用初中数学知识撸一个canvas环形进度条

Posted 2020-11-30 几个我

周末好，今天给大家带来一款接地气的环形进度条组件vue-awesome-progress。近日被设计小姐姐要求实现这么一个环形进度条效果，大体由四部分组成，分别是底色圆环，进度弧，环内文字，进度圆点。设计稿截图如下：

我的第一反应还是找现成的组件，市面上很多组件都实现了前3点，独独没找到能画进度圆点的组件，不然稍加定制也能复用。既然没有现成的组件，只有自己用vue + canvas撸一个了。

效果图

先放个效果图，然后再说下具体实现过程，各位看官且听我慢慢道来。

安装与使用

源码地址，欢迎star和提issue。

安装

npm install --save vue-awesome-progress

使用

全局注册

import Vue from 'vue'
import VueAwesomeProgress from "vue-awesome-progress"
Vue.use(VueAwesomeProgress)

局部使用

import VueAwesomeProgress from "vue-awesome-progress"

export default {
    components: {
        VueAwesomeProgress
    },
    // 其他代码
}

webpack配置

由于当前版本发布时，未进行babel编译，因此使用时需要自行将vue-awesome-progress纳入babel-loader的解析范围。示例如下：

// resolve函数是连接路径的，方法体是path.join(__dirname, "..", dir)
{
  test: /.js$/,
  loader: "babel-loader",
  include: [
    resolve("src"),
    resolve("node_modules/vue-awesome-progress")
  ]
}

静态展示

任何事都不是一蹴而就的，我们首先来实现一个静态的效果，然后再实现动画效果，甚至是复杂的控制逻辑。

确定画布大小

第一步是确定画布大小。从设计稿我们可以直观地看到，整个环形进度条的最外围是由进度圆点确定的，而进度圆点的圆心在圆环圆周上。

因此我们得出伪代码如下：

// canvasSize: canvas宽度/高度
// outerRadius: 外围半径
// pointRadius: 圆点半径
// pointRadius: 圆环半径
canvasSize = 2 * outerRadius = 2 * (pointRadius + circleRadius)

据此我们可以定义如下组件属性：

props: {
  circleRadius: {
    type: Number,
    default: 40
  },
  pointRadius: {
    type: Number,
    default: 6
  }
},
computed: {
  // 外围半径
  outerRadius() {
    return this.circleRadius + this.pointRadius
  },
  // canvas宽/高
  canvasSize() {
    return 2 * this.outerRadius + 'px'
  }
}

那么canvas大小也可以先进行绑定了

<template>
    <canvas ref="canvasDemo" :width="canvasSize" :height="canvasSize" />
</template>

获取绘图上下文

getContext(‘2d‘)方法返回一个用于在canvas上绘图的环境，支持一系列2d绘图API。

mounted() {
  // 在$nextTick初始化画布，不然dom还未渲染好
  this.$nextTick(() => {
    this.initCanvas()
  })
},
methods: {
  initCanvas() {
    var canvas = this.$refs.canvasDemo;
    var ctx = canvas.getContext('2d');
  }
}

画底色圆环

完成了上述步骤后，我们就可以着手画各个元素了。我们先画圆环，这时我们还要定义两个属性，分别是圆环线宽circleWidth和圆环颜色circleColor。

circleWidth: {
  type: Number,
  default: 2
},
circleColor: {
  type: String,
  default: '#3B77E3'
}

canvas提供的画圆弧的方法是ctx.arc()，需要提供圆心坐标，半径，起止弧度，是否逆时针等参数。

ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, anticlockwise);

我们知道，Web网页中的坐标系是这样的，从绝对定位的设置上其实就能看出来（top，left设置正负值会发生什么变化），而且原点(0, 0)是在盒子（比如说canvas）的左上角哦。

对于角度而言，0°是x轴正向，默认是顺时针方向旋转。

圆环的圆心就是canvas的中心，所以x, y 取outerRadius的值就可以了。

ctx.strokeStyle = this.circleColor;
ctx.lineWidth = this.circleWidth;
ctx.beginPath();
ctx.arc(this.outerRadius, this.outerRadius, this.circleRadius, 0, this.deg2Arc(360));
ctx.stroke();

注意arc传的是弧度参数，而不是我们常理解的360°这种概念，因此我们需要将我们理解的360°转为弧度。

// deg转弧度
deg2Arc(deg) {
  return deg / 180 * Math.PI
}

画文字

调用fillText绘制文字，利用canvas.clientWidth / 2和canvas.clientWidth / 2取得中点坐标，结合控制文字对齐的两个属性textAlign和textBaseline，我们可以将文字绘制在画布中央。文字的值由label属性接收，字体大小由fontSize属性接收，颜色则取的fontColor。

if (this.label) {
  ctx.font = `${this.fontSize}px Arial,"Microsoft YaHei"`
  ctx.fillStyle = this.fontColor;
  ctx.textAlign = 'center'
  ctx.textBaseline = 'middle'
  ctx.fillText(this.label, canvas.clientWidth / 2, canvas.clientWidth / 2);
}

画进度弧

支持普通颜色和渐变色，withGradient默认为true，代表使用渐变色绘制进度弧，渐变方向我默认给的从上到下。如果希望使用普通颜色，withGradient传false即可，并可以通过lineColor自定义颜色。

if (this.withGradient) {
  this.gradient = ctx.createLinearGradient(this.circleRadius, 0, this.circleRadius, this.circleRadius * 2);
  this.lineColorStops.forEach(item => {
    this.gradient.addColorStop(item.percent, item.color);
  });
}

其中lineColorStops是渐变色的颜色偏移断点，由父组件传入，可传入任意个颜色断点，格式如下：

colorStops2: [
  { percent: 0, color: '#FF9933' },
  { percent: 1, color: '#FF4949' }
]

画一条从上到下的进度弧，即270°到90°

ctx.strokeStyle = this.withGradient ? this.gradient : this.lineColor;
ctx.lineWidth = this.lineWidth;
ctx.beginPath();
ctx.arc(this.outerRadius, this.outerRadius, this.circleRadius, this.deg2Arc(270), this.deg2Arc(90));
ctx.stroke();

其中lineWidth是弧线的宽度，由父组件传入

lineWidth: {
  type: Number,
  default: 8
}

画进度圆点

最后我们需要把进度圆点补上，我们先写死一个角度90°，显而易见，圆点坐标为(this.outerRadius, this.outerRadius + this.circleRadius)

画圆点的代码如下：

ctx.fillStyle = this.pointColor;
ctx.beginPath();
ctx.arc(this.outerRadius, this.outerRadius + this.circleRadius, this.pointRadius, 0, this.deg2Arc(360));
ctx.fill();

其中pointRadius是圆点的半径，由父组件传入：

pointRadius: {
  type: Number,
  default: 6
}

角度自定义

当然，进度条的角度是灵活定义的，包括开始角度，结束角度，都应该由调用者随意给出。因此我们再定义一个属性angleRange，用于接收起止角度。

angleRange: {
  type: Array,
  default: function() {
    return [270, 90]
  }
}

有了这个属性，我们就可以随意地画进度弧和圆点了，哈哈哈哈。

老哥，这种圆点坐标怎么求？

噗......看来高兴过早了，最重要的是根据不同角度求得圆点的圆心坐标，这让我顿时犯了难。

经过冷静思考，我脑子里闪过了一个利用正余弦公式求坐标的思路，但前提是坐标系原点如果在圆环外接矩形的左上角才好算。仔细想想，冇问题啦，我先给坐标系平移一下，最后求出来结果，再补个平移差值不就行了嘛。

??画图工具不是很熟练，这里图没画好，线歪了，请忽略细节。

好的，我们先给坐标系向右下方平移pointRadius，最后求得结果再加上pointRadius就好了。伪代码如下：

// realx：真实的x坐标
// realy：真实的y坐标
// resultx：平移后求取的x坐标
// resultx：平移后求取的y坐标
// pointRadius 圆点半径
realx = resultx + pointRadius
realy = resulty = pointRadius

求解坐标的思路大概如下，分四个范围判断，得出求解公式，应该还可以化简，不过我数学太菜了，先这样吧。

getPositionsByDeg(deg) {
    let x = 0;
    let y = 0;
    if (deg >= 0 && deg <= 90) {
        // 0~90度
        x = this.circleRadius * (1 + Math.cos(this.deg2Arc(deg)))
        y = this.circleRadius * (1 + Math.sin(this.deg2Arc(deg)))
    } else if (deg > 90 && deg <= 180) {
        // 90~180度
        x = this.circleRadius * (1 - Math.cos(this.deg2Arc(180 - deg)))
        y = this.circleRadius * (1 + Math.sin(this.deg2Arc(180 - deg)))
    } else if (deg > 180 && deg <= 270) {
        // 180~270度
        x = this.circleRadius * (1 - Math.sin(this.deg2Arc(270 - deg)))
        y = this.circleRadius * (1 - Math.cos(this.deg2Arc(270 - deg)))
    } else {
        // 270~360度
        x = this.circleRadius * (1 + Math.cos(this.deg2Arc(360 - deg)))
        y = this.circleRadius * (1 - Math.sin(this.deg2Arc(360 - deg)))
    }
    return { x, y }
}

最后再补上偏移值即可。

const pointPosition = this.getPositionsByDeg(nextDeg);
ctx.arc(pointPosition.x + this.pointRadius, pointPosition.y + this.pointRadius, this.pointRadius, 0, this.deg2Arc(360));

这样，一个基本的canvas环形进度条就成型了。

动画展示

静态的东西逼格自然是不够的，因此我们需要再搞点动画效果装装逼。

基础动画

我们先简单实现一个线性的动画效果。基本思路是把开始角度和结束角度的差值分为N段，利用window.requestAnimationFrame依次执行动画。

比如从30°到90°，我给它分为6段，每次画10°。要注意canvas画这种动画过程一般是要重复地清空画布并重绘的，所以第一次我画的弧线范围就是30°~40°，第二次我画的弧线范围就是30°~50°，以此类推......

基本的代码结构如下，具体代码请参考vue-awesome-progress v1.1.0版本，如果顺手帮忙点个star也是极好的。

animateDrawArc(canvas, ctx, startDeg, endDeg, nextDeg, step) {
  window.requestAnimationFrame(() => {
    // 清空画布
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.clientWidth, canvas.clientHeight);
    // 求下一个目标角度
    nextDeg = this.getTargetDeg(nextDeg || startDeg, endDeg, step);
    // 画圆环
    // 画文字
    // 画进度弧线
    // 画进度圆点
    if (nextDeg !== endDeg) {
      // 满足条件继续调用动画，否则结束动画
      this.animateDrawArc(canvas, ctx, startDeg, endDeg, nextDeg, step)
    }
  }
}

缓动效果

线性动画显得有点单调，可操作性不大，因此我考虑引入贝塞尔缓动函数easing，并且支持传入动画执行时间周期duration，增强了可定制性，使用体验更好。这里不列出实现代码了，请前往vue-awesome-progress查看。

<vue-awesome-progress label="188人" :duration="10" easing="0,0,1,1" />

<vue-awesome-progress
  label="36℃"
  circle-color="#FF4949"
  :line-color-stops="colorStops"
  :angle-range="[60, 180]"
  :duration="5"
/>

// 省略部分...

<vue-awesome-progress label="188人" easing="1,0.28,0.17,0.53" :duration="10" />

<vue-awesome-progress
  label="36℃"
  circle-color="#FF4949"
  :line-color-stops="colorStops"
  :angle-range="[60, 180]"
  :duration="5"
  easing="0.17,0.67,0.83,0.67"
/>

可以看到，当传入不同的动画周期duration和缓动参数easing时，动画效果各异，完全取决于使用者自己。

其他效果

当然根据组件支持的属性，我们也可以定制出其他效果，比如不显示文字，不显示圆点，弧线线宽与圆环线宽一样，不使用渐变色，不需要动画，等等。我们后续也会考虑支持更多能力，比如控制进度，数字动态增长等！具体使用方法，请参考vue-awesome-progress。

结语

写完这个组件有让我感觉到，程序员最终不是输给了代码和技术的快速迭代，而是输给了自己的逻辑思维能力和数学功底。就vue-awesome-progress这个组件而言，根据这个思路，我们也能迅速开发出适用于React，Angular以及其他框架生态下的组件。工作三年有余，接触了不少框架和技术，经历了MVVM，Hybrid，小程序，跨平台，大前端，serverless的大火，也时常感慨“学不动了”，在这个快速演进的代码世界里常常感到失落。好在自己还没有丢掉分析问题的能力，而不仅仅是调用各种API和插件，这可能是程序员最宝贵的财富吧。前路坎坷，我辈当不忘初心，愿你出走半生，归来仍是少年！

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首发链接

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