H5模擬水紋的變化(差分函數(shù)應(yīng)用)

文/michael

前言

算法或者說數(shù)學(xué)不論對于前端和后端來來說都是有用的,對于后端自然不必多說斑响,機(jī)器學(xué)習(xí)倦挂,深度學(xué)習(xí)都考驗(yàn)著我們的數(shù)學(xué)和線性代數(shù)的本事帽氓,而對于前端來說就是動畫了~

我們先講講差分方程

先看看百度百科的定義

在數(shù)學(xué)上楷拳,遞推關(guān)系(recurrence relation)绣夺,也就是差分方程(difference equation),是一種遞推地定義一個序列的方程式:序列的每一項(xiàng)目是定義為前一項(xiàng)的函數(shù)欢揖。某些簡單定義的遞推關(guān)系式可能會表現(xiàn)出非常復(fù)雜的(混沌的)性質(zhì)陶耍,他們屬于數(shù)學(xué)中的非線性分析領(lǐng)域

有性質(zhì)Δk(xn+yn)=Δkxn+Δkyn,就是說最后的函數(shù)的圖形和激勵點(diǎn)的初始狀態(tài)有關(guān)浸颓,并影響所有的x值物臂。我們先看看效果吧



整個效果是動畫旺拉,這里只能上傳截圖看不出來效果产上,我們直接上代碼棵磷,大家可以直接復(fù)制粘貼即可看到效果(瀏覽器要支持H5哦~)

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
    <title>水紋的canvas(差分函數(shù))</title>
</head>
<style type="text/css">
    body{
            overflow: hidden;
        }
        .info{
            position: absolute;
            top: 10%;
            left: 45%;
            color: #777;
        }
        #tips{
            position: absolute;
            top: 26%;
            left: 43%;
            color: #777;
        }
        .info h1{
            margin-left: -20px;
            margin-bottom: 10px;
            letter-spacing: 10px;
            font-weight: lighter;
            font-size: 35px;
            font-family: "Microsoft Yahei";
            -webkit-user-select:none;
        }
        span{
            height:10px;
            width:25px;
            display:inline-block;
            cursor:pointer;  
                    transition: height 0.2s;
        }
        span:hover{
             height:20px;
        }
        #blue{
            background-color:#367aec;
            left:30px;
        }
        #purple{
            background-color:#E84A5F;
            left:50px;
        }
        #black{
            background-color:#52D681;
            left:70px;
        }
</style>
<body>
<div class="info">
    <h1>水波紋</h1>
    <span id="blue" onclick="blue()"></span>
    <span id="purple" onclick="purple()"></span>
        <span id="black" onclick="black()"></span>
</div>
<div id = "tips">點(diǎn)色塊改變液體顏色</div>
<canvas id="can" style="background:#fff;" height="150"></canvas>
<script type="text/javascript">
    function Vertex(x,y,baseY){
        this.baseY = baseY; //水紋基線
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.vy = 0;  //    豎直方向的速度
        this.targetY = 0; //目標(biāo)位置
        this.friction = 0.15;  //水的彈力
        this.deceleration = 0.95; //減緩力
    }
        
    Vertex.prototype.updateY = function(diffVal){
        this.targetY = diffVal + this.baseY;
        this.vy += (this.targetY - this.y);
        this.vy *= this.deceleration;
        this.y += this.vy * this.friction;
    }
    var canvas = document.getElementById('can')
    var ctx = canvas.getContext('2d')
    var wid = window.innerWidth
    var height = window.innerHeight * 3/4
    var blue = function(){
        color1 = "#71A4F9";
        color2 = "#367aec";
    }
    var black = function(){
        color1 = "#52D681";
        color2 = "#00AD7C";
    }
    var purple = function(){
        color1 = "#FF847C";
        color2 = "#E84A5F";
    }
    var color1 = "#71A4F9",
    color2 = "#367aec";
    var vertexes = [],
    verNum = 200,
    diff=[],
    initDiff=1000;

    canvas.width = wid
    canvas.height = height
    var vPos = verNum / 2;  //震蕩點(diǎn)
    var limitd = 20;     //緩沖
    //初始化
    for(var i =0;i < verNum; i++){
        vertexes[i] = new Vertex(wid / (verNum - 1) * i,height/2,height / 2)
        diff[i] = 0
    }
    //鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件
    canvas.addEventListener('click', clickChangediff, false)
    window.addEventListener('keydown', keydownChangelimitd);
    //繪制
    function clickChangediff(e){
        var mouse = {x:null, y:null};
        if(e.pageX || e.pageY){
            mouse.x = e.pageX;
            mouse.y = e.pageY;
        }else{
            mouse.x = e.clientX + document.body.scrollLeft +document.documentElement.scrollLeft;
                    mouse.y = e.clientY + document.body.scrollTop +document.documentElement.scrollTop;
        }
        //重設(shè)差分值
        if(mouse.y>(height/2-50) && mouse.y<(height/2 +50)){
            initDiff = 1000;
            vPos = 1 + Math.floor((verNum - 2) * mouse.x / wid);
            diff[vPos] = initDiff;
        }
        console.log(mouse.x, mouse.y)
    }
    function draw(){
        //小矩形(其實(shí)是更大的矩形)
        ctx.save()
        ctx.fillStyle = color1
        ctx.beginPath()
        ctx.moveTo(0, height)
        ctx.lineTo(vertexes[0].x, vertexes[0].y)
        for(var i=1; i<vertexes.length; i++){
            ctx.lineTo(vertexes[i].x, vertexes[i].y)
        }
        ctx.lineTo(wid,height)
        ctx.lineTo(0,height)
        ctx.fill()
        ctx.restore()
        ctx.save()
        //大矩形
        ctx.fillStyle = color2;
        ctx.beginPath();
        ctx.moveTo(0, height);
        ctx.lineTo(vertexes[0].x, vertexes[0].y+5);
        for(var i=1; i<vertexes.length; i++){
            ctx.lineTo(vertexes[i].x, vertexes[i].y+5);
        }
        ctx.lineTo(wid, height);
        ctx.lineTo(0, height);
        ctx.fill();
        ctx.restore();
        ctx.save();

        ctx.fillStyle="#777";
        ctx.font="12px sans-serif";
        ctx.textBaseline="top";
        ctx.fillText("點(diǎn) 擊 液 體 表 面",70,canvas.height/2-20);
        ctx.fillStyle="#fff";
        ctx.fillText("方向鍵up和down改 變 液 體 粘 度",70,canvas.height/2+15);
        ctx.fillText("液體粘稠度粘稠度 / Viscosity: "+((limitd -20)).toFixed(2)+"%",wid/2.5,canvas.height-20);
        ctx.restore();
    }
    function update(){
        initDiff  -= initDiff * 0.9;
        diff[vPos] = initDiff ; 
        facter = 0.01
        //左側(cè)
        for(var i=vPos-1; i>0; i--){
            var d = vPos-i;
            if(d > limitd){
                d=limitd;
            }
            diff[i] -= (diff[i] - diff[i+1])*(1-facter*d);
        }
        //右側(cè)
        for(var i=vPos+1; i<verNum; i++){
            var d = i-vPos;
            if(d>limitd){
                d=limitd;
            }
            diff[i] -= (diff[i] - diff[i-1])*(1-facter*d);
        }
        //更新Y坐標(biāo)
        for(var i=0; i<vertexes.length; i++){
            vertexes[i].updateY(diff[i]);
        }

    }
    function keydownChangelimitd(e){
        //up
        if(e && e.keyCode== 38){
            limitd  = (limitd <80) ? ++limitd : 80
        }
        //down
        if(e && e.keyCode == 40){
            limitd = (limitd > 5) ? --limitd : 5
        }
    }
    //main
    (function drawframe(){
        //更新坐標(biāo)點(diǎn)
        ctx.clearRect(0, 0, wid, height)
        window.requestAnimationFrame(drawframe, canvas)
            update()
        draw()
    })()

</script>
</body>
</html>

試過了效果我來說明下代碼:

  • 核心代碼:差分方程的遞歸公式
diff[i] -= (diff[i] - diff[i+1])*(1-facter*d);
  • 每次點(diǎn)擊(click)后,這點(diǎn)擊的地方改變震蕩點(diǎn)的diff值晋涣。
if(mouse.y>(height/2-50) && mouse.y<(height/2 +50)){
    initDiff = 1000;
    vPos = 1 + Math.floor((verNum - 2) * mouse.x / wid);
    diff[vPos] = initDiff;
    }
  • 設(shè)置每個點(diǎn)的diff值仪媒,然后改變對應(yīng)點(diǎn)的Y坐標(biāo),核心理念就是n個小直線組成的震蕩谢鹊,只不過我們把每條直線的空隙去掉算吩,整體是矩形呈現(xiàn)
  • 增加趣味性,還加入了可控的小參數(shù)
function Vertex(x,y,baseY){
        this.baseY = baseY; //水紋基線
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.vy = 0;  //    豎直方向的速度
        this.targetY = 0; //目標(biāo)位置
        this.friction = 0.15;  //水的彈力
        this.deceleration = 0.95; //減緩力
    }
        
    Vertex.prototype.updateY = function(diffVal){
        this.targetY = diffVal + this.baseY;
        this.vy += (this.targetY - this.y);
        this.vy *= this.deceleration;
        this.y += this.vy * this.friction;
    }

大家可以試著更改下這些參數(shù)佃扼,曲線的頻度和幅度會有所改變~

  • 還有安利下window.requestAnimationFrame這個函數(shù)偎巢,在H5動畫里還是用這個,比setInterval好用,不會丟幀哦~

結(jié)語

最近入坑大數(shù)據(jù)兼耀,但苦于對于數(shù)學(xué)公式压昼,沒有直觀的圖形體現(xiàn),有點(diǎn)學(xué)不懂了瘤运,也好久沒做個demo出來了窍霞,所以來練練手,感受下數(shù)學(xué)之美拯坟,哈哈哈~

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