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使用canvas制作粒子群效果

字数统计: 1.1k阅读时长: 4 min
2019/08/26 Share

这一期的内容介绍如何使用<canvas>来制作粒子群效果, 先上效果图, 也可以点击查看demo页面:

原理简介

通过随机生成一定数量的粒子(位置、初始速度), 当粒子间的间距小于阈值时, 对粒子进行连线, 线的粗细与粒子的距离有关。鼠标的位置的一定区域内, 能够吸引粒子接近, 因此可以与粒子群进行交互。

我们通过一帧帧对画面进行重新绘制, 频率大致在60Hz左右, 达到人眼视觉上的流畅效果。

前置知识

  • requestAnimationFrame

requestAnimationFrame是浏览器用于定时循环操作的一个接口,主要用途是按帧对网页进行重绘。这个API的目的是为了让各种网页动画效果(DOM动画、Canvas动画、SVG动画、WebGL动画)能够有一个统一的刷新机制。

requestAnimationFrame的优势在于充分利用显示器的刷新机制:显示器有固定的刷新频率(60Hz或75Hz),requestAnimationFrame的基本思想就是与这个刷新频率保持同步,利用这个刷新频率进行页面重绘,此外,使用这个API,一旦页面不处于浏览器的当前标签,就会自动停止刷新,从而节省系统资源,提高系统性能,改善视觉效果。不过有一点需要注意,requestAnimationFrame是在主线程上完成,这意味着,如果主线程非常繁忙,requestAnimationFrame的动画效果会大打折扣。

目前主要浏览器Firefox 23 / IE 10 / Chrome / Safari)都支持这个方法,我们可以采用如下代码进行使用,最后一行考虑了对不支持requestAnimationFrame的浏览器的处理,按照60Hz的频率进行重绘。

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var RAF = (function(){
return window.requestAnimationFrame ||
window.webkitRequestAnimationFrame ||
window.mozRequestAnimationFrame ||
window.oRequestAnimationFrame ||
window.msRequestAnimationFrame ||
function( callback ){
window.setTimeout(callback, 1000 / 60);
};
})();

js源码分析

  • 根据浏览器窗口大小实时更新canvas画布大小
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function resize() {
canvas.width = window.innerWidth || document.documentElement.clientWidth || document.body.clientWidth;
canvas.height = window.innerHeight || document.documentElement.clientHeight || document.body.clientHeight;
}
resize();
window.onresize = resize; // 改变浏览器窗口大小触发canvas的边界改变
  • 获取鼠标的实时位置
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// 鼠标活动时,获取鼠标坐标
var warea = {x: null, y: null, max: 20000};
window.onmousemove = function(e) {
e = e || window.event;
warea.x = e.clientX;
warea.y = e.clientY;
};
window.onmouseout = function(e) {
warea.x = null;
warea.y = null;
};
  • 添加随机粒子
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// x,y为粒子坐标,xv, yv为粒子xy轴速度,max为连线的最大距离
var dots = [];
for (var i = 0; i < 300; i++) {
var x = Math.random() * canvas.width;
var y = Math.random() * canvas.height;
// xv, yx 的取值范围(-1, 1)
var xv = Math.random() * 2 - 1;
var yv = Math.random() * 2 - 1;
dots.push({
x: x,
y: y,
xv: xv,
yv: yv,
max: 8000
})
}
  • 帧循环
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function animate() {
// 每一帧清除上一帧的图像
ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 将鼠标坐标添加进去,产生一个用于比对距离的点数组
var ndots = [warea].concat(dots);
dots.forEach(function(dot) {
// 粒子单位时间的位移
dot.x += dot.xv;
dot.y += dot.yv;
// 遇到边界将速度反向
dot.xv *= (dot.x > canvas.width || dot.x < 0) ? -1 : 1;
dot.yv *= (dot.y > canvas.height || dot.y < 0) ? -1 : 1;
// 绘制粒子
ctx.fillRect(dot.x - 0.5, dot.y - 0.5, 1, 1);
// 循环计算粒子间的距离
for (var i = 0; i < ndots.length; i++) {
var d2 = ndots[i];
if (dot === d2 || d2.x === null || d2.y === null) continue;
var xc = dot.x - d2.x;
var yc = dot.y - d2.y;
// 两个粒子之间的距离平方
var dis = xc * xc + yc * yc;
// 透明度
var ratio;
// 如果两个粒子之间的距离小于粒子对象的max值,则在两个粒子间画线
if (dis < d2.max) {
// 如果是鼠标,则让粒子向鼠标的位置移动
if (d2 === warea && dis > (d2.max / 2)) {
dot.x -= xc * 0.03;
dot.y -= yc * 0.03;
}
// 计算透明度
ratio = (d2.max - dis) / d2.max;
// 画线
ctx.beginPath();
ctx.lineWidth = ratio / 2;
ctx.strokeStyle = 'rgba(0,0,0,' + (ratio + 0.2) + ')';
ctx.moveTo(dot.x, dot.y);
ctx.lineTo(d2.x, d2.y);
ctx.stroke();
}
}
// 将已经计算过的粒子从数组中删除
ndots.splice(ndots.indexOf(dot), 1);
});
// 循环
RAF(animate);
}

参考资料

CATALOG
  1. 1. 原理简介
  2. 2. 前置知识
  3. 3. js源码分析
  4. 4. 参考资料