如何基于Canvas来模拟真实雨景Part1:预备知识和创建基本对象

techbrood 发表于 2016-05-20 20:15:55

标签: canvas, html5, 下雨, 窗户, 教程

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我们之前使用CSS3实现过逼真的雨滴,但这个方法只适合用来模拟一些静态场景或少量雨滴动画,如果用来实现大量雨滴的动画,会遭遇严重的性能问题。而使用Canvas能利用硬件加速,渲染性能要高得多,适合用来创建大量粒子的动画。本例我们讲解如何使用Canvas 2D来实现一个“雨打窗户”的动画场景,雨滴(粒子)的数量可以有成百上千乃至上万个。本例不涉及更为复杂的3D空间场景的模拟。

blob.png

预备知识

如果你不知道怎么使用Canvas 2D,请先阅读踏得网在线教程Canvas基础知识

基本上浏览器为我们准备了一个2D渲染上下文,我们在这里绘制图形图像对象,绘制好后再和页面合成。所以和CSS不同,Canvas内部对象的变化不会影响DOM文档,也因此不会导致DOM重排和重绘而影响性能。

除了Canvas接口外,我们还需要具备一些基本的物理学和数学知识。我们观察实际物理世界中的雨点,还有这么几个特征:

  1. 能反射外部环境景色(真实的反射、环境折射情况相当复杂)

  2. 小的雨点停留在窗户上,由于有阻力而静止不动,但会被移动的雨滴所吞没

  3. 大到一定程度的雨点会因为重力效应而滑落

  4. 雨滴在滑落的过程中形成轨迹,这个现象会导致雨滴变小

  5. 由于雨点是液体,足够接近的雨点会相互吸引并融合成单个更大的雨点(因为单个球面积要远小于2个单独的球面积,因此融合后液体将处于势能最小状态即最稳定状态。)

  6. 如果存在风向,那么雨滴将是斜着掉落/滑落的。

我们的代码不会去试图完美模拟这些特征,因为在一个快速变换的环境中人眼留意的是总体印象和感觉。

我们将去除一些不必要的复杂性,比如暂不考虑环境折射,另外我们把雨滴降低维度在2D空间上,简化为一个运动的小圆点(在三维空间是一个椭球体),它包含大小、位置、速度、加速度属性,这样在计算雨点距离时只需要考虑x、y轴分量,而求体积也退化为求面积。

创建雨景容器

我们首先创建一个场景视图对象来容纳背景(远景图片)、玻璃窗户(我们的观察点)和雨滴:

function RainyView(options, canvas) {
	this.img = options.image;//背景图片
	this.options = options;//参数
	this.drops = [];//一组雨滴

	// 创建canvas容器,用来绘制对象和动画
	this.canvas = canvas || this.prepareCanvas();
	this.prepareBackground();//创建背景
	this.prepareGlass();//创建窗户

	// 设置window.requestAnimFrame动画方法
	this.setRequestAnimFrame();
}

其中setRequestAnimFrame方法实现了requestAnimFrame接口,这个是比setTimeout更好的动画绘制接口,在Canvas按钮绕边动画一文中已有详细说明。

创建背景

RainyView.prototype.prepareBackground = function() {
	this.background = document.createElement('canvas');
	this.background.width = this.canvas.width;
	this.background.height = this.canvas.height;

	var context = this.background.getContext('2d');
	context.clearRect(0, 0, this.canvas.width, this.canvas.height);
	
        context.drawImage(this.img, this.options.crop[0], this.options.crop[1], this.options.crop[2], this.options.crop[3], 0, 0, this.canvas.width, this.canvas.height);
	
	//blur the background ...
};

上面的代码创建一个background的canvas,然后把图像绘制在上面,由于是远景图并且是透过玻璃看出去的,我们需要给图片添加模糊效果,这个有很多方法,比如CSS3的blur、scale方法,以及使用JS的一些基于像素处理的模糊算法,比如相邻像素的混合算法、高斯模糊、栈模糊算法。这不是本文的重点,不做进一步细述。

创建窗户

RainyView.prototype.prepareGlass = function() {
	this.glass = document.createElement('canvas');
	this.glass.width = this.canvas.width;
	this.glass.height = this.canvas.height;
	this.context = this.glass.getContext('2d');
};

这个比较简单,使用一个新的canvas上下文来绘制窗户。

创建雨滴

/**
 * 定义一个雨滴对象
 * @param RainyView 雨滴的父容器
 * @param centerX 雨滴中心的x坐标
 * @param centerY 雨滴中心的y坐标
 * @param min 最小尺寸
 * @param base 随机尺寸基准
 */

function Drop(RainyView, centerX, centerY, min, base) {
	this.x = Math.floor(centerX);
	this.y = Math.floor(centerY);
	this.r = (Math.random() * base) + min;
	this.RainyView = RainyView;
	this.context = RainyView.context;
	this.reflection = RainyView.reflected;
}

你可以看到雨滴的大小是随机生成的,介于min和min+base之间。

雨滴对象除了上述的属性外,还有两个核心的方法:绘制和移动(滑落)。

Drop.prototype.draw = function() {
	this.context.save();//保存画板绘图状态
	this.context.beginPath();
	
	this.context.arc(this.x, this.y, this.r, 0, Math.PI * 2, true);
	
	this.context.closePath();

	if (this.RainyView.reflection) {
		this.RainyView.reflection(this);
	}
	
	this.context.restore();//恢复画板绘图状态
};

Drop.prototype.move = function() {
	if (this.terminate) {
		return false;
	}
	var stopped = this.RainyView.gravity(this);
	if (!stopped && this.RainyView.trail) {
		this.RainyView.trail(this);
	}
	if (this.RainyView.options.enableCollisions) {
		var collisions = this.RainyView.matrix.update(this, stopped);
		if (collisions) {
			this.RainyView.collision(this, collisions);
		}
	}
	return !stopped || this.terminate;
};

上述draw方法就是绘制一个半径为r的圆,为了简单起见,暂未考虑当两个Drop对象由于接近而融合时所产生的变形。move方法完成两个任务,一个是重力掉落(gravity函数),另外一个功能是碰撞检测(当发生碰撞时,触发融合)。由于这两个方法和环境有关,所以这里实现为其容器RainyView的方法。


到此,我们就完成了雨景布局和基本对象构建,接下去就是要为对象添加实际的动画。

我们在第2部分进行详细描述。


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最新评论

iefreer 2016-05-22 15:38:35

雨滴对象应该绘制为非完美的圆形。稍后单独发文描述。


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