用 Canvas 编织璀璨星空图

先来看看最终的效果:

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:

紧接着我们声明两个变量,分别用于存储“星星”和边:

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:

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

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:

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

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!!

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