用 Canvas 编织璀璨星空图

素颜马尾好姑娘i 2022-12-30 03:43 126阅读 0赞

原文链接：https://www.jianshu.com/p/f5c0f9c4bc39

GitHub项目: CyandevToys / ParticleWeb

## 是不是还蛮酷的呢？本文我们就来一点一点分析怎么实现它！ ##

分析  
首先我们看看这个效果具体有那些要点。首先，这么炫酷的效果肯定是要用到 Canvas 了，每个星星可以看作为一个粒子，因此，整个效果实际上就是粒子系统了。此外，我们可以发现每个粒子之间是相互连接的，只不过离的近的粒子之间的连线较粗且透明度较低，而离的远的则相反。  
开始 Coding  
HTML 部分  
这部分我就简单放了一个 标签，设置样式使其填充全屏。

然后为了让所有元素没有间距和内补，我还加了一条全局样式：

JavaScript 部分  
下面我们来写核心的代码。首先我们要得到那个 canvas 并得到绘制上下文：

var canvasEl = document.getElementById('canvas');
    var ctx = canvasEl.getContext('2d');
    var mousePos = [0, 0];

紧接着我们声明两个变量，分别用于存储“星星”和边：

var nodes = [];
    var edges = [];

下一步，我们做些准备工作，就是让画布在窗口大小发生变化时重新绘制，并且调整自身分辨率：

window.onresize = function () { 
        canvasEl.width = document.body.clientWidth;
        canvasEl.height = canvasEl.clientHeight;
    
        if (nodes.length == 0) { 
          constructNodes();
        }
    
        render();
    };
    
    window.onresize(); // trigger the event manually.

我们在第一次修改大小后构建了所有节点，这里就要用到下一个函数（constructNodes）了  
这个函数中我们随机创建几个点，我们用字典对象的方式存储这些点的各个信息：

为了实现后面一个更炫酷的效果，我给第一个点加了一个 drivenByMouse 属性，这个点的位置不会被粒子系统管理，也不会绘制出来，但是它会与其他点连线，这样就实现了鼠标跟随的效果了。  
这里稍微解释一下 radius 属性的取值，我希望让绝大部分点都是小半径的，而极少数的点半径比较大，所以我这里用了一点小 tricky，就是用概率控制点的半径取值，不断调整这个概率阈值就能获取期待的半径随机分布。  
点都构建完毕了，就要构建点与点之间的连线了，我们用到双重遍历，把两个点捆绑成一组，放到 edges 数组中。注意这里我用了另外一个函数来完成这件事，而没有直接用 edges.push() ，为什么？  
假设我们之前连接了 A、B两点，也就是外侧循环是A，内侧循环是B，那么在下一次循环中，外侧为B，内侧为A，是不是也会创建一条边呢？而实际上，这两个边除了方向不一样以外是完全一样的，这完全没有必要而且占用资源。因此我们在 addEdge 函数中进行一个判断：

至此，我们的准备工作就完毕了，下面我们要让点动起来：

看到这么一大段代码不要害怕，其实做的事情很简单。这是粒子系统的核心，就是遍历粒子，并且更新其状态。更新的公式就是

> v = v + a  
> s = s + v

a是加速度，v是速度，s是位移。由于我们这里不涉及加速度，所以就不写了。然后我们需要作一个边缘的碰撞检测，不然我们的“星星”都无拘无束地一点点飞～走～了～。边缘碰撞后的处理方式就是让速度矢量反转，这样粒子就会“掉头”回来。  
还记得我们需要做的鼠标跟随吗？也在这处理，我们让第一个点的位置一点一点移动到鼠标的位置，下面这个公式很有意思，可以轻松实现缓动：

> x = x + (t - x) / factor

其中 factor 是缓动因子，t 是最终位置，x 是当前位置。至于这个公式的解释还有个交互大神 Bret Victor 在他的演讲中提到过，视频做的非常好，有条(ti)件(zi)大家一定要看看： Bret Victor - Stop Drawing Dead Fish  
好了，回到主题。我们在上面的函数中处理完了一帧中的数据，我们要让整个粒子系统连续地运转起来就需要一个timer了，但是十分不提倡大家使用 setInterval，而是尽可能使用 requestAnimationFrame，它能保证你的帧率锁定在 <= 60 fps ，不至于爆掉你的浏览器。函数参数即为回调函数，看起来有点像递归调用，但实际上，浏览器内部处理是将这个回调函数先入事件列队，等所有绘制计算工作完毕后再从列队中取出执行，十分高效。  
剩下的就是绘制啦：

常规的 Canvas 绘图操作，注意 beginPath 一定要调用，不然你的线就全部穿在一起了… 需要说明的是，在绘制边的时候，我们先要计算两点距离，然后根据一个阈值来判断是否要绘制这条边，这样我们才能实现距离远的点之间连线不可见的效果。  
到这里，我们的整个效果就完成了。如果不明白大家也可以去我文章开头放的 repo 离去看完整的源码。Have fun!!

<!DOCTYPE html>
    <html>
    
    <head>
      <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8">
      <meta charset="utf-8">
      <title>Particle Web</title>
      <style> * { margin: 0; padding: 0; } </style>
    </head>
    
    <body>
      <canvas height="620" width="1360" id="canvas" style="position: absolute; height: 100%;"></canvas>
      <script> (function () { var canvasEl = document.getElementById('canvas'); var ctx = canvasEl.getContext('2d'); var mousePos = [0, 0]; var easingFactor = 5.0; var backgroundColor = '#000'; var nodeColor = '#fff'; var edgeColor = '#fff'; // 星星 var nodes = []; // 边 var edges = []; function constructNodes() { for (var i = 0; i < 100; i++) { var node = { drivenByMouse: i == 0, x: Math.random() * canvasEl.width, y: Math.random() * canvasEl.height, vx: Math.random() * 1 - 0.5, vy: Math.random() * 1 - 0.5, radius: Math.random() > 0.9 ? 3 + Math.random() * 3 : 1 + Math.random() * 3 }; nodes.push(node); } nodes.forEach(function (e) { nodes.forEach(function (e2) { if (e == e2) { return; } var edge = { from: e, to: e2 } addEdge(edge); }); }); } // 星星连线 function addEdge(edge) { var ignore = false; // A 连接 B，与 B 连接 A 在视觉上看来都是一样的 edges.forEach(function (e) { if (e.from == edge.from && e.to == edge.to) { ignore = true; } if (e.to == edge.from && e.from == edge.to) { ignore = true; } }); if (!ignore) { edges.push(edge); } } function step() { nodes.forEach(function (e) { if (e.drivenByMouse) { return; } // 星星赋值速度动起来 e.x += e.vx; e.y += e.vy; // 边界处理 function clamp(min, max, value) { if (value > max) { return max; } else if (value < min) { return min; } else { return value; } } if (e.x <= 0 || e.x >= canvasEl.width) { e.vx *= -1; e.x = clamp(0, canvasEl.width, e.x) } if (e.y <= 0 || e.y >= canvasEl.height) { e.vy *= -1; e.y = clamp(0, canvasEl.height, e.y) } }); adjustNodeDrivenByMouse(); render(); window.requestAnimationFrame(step); } function adjustNodeDrivenByMouse() { nodes[0].x += (mousePos[0] - nodes[0].x) / easingFactor; nodes[0].y += (mousePos[1] - nodes[0].y) / easingFactor; } function lengthOfEdge(edge) { return Math.sqrt(Math.pow((edge.from.x - edge.to.x), 2) + Math.pow((edge.from.y - edge.to.y), 2)); } function render() { ctx.fillStyle = backgroundColor; ctx.fillRect(0, 0, canvasEl.width, canvasEl.height); edges.forEach(function (e) { var l = lengthOfEdge(e); var threshold = canvasEl.width / 8; if (l > threshold) { return; } ctx.strokeStyle = edgeColor; ctx.lineWidth = (1.0 - l / threshold) * 2.5; ctx.globalAlpha = 1.0 - l / threshold; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(e.from.x, e.from.y); ctx.lineTo(e.to.x, e.to.y); ctx.stroke(); }); ctx.globalAlpha = 1.0; nodes.forEach(function (e) { if (e.drivenByMouse) { return; } ctx.fillStyle = nodeColor; ctx.beginPath(); ctx.arc(e.x, e.y, e.radius, 0, 2 * Math.PI); ctx.fill(); }); } // 画布在窗口大小发生变化时重新绘制，并且调整自身分辨率 window.onresize = function () { canvasEl.width = document.body.clientWidth; canvasEl.height = canvasEl.clientHeight; if (nodes.length == 0) { // 构造星星 constructNodes(); } // 渲染构建 render(); }; window.onmousemove = function (e) { mousePos[0] = e.clientX; mousePos[1] = e.clientY; } window.onresize(); // trigger the event manually. window.requestAnimationFrame(step); }).call(this); </script>
    </body>
    
    </html>