X = diffX * (index - 2),
            last2Y = Math.floor(self.height - diffY * (self.series.data[index - 2] - dataMin)),
            //前两个点坐标
            nowX = diffX * (index),
            nowY = Math.floor(self.height - diffY * (self.series.data[index] - dataMin)),
            //当期点坐标
            nextX = diffX * (index + 1),
            nextY = Math.floor(self.height - diffY * (self.series.data[index + 1] - dataMin)),
            //下一个点坐标
            cAx = last1X + (nowX - last2X) * scale,
            cAy = last1Y + (nowY - last2Y) * scale,
            cBx = nowX - (nextX - last1X) * scale,
            cBy = nowY - (nextY - last1Y) * scale 
        if(index === 0) {
            self.ctx.lineTo(nowX, nowY)
            return
        } else if(index ===1) {
            cAx = last1X + (nowX - 0) * scale
            cAy = last1Y + (nowY - self.height) * scale 
        } else if(index === self.series.data.length - 1) {
            cBx = nowX - (nowX - last1X) * scale
            cBy = nowY - (nowY - last1Y) * scale
        } 
            self.ctx.bezierCurveTo(cAx, cAy, cBx, cBy, nowX, nowY);
            //绘制出上一个点到当前点的贝塞尔曲线
        })

    由于我每次遍历的点都是当前点,但是文章中给出的公式是计算会知道下一个点的控制点算法,故在代码实现中我将所有点的计算挪前了一位。当index = 0时也就是初始点是不需要曲线绘制的,因为我们绘制的是从前一个点到当前点的曲线,没有到0的曲线需要绘制。从index = 1开始我们就可以正常开始绘制,从0到1的曲线,由于index = 1时是没有在他前面第二个点的故其属于边界值点,也就是需要特殊进行计算,以及最后一个点。其余均按照正常公式算出AB的xy坐标代入贝塞尔函数即可。

    最后

    源代码见这里

    以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

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