一塊兒用HTML5 canvas作一個簡單又騷氣的粒子引擎

時間 2019-11-11

標籤一塊兒 html5 html canvas 一個簡單粒子引擎欄目 HTML5 简体版

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好吧，說是「粒子引擎「仍是大言不慚而標題黨了，離真正的粒子引擎還有點遠。
廢話少說，先看[demo]
本文將教會你作一個簡單的canvas粒子製造器（下稱引擎）。github

一.世界觀canvas

這個簡單的引擎裏須要有三種元素：世界(World)、發射器(Launcher)、粒子(Grain)。總得來講就是：發射器存在於世界之中，發射器製造粒子，世界和發射器都會影響粒子的狀態，每一個粒子在通過世界和發射器的影響以後，計算出下一刻的位置，把本身畫出來。dom

1.世界(World)編輯器

所謂「世界」，就是全局影響那些存在於這這個「世界」的粒子的環境。一個粒子若是選擇存在於這個「世界」裏，那麼這個粒子將會受到這個「世界」的影響。函數

2.發射器(Launcher)動畫

用來發射粒子的單位。他們能控制粒子生成的粒子的各類屬性。做爲粒子們的爹媽，發射器可以控制粒子的出生屬性：出生的位置、出生的大小、壽命、是否受到「World」的影響、是否受到"Launcher"自己的影響等等……
除此以外，發射器自己還要把本身生出來的已經死去的粒子清掃掉。ui

3.粒子(Grain)this

最小基本單位，就是每個騷動的個體。每個個體都擁有本身的位置、大小、壽命、是否受到同名度的影響等屬性，這樣才能在canvas上每時每刻準確描繪出他們的形態。.net

二.粒子繪製主邏輯

上面就是粒子繪製的主要邏輯。

咱們先來看看世界須要什麼。

三.創造一個世界

不知道爲何我理所固然得會想到世界應該有重力加速度。可是光有重力加速度不能表現出不少花樣，因而這裏我給他增長了另外兩種影響因素：熱氣和風。重力加速度和熱氣他們的方向是垂直的，風影響方向是水平的，有了這三個東西，咱們就能讓粒子動得很風騷了。

一些狀態（好比粒子的存亡）的維護須要有時間標誌，那麼咱們把時間也加入到世界裏吧，這樣方便後期作時間暫停、逆流的效果。

define(function(require, exports, module) {
var Util = require('./Util');
var Launcher = require('./Launcher');

/**
* 世界構造函數
* @param config
* backgroundImage 背景圖片
* canvas canvas引用
* context canvas的context
*
* time 世界時間
*
* gravity 重力加速度
*
* heat 熱力
* heatEnable 熱力開關
* minHeat 隨機最小熱力
* maxHeat 隨機最大熱力
*
* wind 風力
* windEnable 風力開關
* minWind 隨機最小風力
* maxWind 隨機最大風力
*
* timeProgress 時間進步單位，用於控制時間速度
* launchers 屬於這個世界的發射器隊列
* @constructor
*/
function World(config){
//太長了，略去細節
}
World.prototype.updateStatus = function(){};
World.prototype.timeTick = function(){};
World.prototype.createLauncher = function(config){};
World.prototype.drawBackground = function(){};
module.exports = World;
});
你們都知道，畫動畫就是不斷得重畫，因此咱們須要暴露出一個方法，提供給外部循環調用:

/**
* 循環觸發函數
* 在知足條件的時候觸發
* 好比RequestAnimationFrame回調，或者setTimeout回調以後循環觸發的
* 用於維持World的生命
*/

World.prototype.timeTick = function(){

//更新世界各類狀態
this.updateStatus();

this.context.clearRect(0,0,this.canvas.width,this.canvas.height);
this.drawBackground();

//觸發全部發射器的循環調用函數
for(var i = 0;i<this.launchers.length;i++){
this.launchers[i].updateLauncherStatus();
this.launchers[i].createGrain(1);
this.launchers[i].paintGrain();
}
};
這個timeTick方法在外部循環調用時，每次都作着這幾件事：

更新世界狀態
清空畫布從新繪製背景
輪詢全世界全部發射器，並更新它們的狀態，建立新的粒子，繪製粒子
那麼，世界的狀態到底有哪些要更新？
顯然，每一次都要讓時間往前增長一點是容易想到的。其次，爲了讓粒子儘量動得風騷，咱們讓風和熱力的狀態都保持不穩定——每一陣風和每一陣熱浪，都是你意識不到的~

World.prototype.updateStatus = function(){
this.time+=this.timeProgress;
this.wind = Util.randomFloat(this.minWind,this.maxWind);
this.heat = Util.randomFloat(this.minHeat,this.maxHeat);
};
世界造出來了，咱們還得讓世界能造粒子發射器呀，要否則怎麼造粒子呢~

World.prototype.createLauncher = function(config){
var _launcher = new Launcher(config);
this.launchers.push(_launcher);
};
好了，作爲上帝，咱們已經把世界打造得差很少了，接下來就是捏造各類各樣的生靈了。

四.捏出第一個生物：發射器

發射器是世界上的第一種生物，依靠發射器才能繁衍出千奇百怪的粒子。那麼發射器須要具有什麼特徵呢？

首先，它是屬於哪一個世界的得搞清楚（由於這個世界可能不止一個世界）。

其次，就是發射器自己的狀態：位置、自身體系內的風力、熱力，能夠說：發射器就是一個世界裏的小世界。

最後就是描述一下他的「基因」了，發射器的基因會影響到他們的後代（粒子）。咱們賦予發射器越多的「基因」，那麼他們的後代就會有更多的生物特徵。具體看下面的良心註釋代碼吧~

define(function (require, exports, module) {
var Util = require('./Util');
var Grain = require('./Grain');

/**
* 發射器構造函數
* @param config
* id 身份標識用於後續可視化編輯器的維護
* world 這個launcher的宿主
*
* grainImage 粒子圖片
* grainList 粒子隊列
* grainLife 產生的粒子的生命
* grainLifeRange 粒子生命波動範圍
* maxAliveCount 最大存活粒子數量
*
* x 發射器位置x
* y 發射器位置y
* rangeX 發射器位置x波動範圍
* rangeY 發射器位置y波動範圍
*
* sizeX 粒子橫向大小
* sizeY 粒子縱向大小
* sizeRange 粒子大小波動範圍
*
* mass 粒子質量（暫時沒什麼用）
* massRange 粒子質量波動範圍
*
* heat 發射器自身體系的熱氣
* heatEnable 發射器自身體系的熱氣生效開關
* minHeat 隨機熱氣最小值
* maxHeat 隨機熱氣最小值
*
* wind 發射器自身體系的風力
* windEnable 發射器自身體系的風力生效開關
* minWind 隨機風力最小值
* maxWind 隨機風力最小值
*
* grainInfluencedByWorldWind 粒子受到世界風力影響開關
* grainInfluencedByWorldHeat 粒子受到世界熱氣影響開關
* grainInfluencedByWorldGravity 粒子受到世界重力影響開關
*
* grainInfluencedByLauncherWind 粒子受到發射器風力影響開關
* grainInfluencedByLauncherHeat 粒子受到發射器熱氣影響開關
*
* @constructor
*/

function Launcher(config) {
//太長了，略去細節
}

Launcher.prototype.updateLauncherStatus = function () {};
Launcher.prototype.swipeDeadGrain = function (grain_id) {};
Launcher.prototype.createGrain = function (count) {};
Launcher.prototype.paintGrain = function () {};

module.exports = Launcher;

});
發射器要負責生孩子啊，怎麼生呢：

Launcher.prototype.createGrain = function (count) {
if (count + this.grainList.length <= this.maxAliveCount) {
//新建了count個加上舊的還沒達到最大數額限制
} else if (this.grainList.length >= this.maxAliveCount &&
count + this.grainList.length > this.maxAliveCount) {
//光是舊的粒子數量還沒能達到最大限制
//新建了count個加上舊的超過了最大數額限制
count = this.maxAliveCount - this.grainList.length;
} else {
count = 0;
}
for (var i = 0; i < count; i++) {
var _rd = Util.randomFloat(0, Math.PI * 2);
var _grain = new Grain({/*粒子配置*/});
this.grainList.push(_grain);
}
};
生完孩子，孩子死掉了還得打掃……（好悲傷，怪內存不夠用咯）

Launcher.prototype.swipeDeadGrain = function (grain_id) {
for (var i = 0; i < this.grainList.length; i++) {
if (grain_id == this.grainList[i].id) {
this.grainList = this.grainList.remove(i);//remove是本身定義的一個Array方法
this.createGrain(1);
break;
}
}
};
生完孩子，還得把孩子放出來玩：

Launcher.prototype.paintGrain = function () {
for (var i = 0; i < this.grainList.length; i++) {
this.grainList[i].paint();
}
};
本身的內部小世界也不要忘了維護呀~(跟外面的大世界差很少)

Launcher.prototype.updateLauncherStatus = function () {
if (this.grainInfluencedByLauncherWind) {
this.wind = Util.randomFloat(this.minWind, this.maxWind);
}
if(this.grainInfluencedByLauncherHeat){
this.heat = Util.randomFloat(this.minHeat, this.maxHeat);
}
};
好了，至此，咱們完成了世界上第一種生物的打造，接下來就是他們的後代了（呼呼，上帝好累）

子子孫孫，無窮盡也
出來吧，小的們，大家纔是世界的主角！

做爲世界的主角，粒子們擁有各類自身的狀態：位置、速度、大小、壽命長度、出生時間固然必不可少

define(function (require, exports, module) {
var Util = require('./Util');

/**
* 粒子構造函數
* @param config
* id 惟一標識
* world 世界宿主
* launcher 發射器宿主
*
* x 位置x
* y 位置y
* vx 水平速度
* vy 垂直速度
*
* sizeX 橫向大小
* sizeY 縱向大小
*
* mass 質量
* life 生命長度
* birthTime 出生時間
*
* color_r
* color_g
* color_b
* alpha 透明度
* initAlpha 初始化時的透明度
*
* influencedByWorldWind
* influencedByWorldHeat
* influencedByWorldGravity
* influencedByLauncherWind
* influencedByLauncherHeat
*
* @constructor
*/
function Grain(config) {
//太長了，略去細節
}

Grain.prototype.isDead = function () {};
Grain.prototype.calculate = function () {};
Grain.prototype.paint = function () {};
module.exports = Grain;
});
粒子們須要知道本身的下一刻是怎樣子的，這樣才能把本身在世界展示出來。對於運動狀態，固然都是初中物理的知識了:-)

Grain.prototype.calculate = function () {
//計算位置
if (this.influencedByWorldGravity) {
this.vy += this.world.gravity+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.gravity);
}
if (this.influencedByWorldHeat && this.world.heatEnable) {
this.vy -= this.world.heat+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.heat);
}
if (this.influencedByLauncherHeat && this.launcher.heatEnable) {
this.vy -= this.launcher.heat+Util.randomFloat(0,0.3*this.launcher.heat);
}
if (this.influencedByWorldWind && this.world.windEnable) {
this.vx += this.world.wind+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.wind);
}
if (this.influencedByLauncherWind && this.launcher.windEnable) {
this.vx += this.launcher.wind+Util.randomFloat(0,0.3*this.launcher.wind);
}
this.y += this.vy;
this.x += this.vx;
this.alpha = this.initAlpha * (1 - (this.world.time - this.birthTime) / this.life);

//TODO 計算顏色和其餘

};
粒子們怎麼知道本身死了沒？

Grain.prototype.isDead = function () {
return Math.abs(this.world.time - this.birthTime)>this.life;
};
粒子們又該以怎樣的姿態把本身展示出來？

Grain.prototype.paint = function () {
if (this.isDead()) {
this.launcher.swipeDeadGrain(this.id);
} else {
this.calculate();
this.world.context.save();
this.world.context.globalCompositeOperation = 'lighter';
this.world.context.globalAlpha = this.alpha;
this.world.context.drawImage(this.launcher.grainImage, this.x-(this.sizeX)/2, this.y-(this.sizeY)/2, this.sizeX, this.sizeY);
this.world.context.restore();
}
};
嗟乎。

五.後續

後續但願可以經過這個雛形，進行擴展，再造一個可視化編輯器供你們使用。

對了，代碼都在這：https://github.com/jation/CanvasGrain