canvas图形绘制之星空、噪点与烟雾效果

by zhangxinxu from http://www.zhangxinxu.com
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一、三合一

三个效果合成一篇文章。

有多个小伙伴问我，为何不开个公众号，现在都是移动时代，你博客文章写好后，公众号再复制一份，花不了多长时间，同时传播方便迅速，打赏方便快捷，显然低成本高收益。

从眼前来看，似乎确实如此。

但是，就我个人而言，行为和处事准则总是遵循内心的直觉和大方向的指引。说不上具体的道理，就是觉得，作品的输出源如果不止一个，久远来看，带来的未知损耗一定要大于短期的已知收益。

取巧的事情多慎思而克己，就好比本文内容，实际上，三个不同的canvas效果，直接分3篇来写，凑个文章数，增加点浏览量其实也是无可厚非的。然，想了想，有点不像自己的style，内心真实的自己并不希望自己这么做，于是，就3个效果合体为一篇文章。

拒绝小部分的诱惑，让自己过得更轻松。

本文的3个效果都是源自我最近做的几个真实的项目，是canvas领域基本入门的一些效果。代码我都专门重新梳理了下，必要注释也都加上去了，方便大家的学习。然后，如果你有不懂的地方，请不要来问我，没错，是不要，我并不欢迎你找我来交流，自己一点一点去弄明白。因为，如果连这么基本的canvas效果都不理解，我真的也帮不了你什么。倒不是说腾不出时间，而是腾不出精力，每天微博私信还有邮箱找我的人还挺多，实在应接不暇。

二、canvas图形效果之旋转星空

图是死的，效果是活的，IE9+浏览器下，您可以狠狠地点击这里：canvas实现的旋转星空效果demo

会看到地球上方会有很多星星在慢慢地绕着地球转啊转，星星在闪啊闪。

像这类密集型canvas效果，一般离不开下面这几个关键字：实例，随机，变化与重绘，requestAnimationFrame。

原理就是：

1. 先画一个位置透明度随机的静态的星星实例对象；
2. 有一个可以改变星星位置和透明度的draw方法；
3. 定时器跑起来，画布不停地清除与绘制，动画效果完成！

原理很简单。

本例子实现的2个难点在于：

1. 月明星稀
   星星垂直方向实际上是个伪随机，越靠近地球，星星越密集，而越往上，越稀疏。其算法如下：

   var getMinRandom = function() {
       var rand = Math.random();
       // step的大小决定了星星靠近地球的聚拢程度，
       // step = Math.ceil(2 / (1 - rand))就聚拢很明显
       var step = Math.ceil(1 / (1 - rand));
       var arr = [];
       for (var i=0; i<step; i++) {
           arr.push(Math.random());
       }
   
       return Math.min.apply(null, arr);       
   };

   很大概率会返回一个数值偏小的值，于是，就可以有“月明星稀”的分布效果了。

2. 圆弧轨迹
   其实很简单，我们套用高中时候学的圆方程式就可以了，如下注释截图所述：
   

   这下题目就简单了，已知a,b, 求y相对于x的函数表达式……

三、canvas图形效果之雪花噪点效果

图是死的，效果这里也是死的，但并不妨碍我们零距离围观，您可以狠狠地点击这里：canvas实现的噪点效果demo

由于这里是静态的，所以但从这一点来看，似乎比上面星空简单。但是，如果仅仅看绘制一帧，那这里的噪点要比上面的星空要困难些，最大的难点在于对性能的把控。

这么说吧，上面的星空，总共最多就400个点（白色的星星），但是，这里的噪点，例如，demo中画布大小（那我的机子举例）是1920*500，其中，噪点大小是1像素*1像素，总共就有960000个绘制点，显然跟400个点完全不是一个数量级的，如果我们真的一个一个绘制下来，肯定，就连Chrome这么牛步的浏览器也会感觉到明显的卡顿，如何优化如何绘制呢？

这就是本例子实现的难点：

1. 数量与性能
   我这里是这么处理的，虽然最终的噪点大小是1920*500，但是，我们实际上是由N块300*150的小的像瓷砖一样的小方块拼起来的。话句话说，我实际只绘制了45000个点，比960000显然要小了20倍还不止。

   这样，既满足了效果，又保证了性能。

具体实现原理为：

1. 创建一个canvas，绘制一个300*150随机噪点图形；
2. 把这里具有噪点的canvas以画布形式在绘制到页面上的大canvas上；

说得canvas绘图，不得不提一下非常常用的一个drawImage()方法，语法如下：

context.drawImage(img,sx,sy,swidth,sheight,x,y,width,height);

各个参数示意为（网上的描述都是直译，很生涩，我这里重新陈述了下）：

本例的小的噪点区块就是通过drawImage()方法被平铺到大的canvas元素上的。

四、canvas图形效果之烟雾缭绕效果

图是死的，效果是活的，IE9+浏览器下，您可以狠狠地点击这里：canvas实现的烟雾缭绕效果demo

本例子，效果看上去要更酷一些，实际上，从技术层面讲，跟上面的星空旋转效果几乎如出一辙，可能还要比星空更简单一些，因为其运动轨迹直来直往，不需要转圈圈。

那为何看上去更酷呢，主要在于感觉烟雾很难去模拟。

没错，烟雾确实很难用代码直接绘制出来，实际上，这里的烟雾，是一个png图片，是使用画笔在PS里绘制导出来的。

旋转星空的例子，我们是使用canvas的fillRect方法绘制了星星，而本例子，则是使用上面提到的drawImage()方法把烟雾图片绘制进来了。

其他的位移啊，透明度变化什么的，原理都是类似。

本例子的难点主要在于模拟是否足够真实：

1. 高处不胜寒
   越往上，烟雾越淡，实际上就是越靠近上方，透明度越低；

   // 越靠近边缘，透明度越低
   // 纵向透明度变化要比横向的明显
   this.alpha = (1 - Math.abs(canvasWidth*0.5 - this.x) / canvasWidth) * (0.7 - Math.abs(canvasHeight*0.5 - this.y) / canvasHeight);

2. 缭绕
   所谓“缭绕”，就是运动看似不具有规律性。要知道，凡事有轨迹有套路的运动都是有规律性地，你说这烟雾上上下下，左左右右运动太过于规律，效果就会打折扣，但是，真的没有规律又不好通过代码控制运动轨迹。因此，为了搞到一个接近缭绕效果的运动函数，还真是烧了不少脑细胞。

五、canvas动效与结语

本文三个例子都是canvas 2D效果，是入门学习非常好的例子。

canvas非常适合实现密集型图形和动画，可以把性能优势给发挥出来，因为就是一块画布渲染；另外一点就是省流量，比方说第2个例子的噪点效果，如果是同样效果1920*500的png图片，科科，我特意保存了下，286K，1K的代码PK 286K的图片，显然是完爆啊！

canvas还支持3D效果，也就是webGL, 亦称3D Canvas graphics, IE11+支持，目前Android 4.*任意版本都还不支持，业内著名的相关库就是threejs了。

不过，我没研究过，也没兴趣，不是我的方向。

好了，就这些，感谢阅读。

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