【发布时间】：2016-02-21 03:26:11
【问题描述】：
我正在与HTML5 和canvas 一起工作。我已经画了一个 2D 圆圈。现在我想用颜色为圆圈着色。但是阴影看起来像一个 3D 圆圈。这可以用画布吗？谢谢。
【问题讨论】：
-
你在使用 WebGL 吗？
-
不，不使用 WebGL。这可能吗？
【发布时间】：2016-02-21 03:26:11
【问题描述】：
假烟雾和镜子
在球体上假装一盏灯。我猜它是一个球体，正如你所说的圆圈，你可能指的是一个甜甜圈。这种技术也适用于甜甜圈。
照明也是如此。
Phong 阴影
最基本的光照模型是 Phong（凭记忆）。它使用入射光线与表面法线（从表面以 90 度射出的线）之间的角度。反射光量是该角度乘以光强度的余弦值。
球体很容易
由于球体是对称的，这允许我们使用径向渐变来为球体上的每个像素应用值，并且对于直接在头顶上的光线的球体，这可以轻松生成完美的 phong 阴影球体。
执行此操作的代码。 x,y 是球体的中心，r 是半径。当您从球体中心移出时，光线和表面法线之间的角度很容易计算。它从零开始，在 Math.PI/2 (90deg) 结束。所以反射值是那个角度的余弦值。
var grd = ctx.createRadialGradient(x,y,0,x,y,r);
var step = (Math.PI/2)/r;
for(var i = 0; i < (Math.PI/2); i += step){
var c = "" + Math.floor(Math.max(0,255 * Math.abs(Math.cos(i)));
grd.addColorStop(i/(Math.PI/2),"rgba("+c+","+c+","+c+","1)");
}
该代码创建了一个渐变以适应圆。
荷马食物的模组
要做一个甜甜圈你需要修改 i.甜甜圈有一个内半径和外半径 (r1, r2) 所以在 for 循环内修改 i
var ii = (i/(Math.PI/2)); // normalise i
ii *= r2; // scale to outer edge
ii = ((r1+r2)/2)-ii; // get distance from center line
ii = ii / ((r2-r1)/2); // normalise to half the width;
ii = ii * Math.PI * (1/2); // scale to get the surface norm on the donut.
// use ii as the surface normal to calculate refelected light
var c = "" + Math.floor(Math.max(0,255 * Math.abs(Math.cos(ii)));
Phong 阴影很烂
通过 phong 着色会浪费大量时间并且不会这样做。这也不允许灯光偏离中心，甚至部分位于球体后面。
我们需要添加偏离中心光的功能。幸运的是径向渐变可以偏移
var grd = ctx.createRadialGradient(x,y,0,x,y,r);
前 3 个数字是渐变的起始圆，可以放置在任何位置。问题是当我们移动起始位置时，phong 着色模型会崩溃。为了解决这个问题，有一些烟雾和镜子可以让眼睛相信大脑想要的东西。
我们根据光线与中心的距离来调整径向渐变上每个色标的衰减、亮度、扩散和角度。
镜面高光
这稍微改善了一点，但仍然不是最好的。照明的另一个重要组成部分是镜面反射（高光）。这取决于反射光和眼睛之间的角度。由于我们不想做所有这些（javascript 很慢），我们将通过对 phong 着色的轻微修改来完成它。我们只是将表面法线乘以一个大于 1 的值。虽然不完美，但效果很好。
表面特性和环境
下一个光是彩色的，球体具有取决于频率的反射特性，并且还有环境光。我们不想为所有这些东西建模，所以我们需要一种方法来伪造它。
这可以通过合成来完成（用于几乎所有 3D 电影制作）。我们一次建立一层照明。 2D API 为我们提供了合成操作，因此我们可以创建多个渐变并将它们分层。
这涉及到更多的数学，但我尽量保持简单。
演示
以下演示对球体进行实时着色（适用于所有径向对称对象）除了画布和鼠标的一些设置代码之外，该演示包含两个部分，主循环通过分层 lights 和函数createGradient 创建渐变。
使用的灯光可以在对象lights 中找到，并且具有控制图层的各种属性。第一层应该使用comp = source-in 和lum = 1，否则你最终会看到背景显示出来。所有其他图层灯都可以是你想要的。
spec 标志告诉着色器光是镜面反射的，并且必须包含 specPower > 1，因为我不审查它的存在。
灯光的颜色在数组 col 中，分别代表红色、绿色和蓝色。该值可以大于 256 并且小于 0，因为自然界中的光具有巨大的动态范围，并且某些效果需要您将入射光提高到 RGB 像素的 255 限制以上。
我在分层结果中添加了最终的“乘法”。这就是雾里看花法中的魔力。
如果您喜欢代码，请使用值和层。移动鼠标改变光源位置。
这不是真正的照明，它是假的，但只要看起来不错，谁在乎。哈哈
更新
发现了一个错误，因此修复了它，当我在这里时，更改了代码以在您单击鼠标左键时随机化灯光。这样您就可以看到将ctx.globalCompositeOperation 与渐变结合使用时可以实现的照明范围。
var demo = function(){
/** fullScreenCanvas.js begin **/
var canvas = (function(){
var canvas = document.getElementById("canv");
if(canvas !== null){
document.body.removeChild(canvas);
}
// creates a blank image with 2d context
canvas = document.createElement("canvas");
canvas.id = "canv";
canvas.width = window.innerWidth;
canvas.height = window.innerHeight;
canvas.style.position = "absolute";
canvas.style.top = "0px";
canvas.style.left = "0px";
canvas.style.zIndex = 1000;
canvas.ctx = canvas.getContext("2d");
document.body.appendChild(canvas);
return canvas;
})();
var ctx = canvas.ctx;
/** fullScreenCanvas.js end **/
/** MouseFull.js begin **/
if(typeof mouse !== "undefined"){ // if the mouse exists
if( mouse.removeMouse !== undefined){
mouse.removeMouse(); // remove prviouse events
}
}else{
var mouse;
}
var canvasMouseCallBack = undefined; // if needed
mouse = (function(){
var mouse = {
x : 0, y : 0, w : 0, alt : false, shift : false, ctrl : false,
interfaceId : 0, buttonLastRaw : 0, buttonRaw : 0,
over : false, // mouse is over the element
bm : [1, 2, 4, 6, 5, 3], // masks for setting and clearing button raw bits;
getInterfaceId : function () { return this.interfaceId++; }, // For UI functions
startMouse:undefined,
mouseEvents : "mousemove,mousedown,mouseup,mouseout,mouseover,mousewheel,DOMMouseScroll".split(",")
};
function mouseMove(e) {
var t = e.type, m = mouse;
m.x = e.offsetX; m.y = e.offsetY;
if (m.x === undefined) { m.x = e.clientX; m.y = e.clientY; }
m.alt = e.altKey;m.shift = e.shiftKey;m.ctrl = e.ctrlKey;
if (t === "mousedown") { m.buttonRaw |= m.bm[e.which-1];
} else if (t === "mouseup") { m.buttonRaw &= m.bm[e.which + 2];
} else if (t === "mouseout") { m.buttonRaw = 0; m.over = false;
} else if (t === "mouseover") { m.over = true;
} else if (t === "mousewheel") { m.w = e.wheelDelta;
} else if (t === "DOMMouseScroll") { m.w = -e.detail;}
if (canvasMouseCallBack) { canvasMouseCallBack(mouse); }
e.preventDefault();
}
function startMouse(element){
if(element === undefined){
element = document;
}
mouse.element = element;
mouse.mouseEvents.forEach(
function(n){
element.addEventListener(n, mouseMove);
}
);
element.addEventListener("contextmenu", function (e) {e.preventDefault();}, false);
}
mouse.removeMouse = function(){
if(mouse.element !== undefined){
mouse.mouseEvents.forEach(
function(n){
mouse.element.removeEventListener(n, mouseMove);
}
);
canvasMouseCallBack = undefined;
}
}
mouse.mouseStart = startMouse;
return mouse;
})();
if(typeof canvas !== "undefined"){
mouse.mouseStart(canvas);
}else{
mouse.mouseStart();
}
/** MouseFull.js end **/
// draws the circle
function drawCircle(c){
ctx.beginPath();
ctx.arc(c.x,c.y,c.r,0,Math.PI*2);
ctx.fill();
}
function drawCircle1(c){
ctx.beginPath();
var x = c.x;
var y = c.y;
var r = c.r * 0.95;
ctx.moveTo(x,y - r);
ctx.quadraticCurveTo(x + r * 0.8, y - r , x + r *1, y - r / 10);
ctx.quadraticCurveTo(x + r , y + r/3 , x , y + r/3);
ctx.quadraticCurveTo(x - r , y + r/3 , x - r , y - r /10 );
ctx.quadraticCurveTo(x - r * 0.8, y - r , x , y- r );
ctx.fill();
}
function drawShadowShadow(circle,light){
var x = light.x; // get the light position as we will modify it
var y = light.y;
var r = circle.r * 1.1;
var vX = x - circle.x; // get the vector to the light source
var vY = y - circle.y;
var dist = -Math.sqrt(vX*vX+vY*vY)*0.3;
var dir = Math.atan2(vY,vX);
lx = Math.cos(dir) * dist + circle.x; // light canb not go past radius
ly = Math.sin(dir) * dist + circle.y;
var grd = ctx.createRadialGradient(lx,ly,r * 1/4 ,lx,ly,r);
grd.addColorStop(0,"rgba(0,0,0,1)");
grd.addColorStop(1,"rgba(0,0,0,0)");
ctx.fillStyle = grd;
drawCircle({x:lx,y:ly,r:r})
}
// 2D light simulation. This is just an approximation and does not match real world stuff
// based on Phong shading.
// x,y,r descript the imagined sphere
// light is the light source
// ambient is the ambient lighting
// amount is the amount of this layers effect has on the finnal result
function createGradient(circle,light,ambient,amount){
var r,g,b; // colour channels
var x = circle.x; // get lazy coder values
var y = circle.y;
var r = circle.r;
var lx = light.x; // get the light position as we will modify it
var ly = light.y;
var vX = light.x - x; // get the vector to the light source
var vY = light.y - y;
// get the distance to the light source
var dist = Math.sqrt(vX*vX+vY*vY);
// id the light is a specular source then move it to half its position away
dist *= light.spec ? 0.5 : 1;
// get the direction of the light source.
var dir = Math.atan2(vY,vX);
// fix light position
lx = Math.cos(dir)*dist+x; // light canb not go past radius
ly = Math.sin(dir)*dist+y;
// add some dimming so that the light does not wash out.
dim = 1 - Math.min(1,(dist / (r*4)));
// add a bit of pretend rotation on the z axis. This will bring in a little backlighting
var lightRotate = (1-dim) * (Math.PI/2);
// spread the light a bit when near the edges. Reduce a bit for spec light
var spread = Math.sin(lightRotate) * r * (light.spec ? 0.5 : 1);
// create a gradient
var grd = ctx.createRadialGradient(lx,ly,spread,x,y,r + dist);
// use the radius to workout what step will cover a pixel (approx)
var step = (Math.PI/2)/r;
// for each pixel going out on the radius add the caclualte light value
for(var i = 0; i < (Math.PI/2); i += step){
if(light.spec){
// fake spec light reduces dim fall off
// light reflected has sharper falloff
// do not include back light via Math.abs
r = Math.max(0,light.col[0] * Math.cos((i + lightRotate)*light.specPower) * 1-(dim * (1/3)) );
g = Math.max(0,light.col[1] * Math.cos((i + lightRotate)*light.specPower) * 1-(dim * (1/3)) );
b = Math.max(0,light.col[2] * Math.cos((i + lightRotate)*light.specPower) * 1-(dim * (1/3)) );
}else{
// light value is the source lum * the cos of the angle to the light
// Using the abs value of the refelected light to give fake back light.
// add a bit of rotation with (lightRotate)
// dim to stop washing out
// then clamp so does not go below zero
r = Math.max(0,light.col[0] * Math.abs(Math.cos(i + lightRotate)) * dim );
g = Math.max(0,light.col[1] * Math.abs(Math.cos(i + lightRotate)) * dim );
b = Math.max(0,light.col[2] * Math.abs(Math.cos(i + lightRotate)) * dim );
}
// add ambient light
if(light.useAmbient){
r += ambient[0];
g += ambient[1];
b += ambient[2];
}
// add the colour stop with the amount of the effect we want.
grd.addColorStop(i/(Math.PI/2),"rgba("+Math.floor(r)+","+Math.floor(g)+","+Math.floor(b)+","+amount+")");
}
//return the gradient;
return grd;
}
// define the circles
var circles = [
{
x: canvas.width * (1/2),
y: canvas.height * (1/2),
r: canvas.width * (1/8),
}
]
function R(val){
return val * Math.random();
}
var lights;
function getLights(){
return {
ambient : [10,30,50],
sources : [
{
x: 0, // position of light
y: 0,
col : [R(255),R(255),R(255)], // RGB intensities can be any value
lum : 1, // total lumanance for this light
comp : "source-over", // composite opperation
spec : false, // if true then use a pretend specular falloff
draw : drawCircle,
useAmbient : true,
},{ // this light is for a little accent and is at 180 degree from the light
x: 0,
y: 0,
col : [R(255),R(255),R(255)],
lum : R(1),
comp : "lighter",
spec : true, // if true then you MUST inclue spec power
specPower : R(3.2),
draw : drawCircle,
useAmbient : false,
},{
x: canvas.width,
y: canvas.height,
col : [R(1255),R(1255),R(1255)],
lum : R(0.5),
comp : "lighter",
spec : false,
draw : drawCircle,
useAmbient : false,
},{
x: canvas.width/2,
y: canvas.height/2 + canvas.width /4,
col : [R(155),R(155),R(155)],
lum : R(1),
comp : "lighter",
spec : true, // if true then you MUST inclue spec power
specPower : 2.32,
draw : drawCircle,
useAmbient : false,
},{
x: canvas.width/3,
y: canvas.height/3,
col : [R(1255),R(1255),R(1255)],
lum : R(0.2),
comp : "multiply",
spec : false,
draw : drawCircle,
useAmbient : false,
},{
x: canvas.width/2,
y: -100,
col : [R(2255),R(2555),R(2255)],
lum : R(0.3),
comp : "lighter",
spec : false,
draw : drawCircle1,
useAmbient : false,
}
]
}
}
lights = getLights();
/** FrameUpdate.js begin **/
var w = canvas.width;
var h = canvas.height;
var cw = w / 2;
var ch = h / 2;
ctx.font = "20px Arial";
ctx.textAlign = "center";
function update(){
ctx.setTransform(1,0,0,1,0,0);
ctx.fillStyle = "#A74"
ctx.fillRect(0,0,w,h);
ctx.fillStyle = "black";
ctx.fillText("Left click to change lights", canvas.width / 2, 20)
// set the moving light source to that of the mouse
if(mouse.buttonRaw === 1){
mouse.buttonRaw = 0;
lights = getLights();
}
lights.sources[0].x = mouse.x;
lights.sources[0].y = mouse.y;
if(lights.sources.length > 1){
lights.sources[1].x = mouse.x;
lights.sources[1].y = mouse.y;
}
drawShadowShadow(circles[0],lights.sources[0])
//do each sphere
for(var i = 0; i < circles.length; i ++){
// for each sphere do the each light
var cir = circles[i];
for(var j = 0; j < lights.sources.length; j ++){
var light = lights.sources[j];
ctx.fillStyle = createGradient(cir,light,lights.ambient,light.lum);
ctx.globalCompositeOperation = light.comp;
light.draw(circles[i]);
}
}
ctx.globalCompositeOperation = "source-over";
if(!STOP && (mouse.buttonRaw & 4)!== 4){
requestAnimationFrame(update);
}else{
if(typeof log === "function" ){
log("DONE!")
}
STOP = false;
var can = document.getElementById("canv");
if(can !== null){
document.body.removeChild(can);
}
}
}
if(typeof clearLog === "function" ){
clearLog();
}
update();
}
var STOP = false; // flag to tell demo app to stop
function resizeEvent(){
var waitForStopped = function(){
if(!STOP){ // wait for stop to return to false
demo();
return;
}
setTimeout(waitForStopped,200);
}
STOP = true;
setTimeout(waitForStopped,100);
}
window.addEventListener("resize",resizeEvent);
demo();
/** FrameUpdate.js end **/【讨论】：
正如@danday74 所说，您可以使用渐变来增加圆圈的深度。
您还可以使用阴影来增加圆圈的深度。
这是一个演示 3d 甜甜圈的概念验证：
我留给你设计你想要的圈子
var canvas=document.getElementById("canvas");
var ctx=canvas.getContext("2d");
var PI=Math.PI;
drawShadow(150,150,120,50);
function drawShadow(cx,cy,r,strokewidth){
ctx.save();
ctx.strokeStyle='white';
ctx.lineWidth=5;
ctx.shadowColor='black';
ctx.shadowBlur=15;
//
ctx.beginPath();
ctx.arc(cx,cy,r-5,0,PI*2);
ctx.clip();
//
ctx.beginPath();
ctx.arc(cx,cy,r,0,PI*2);
ctx.stroke();
//
ctx.beginPath();
ctx.arc(cx,cy,r-strokewidth,0,PI*2);
ctx.stroke();
ctx.shadowColor='rgba(0,0,0,0)';
//
ctx.beginPath();
ctx.arc(cx,cy,r-strokewidth,0,PI*2);
ctx.fillStyle='white'
ctx.fill();
//
ctx.restore();
}body{ background-color: white; }
canvas{border:1px solid red; margin:0 auto; }<canvas id="canvas" width=300 height=300></canvas>【讨论】：
-
是的。谢谢你的回答，很有帮助。
你可以调查的各种想法......
1 使用图像作为圆的纹理
2 使用渐变填充圆圈，可能是径向渐变
3 考虑使用图像蒙版，即定义透明度的黑白蒙版（这里可能不是正确的解决方案）
【讨论】：
-
这可以使用渐变看起来像一个 3D 球
-
可能不值得考虑径向和锥形渐变