[技術分享] 理解 SVG 中的 Viewport 和 ViewBox－拖曳與縮放功能實做（上）

此系列文章

• [技術分享] 理解 SVG 中的 Viewport 和 ViewBox－拖曳與縮放功能實做（上）
• [技術分享] 利用 SVG 中的 CTM 進行座標系統的轉換（SVG Coordinate System Transform Matrix）－拖曳與縮放功能實做（中）
• [技術分享] 實做 SVG 中的位移與縮放（SVG Tranaslte and Zoom Scale）－拖曳與縮放功能實做（下）

不同於以往將 SVG 視為一張圖案（ICON 或 LOGO）的概念，在這篇文章中，我們要試著將 SVG 視為一個畫布（Canvas），而我們可以透過滑鼠來直接對這個畫布像 Google Map 一樣進行拖曳和縮放。

要將 SVG 視為一個畫布，並實做出縮放或拖曳的功能，有許多對於 SVG 的基本概念是我們需要先瞭解的，就讓我們一步一步來瞭解。

註1：在這篇文章中我們會把 SVG 視為一個畫布（Canvas），針對<svg></svg>而不是去探究 SVG 中各個元素（例如，<circle></circle>,<rect></rect>）。
註2：在這篇文章中我們只考慮 viewport 和 viewBox 為等比例的情況。

實做出來的效果會像這樣：

建議可以在 jsfiddle 中檢視，使用滑鼠縮放時比較不會拖曳到視窗。

瞭解 SVG 中的 Viewport 和 ViewBox

在 SVG 的世界中，空間的概念可以分成 viewport 和 viewBox 兩個部分。在這篇文章中，我會把它 Viewport 比喻作相框，ViewBox 比喻作相片。

Viewport 相對上比較好理解，就是相框的大小，也就是你的眼睛看得到的範圍，不管你的相片多大，你能看到的實際範圍就是相框的大小。在網頁中我們可以透過設定 viewport 來調整我們相框的大小。

ViweBox 則可以想成是這張照片的大小，如果相片的大小和相框（viewport）一樣大的時候，自然不會有什麼問題，你可以從相框中看到完整的相片。可是，如果相片（viewbox）比起相框來得大或來得小時，這時候就會比較麻煩些，你會需要多去控制這張相片應該要如何的排置在相框上，才能夠呈現出你想要呈現的東西，因此 ViewBox 中除了能夠控制的相片的大小之外，還能夠控制相片要如何擺放在相框中。

讓我們來瞭解一下 viewport 和 viewbox 的概念：

當 viewBox 等於 viewport 的情況（初始化的情況）

首先，我們可以直接在 SVG 元素上定義 viewport 的寬高，或者你也可以用 CSS 定義，基本上這個 DOM 元素的寬高就是 viewport 的寬高，也就是你相框的寬高。接著我們可以在 SVG 中定義我們的圖案內容，在這裡先用一隻鳥當作示範。

<svg id="svgElement" width="800" height="400">
    <g><!--  鳥的圖形 --></g>
</svg>

這時候便會得到如下的一個 viewport：

再來我們可以設定 viewBox ， viewBox 的設定可以寫在 SVG 的標籤上，設定屬性包含 <min-x> <min-y> <width> <height> 這四個屬性，也就是 viewBox = '<min-x> <min-y> <width> <height>' 。

我們剛剛有提到，ViewBox 中除了能夠控制的相片的大小之外，還能夠控制相片要如何擺放在相框中，其中 <min-x> 和 <min-y> 就是在控制相片要如何擺放在相框中，而 <width> 和 <height> 則是相片的大小。

預設的情況下（沒有特別去設定 viewBox 的情況下）viewBox 的大小會和 viewport 一樣 ，因此當我們把鳥的相片放入 svg 後，他會自動填滿整個相框，兩個的大小會是一樣的，程式碼會像這樣：

   

<svg id="svgElement" width="800" height="400" viewBox="0 0 800 400">
    <g><!--  鳥的圖形 --></g>
</svg>

相片會很完整的融入在相框當中

當 viewbox 小於 viewport 時：圖案會被放大

透過 viewBox 的設定，我們可以進一步放大或縮小我們的相片，這裡有一個原則是，viewBox 會自動盡可能去填滿成 viewport 的大小，說起來很抽象，假設一開始我的 viewport 為 800 x 400 ，現在我們可以透過 viewBox 的設定，使得我們 viewBox 的大小變成 400 x 200，當我們的相片大小設定的比相框還小時，它會在原本的相片上裁切一小塊區域（在這裡是 400 x 200），接著把它調整到填滿整個 viewport 的大小（800 x 400)。

分解過程像是這樣（綠色是 viewport，藍色是 viewBox）
（1）設定比 viewport 還要小的 viewBox：

我們在 800 x 400 的 viewport 中設定了 400 x 200 的 viewBox 。

（2）裁切：

這時候因為我們設定的尺寸比相片原本的大小還要小，所以相片會被裁切。

（3）填滿 viewport

最後 viewBox 會盡可能的填滿整個 viewport，造成放大的效果。

這時候就會產生一個很神奇的現象，因為我的相片尺寸（viewBox）設定的比原本相片的尺寸來的小，它會先把相片裁切成我們指定的大小，但是因為它會自動去填滿整個 viewport 的緣故，所以造成了相片被放大的效果。

程式碼寫起來像是這樣，設定為 viewBox="0 0 400 200"：

     

<svg id="svgElement" width="800" height="400" viewBox="0 0 400 200">
    <g><!--  鳥的圖形 --></g>
</svg>

當 viewbox 大於 viewport 時：圖案會被縮小

類似的道理，當我們設定的 viewBox 大於 viewPort 時，它會先把這張照片的底圖放大（先放大成 1600 x 800），但是圖案大小不變，然後在盡可能的塞入 viewport 當中（這裡是 800 x 400）：

設定 viewBox 為 1600 x 800，比原本的 viewport 大，照片的底圖會被放大，但是圖案大小不會變。

把 viewBox （1600 x 800）塞進 viewport （800 x 400）當中，造成圖案變小的情況。

所以，雖然 viewBox 的設定（1600 x 800）大於原始 viewBox 的大小（800 x 400），但是實際上，照片在實際顯示上卻會被縮小。
程式碼寫起來會像這樣子，viewBox="0 0 1600 800"：

<svg id="svgElement" width="800" height="400" viewBox="0 0 1600 800">
    <g><!--  鳥的圖形 --></g>
</svg>

SVG ViewBox 位置的設定

在 viewBox 的設定中，包含了四個屬性值 viewBox = '<min-x> <min-y> <width> <height>'，除了上面我們所說的可以設定照片的大小外，也可以裡用 <min-x> 和 <min-y> 這兩個屬性來設定相片的位置。

例如說當我設定 viewBox 的 min-x 為 150 時（ viewBox = "150 0 800 400" ），viewBox 會向左移動 150 單位 ：

將 viewBox 設定為 "150 0 800 400" 時，viewBox 會向左移動 150 單位。

實際上可以看到的圖案範圍變小。

我們也可以同時設定 min-x 和 min-y ，例如（viewBox = "-400 -200 800 400"），會得到這樣的效果：

將 viewBox 設定為 "-400 -200 800 400"

我們最後實際上可以看到的圖案內容。

viewBox 設定造成的影響

在 viewBox 的設定的四個屬性值中 viewBox = "min-x min-y width height"，我們可以簡單理解成前兩項 min-x 和 min-y 控制的是位移（translate），可以達到左右移動的效果；width 和 height 控制的則是縮放（scale）。

但是因為 viewBox 實際上影響的是 SVG 當中的座標系統（後面會說明 SVG 座標系統），所以會和你的直覺有寫相反，例如，當你設定 min-x 和 min-y 越大時，實際上看到的畫面會往左上方移動；同樣地，當你設定width 和 height 越大時，實際上看到的畫面會往縮小。

這個部分需要你花一些時間實際感受一下，非常建議利用下段中由 Sara Soueidan 所提供的實做案例感受。

實際感受 SVG 的效果

Sara Soueidan 在她所撰寫文章中 Understanding SVG Coordinate Systems and Transformations (Part 1) — The viewport, viewBox, and preserveAspectRatio 提供了非常好的實做案例。

建議先把 viewBox 設定成和 viewport 大小一樣（800 x 600），這是一般初始化狀況。

左上角的地方你可以去以用拖拉的方式去設定 viewBox 的值，以此感受 viewBox 的改變對於視覺上顯示的效果，另外，由於它的 viewport 是 (800 x 600) 所以建議你可以先把 viewBox 的長寬設為 800 x 600（也就是初始化時預設 viewport = viewBox 的狀況），接著再來實際操作看看 viewBox 的改變會有什麼樣的效果。

當 viewport 和 viewBox 的尺寸並不是等比例時：preserveAspectRatio

我們提到，當 viewBox 和 viewport 的尺寸大小不一樣時， viewBox 會盡可能的去填滿整個 viewport ，可是在上面文章的例子中，我們都把 viewBox 的尺寸大小設定的和 viewPort 是等比例的情況，如果是不同比例的話，又要用什麼樣的方式來對齊和填滿呢？

這時候我們就會需要用到 preserveAspectRatio這個屬性了。在這個屬性當中可以設定對齊的方式（align）還有要用什麼樣的方式填滿（meetOrSlice）。

在這篇文章中，我只打算探討 viewBox 和 viewport 為等比例的情況，我認為要瞭解 viewport 和 viewBox 的概念時，先以等比例的情況當作實例來練習是比較容易瞭解的，因為在等比例的情況下，preserveAspectRation 的值對於畫面的呈現是沒有任何影響的，如果對於 preserveAspectRatio 的屬性想要有更多的瞭解，可以參考這篇文章（[譯] 理解 SVG 座標系統與 Transformations @ Andyyou），或進一步參考文章中最後面所列的參考文章。

深入瞭解 SVG 座標系

從上面我們可以看出當我們為 SVG 元素設定 viewBox 時，SVG 會有很多特別的效果，我們可以視整個 SVG 元素為一個畫布，對它進行縮放和移動，而實際上在 SVG 的世界中，我們要瞭解viewport 和 viewBox 實際上是處在兩個不同的座標系統中。

在 viewport 中，是我們過去所熟悉的，以瀏覽器中 DOM 為主的座標系統，通常把它稱作 viewport 座標系統（viewport coordinate system）或canvas 座標系統（但是不要把它和 HTML 中的 Canvas 標籤搞混）。一般來說，在這個座標系統中，1px 就是 1px 大，這個座標系統是相對固定的。在後面的文章中，我會使用 viewport 座標系統這個詞。

在 viewBox 的座標系統中，就不是我們所習慣的情況了，我們一般把在 viewBox 的座標系統稱作 SVG 座標系統（SVG coordinate system）、用戶座標系統（user coordinate system）（或 the current coordinate system、user space in use）。在後面的文章中，我會使用 SVG 座標系統這個詞。

在這個座標系統中，值是不一定要有單位的，如果我們沒有給它單位時，預設它會以 viewport 的單位為單位（例如，px），然而，恐怖的特別的地方在於，當我們在設定 viewBox 時，如果對於這當圖片有縮放時，那麼它的 1 單位大小將不會再是 1px 。

認識不同的座標名稱

為了幫助我們更進一步的探討 SVG 座標系統和 viewport 座標系統，我們要來認識三種不同的座標名稱，分別是 offset、client 和 SVG Point。

其中 offset 和 client 所取得的值都是屬於 viewport 座標系統中的座標值（也就是 1px 就是真實的 1px），兩者的差別在於 offset 是相對於 container 左上角的點，也就是以 container 左上角為（0, 0）；而 client 則是相對於 window 左上角（瀏覽器視窗左上角）的點，以 window 左上角為（0, 0），越右 X 值越大，越下 Y 值越大。

offset 的座標值以 container 左上角為準；client 的座標值以瀏覽器視窗（window）左上角為準。

SVG 座標系統就比較特別一點了，它有專屬的座標點，可以透過 viewport 座標系的 client 座標加以轉換。

我們會在下一篇文章中說明如何取得這三個座標值，但目前你需要知道有這三種不同的座標名稱。

viewBox 等同於 viewport 時

我們用 Sara Soueidan 在所提供的互動案例來做更多說明，一開始的時候，我先把 viewBox 設成和 viewport 一樣大，在這種情況下 SVG 座標系統中的 1 單位大小會和 viewport 的一樣大，也就是 1px。留意藍色的尺標是 SVG 座標系統、灰色的尺標則是 viewport 座標系統：

當 viewBox 等於 viewport 時，viewBox 就等於 viewport 的 1px，也就是實際 1px 大。

同時我們標下鳥右下角的這個點，讓我們後面能夠更清楚 SVG 座標系統的變化。在一開始的時候，因為 viewport 等同於 viewBox 的緣故，所以 SVG 座標系統中這個點，和 viewport 座標系統中的 offset 座標點，都會是（200, 300）：

當 viewBox 為 viewport 尺寸的一半時

接著，我們可以看到，當我把 viewBox 設為 viewport 的一半（viewBox = "0 0 400 300"），也就是讓鳥看起來變 2 倍大時，這時候 SVG 座標系統中的 1 單位，會變成 viewport 的 2 單位（這裡就是 2px）。

當 viewBox 為 viewport 的一半時，圖案會被裁切後放大，所以 SVG 座標系統中的 1 單位，會變成 viewport 的 2 單位大（2px）。

但要留意的是，雖然圖案被放大了兩倍，但是鳥右下角這點在藍色尺標的 SVG 座標系統中一樣是（200, 300），可是灰色尺標的 viewport 座標系統中的 offset 座標點會變成兩倍，也就是（400, 600）。

當 viewBox 為 viewport 尺寸的兩倍大時

同樣的道理，當我把 viewBox 設為 viewport 的 2 倍大（viewBox = "0 0 1600 800"），也就是讓鳥看起來變 2 倍大時，這時候 SVG 座標系統中的 1 單位，會變成 viewport 的 1/2 單位（這裡就是 0.5px）。

這時候你會看到，雖然藍色尺標的 SVG 座標系統中，右下角座標仍然是（200, 300），但是 viewport 座標系統中的 offset 座標點則變成了（100, 150）。

重點總結

在這篇文章中有幾個你應該留意的重點：

• 知道有 viewport 和 SVG 這兩種不同的座標系統
• 知道有 offset, client, SVGPoint 這三種不同的座標點
• 知道有 offset 和 client 屬於 viewport 座標系統；SVGPoint 屬於 SVG 座標系統
• 知道透過 viewBox 的設定可以達到縮放和移動的效果

參考資料

• Understanding SVG Coordinate Systems and Transformations
• [中譯]理解 SVG 座標系統和 Transformation @ Andyyou
• SVG 研究之路 (23) - 理解 viewport 與 viewbox @ OXXO
• 首頁圖片來源 @ TeamTreehouse