javascript - 在 Canvas 中制作波浪并制作动画

Question

我正在寻找一种在 Canvas 中设计的形状中创建波浪的方法。经过大量研究，我发现了一些非常接近我想要的东西:

var c = document.getElementById('c'),
  ctx = c.getContext('2d'),
  cw = c.width = window.innerWidth,
  ch = c.height = window.innerHeight,
  points = [],
  tick = 0,
  opt = {
    count: 5,
    range: {
      x: 20,
      y: 80
    },
    duration: {
      min: 20,
      max: 40
    },
    thickness: 10,
    strokeColor: '#444',
    level: .35,
    curved: true
  },
  rand = function(min, max) {
    return Math.floor((Math.random() * (max - min + 1)) + min);
  },
  ease = function(t, b, c, d) {
    if ((t /= d / 2) < 1) return c / 2 * t * t + b;
    return -c / 2 * ((--t) * (t - 2) - 1) + b;
  };

ctx.lineJoin = 'round';
ctx.lineWidth = opt.thickness;
ctx.strokeStyle = opt.strokeColor;

var Point = function(config) {
  this.anchorX = config.x;
  this.anchorY = config.y;
  this.x = config.x;
  this.y = config.y;
  this.setTarget();
};

Point.prototype.setTarget = function() {
  this.initialX = this.x;
  this.initialY = this.y;
  this.targetX = this.anchorX + rand(0, opt.range.x * 2) - opt.range.x;
  this.targetY = this.anchorY + rand(0, opt.range.y * 2) - opt.range.y;
  this.tick = 0;
  this.duration = rand(opt.duration.min, opt.duration.max);
}

Point.prototype.update = function() {
  var dx = this.targetX - this.x;
  var dy = this.targetY - this.y;
  var dist = Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);

  if (Math.abs(dist) <= 0) {
    this.setTarget();
  } else {
    var t = this.tick;
    var b = this.initialY;
    var c = this.targetY - this.initialY;
    var d = this.duration;
    this.y = ease(t, b, c, d);

    b = this.initialX;
    c = this.targetX - this.initialX;
    d = this.duration;
    this.x = ease(t, b, c, d);

    this.tick++;
  }
};

Point.prototype.render = function() {
  ctx.beginPath();
  ctx.arc(this.x, this.y, 3, 0, Math.PI * 2, false);
  ctx.fillStyle = '#000';
  ctx.fill();
};

var updatePoints = function() {
  var i = points.length;
  while (i--) {
    points[i].update();
  }
};

var renderPoints = function() {
  var i = points.length;
  while (i--) {
    points[i].render();
  }
};

var renderShape = function() {
  ctx.beginPath();
  var pointCount = points.length;
  ctx.moveTo(points[0].x, points[0].y);
  var i;
  for (i = 0; i < pointCount - 1; i++) {
    var c = (points[i].x + points[i + 1].x) / 2;
    var d = (points[i].y + points[i + 1].y) / 2;
    ctx.quadraticCurveTo(points[i].x, points[i].y, c, d);
  }
  ctx.lineTo(-opt.range.x - opt.thickness, ch + opt.thickness);
  ctx.lineTo(cw + opt.range.x + opt.thickness, ch + opt.thickness);
  ctx.closePath();
  ctx.fillStyle = 'hsl(' + (tick / 2) + ', 80%, 60%)';
  ctx.fill();
  ctx.stroke();
};

var clear = function() {
  ctx.clearRect(0, 0, cw, ch);
};

var loop = function() {
  window.requestAnimFrame(loop, c);
  tick++;
  clear();
  updatePoints();
  renderShape();
  //renderPoints();
};

var i = opt.count + 2;
var spacing = (cw + (opt.range.x * 2)) / (opt.count - 1);
while (i--) {
  points.push(new Point({
    x: (spacing * (i - 1)) - opt.range.x,
    y: ch - (ch * opt.level)
  }));
}

window.requestAnimFrame = function() {
  return window.requestAnimationFrame || window.webkitRequestAnimationFrame || window.mozRequestAnimationFrame || window.oRequestAnimationFrame || window.msRequestAnimationFrame || function(a) {
    window.setTimeout(a, 1E3 / 60)
  }
}();

loop();

canvas {
  display: block;
}

<canvas id="c"></canvas>

http://codepen.io/jackrugile/pen/BvLHg

问题是波浪的运动看起来有点不真实。我想保留这种随机运动的概念，而不是通过从左向右移动来重复自己的形状，但是如果我找到一种方法来创建“逼真的”水运​​动(良好的流体动力学，碰撞这个波浪及其容器的边缘(自定义形状))。

我想我问了很多但是......一小部分研究可能会有所帮助:)

Answer 1

干扰

您可以使用干涉来制作更逼真的波浪。

• 有一个大浪​​(涌浪)以大 Action 缓慢运行
• 再运行一个或两个较小的正弦波(振荡器)
• 全部具有随机振幅
• 使用平均值水平混合波并计算各个点
• 使用基数样条绘制结果(或者如果分辨率很高，您可以只在点之间绘制简单的线)。

使用各种参数，以便您可以实时调整它以找到一个好的组合。

您还可以添加振荡器来表示 z 轴，以使其更加逼真，以防您想要将波分层以制作伪 3D 波。

例子

我不能给你波浪碰撞、流体动力学——这对 SO 来说有点太宽泛了，但我可以给你一个流体波的例子(因为你有每个部分的点，你可以用它来进行碰撞检测) .

示例是创建一个振荡器对象，您可以在该对象上设置各种设置，例如振幅、旋转速度(相位)等。

然后有一个混频器功能，可以混合您使用的这些振荡器的结果。

Live demo here ( full-screen version here )

此演示中的振荡器对象如下所示:

function osc() {

    /// various settings        
    this.variation = 0.4;  /// how much variation between random and max
    this.max       = 100;  /// max amplitude (radius)
    this.speed     = 0.02; /// rotation speed (for radians)

    var me  = this,        /// keep reference to 'this' (getMax)
        a   = 0,           /// current angle
        max = getMax();    /// create a temp. current max

    /// this will be called by mixer
    this.getAmp = function() {

        a += this.speed;   /// add to rotation angle

        if (a >= 2.0) {    /// at break, reset (see note)
            a = 0;
            max = getMax();
        }

        /// calculate y position
        return max * Math.sin(a * Math.PI) + this.horizon;
    }

    function getMax() {
        return Math.random() * me.max * me.variation +
               me.max * (1 - me.variation);
    }

    return this;
}

这会为我们完成所有设置和计算，我们需要做的就是调用 getAmp() 为每一帧获取一个新值。

我们可以使用“混合器”代替手动操作。这个混音器允许我们添加任意数量的振荡器到混音中:

function mixer() {

    var d = arguments.length,  /// number of arguments
        i = d,                 /// initialize counter
        sum = 0;               /// sum of y-points

    if (d < 1) return horizon; /// if none, return

    while(i--) sum += arguments[i].getAmp(); /// call getAmp and sum

    return sum / d + horizon;  /// get average and add horizon
}

将其放入带有点记录器的循环中，点记录器会在一个方向上移动点，从而创建一个看起来很流畅的波浪。

上面的演示使用了三个振荡器。 (在这方面的一个技巧是保持旋转速度低于大浪，否则你会在上面遇到小颠簸。)

注意:我创建一个新的随机最大值的方式并不是最好的方式，因为我使用了一个断点(但对于演示目的来说很简单)。您可以用更好的东西代替它。