Canvas制作水波图实现原理

2501_90252669

于 2025-01-20 16:08:57 发布

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2501_90252669/article/details/145264771

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垂直位移是 D，控制曲线上下移动：

实现思路

了解了正弦曲线的一些属性，我们可以把这些属性来控制波浪，

振幅：控制波浪的高度
周期：控制波浪的宽度
相移：控制波浪的水平移动
垂直位移：控制水位的高度

动画效果的实现主要是利用相移，通过不断水平移动曲线，产出波浪移动的感觉，然后可以绘制多条曲线，曲线之间通过控制属性（高度、宽度、移动速度），产生视觉差，就会有波浪起伏的感觉了。有了这些思路，我们来慢慢实现。

曲线绘制

初始化，定义 Canvas 的宽高：

componentDidMount() {

const self = this;

const canvas = this.refs.canvas;

canvas.height = 500;

canvas.width = 500;

this.canvas = canvas;

this.canvasWidth = canvas.width;

this.canvasHeight = canvas.height;

const ctx = canvas.getContext(‘2d’);

this.drawSin(ctx);

}

render() {

return (

);

}

根据定义波浪的参数配置，通过公式：y = 波浪高度 * sin(x * 波浪宽度 + 水平位移)，来绘制正弦曲线：

drawSin(ctx) {

const points = [];

const canvasWidth = this.canvasWidth;

const canvasHeight = this.canvasHeight;

const startX = 0;

const waveWidth = 0.05; // 波浪宽度,数越小越宽

const waveHeight = 20; // 波浪高度,数越大越高

const xOffset = 0; // 水平位移

ctx.beginPath();

for (let x = startX; x < startX + canvasWidth; x += 20 / canvasWidth) {

const y = waveHeight * Math.sin((startX + x) * waveWidth + xOffset);

points.push([x, (canvasHeight / 2) + y]);

ctx.lineTo(x, (canvasHeight / 2) + y);

}

ctx.lineTo(canvasWidth, canvasHeight);

ctx.lineTo(startX, canvasHeight);

ctx.lineTo(points[0][0], points[0][1]);

ctx.stroke();

}

曲线绘制完，这时曲线是静态的，如何让它动起来？前面思路提到，可以通过不断改变水平偏移（xOffset），让曲线水平移动，即可产生动态的效果。

componentDidMount() {

…

this.xOffset = 0; // 初始偏移

this.speed = 0.1; // 偏移速度

requestAnimationFrame(this.draw.bind(this, canvas));

}

draw() {

const canvas = this.canvas;

const ctx = canvas.getContext(‘2d’);

ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

// 曲线绘制

this.drawSin(ctx, this.xOffset);

this.xOffset += this.speed;

requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));

}

drawSin(ctx, xOffset = 0) {

…

}

球型绘制

现在我们雏形已经出来了，曲线和动态效果已经实现，上面可以看成是水装在一个长方体上，如果让水装在一个球体上？

这里我们用到了 Canvas 的 clip() 方法来定义剪切区域，定义了剪切区域后，浏览器会将所有的绘图操作都限制在本区域内执行，所以我们可以先画一个圆，定义后面绘制的区域只能在这个圆的区域内，超出部分就不显示，这样就能形成浪在一个球体中的效果了。

draw() {

…

if (!this.isDrawCircle) {

this.drawCircle(ctx);

}

this.drawSin(ctx, this.xOffset);

this.xOffset += this.speed;

requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));

}

drawCircle(ctx) {

const r = this.canvasWidth / 2;

const lineWidth = 5;

const cR = r - (lineWidth);

ctx.lineWidth = lineWidth;

ctx.beginPath();

ctx.arc(r, r, cR, 0, 2 * Math.PI);

ctx.stroke();

ctx.clip();

this.isDrawCircle = true;

}

水位控制

是不是有点感觉了，目前还差一点，就是控制水位，也就是映射到数据的百分比。前面如果有留意的话，会发现正弦曲线 y 坐标的计算，最后会加上 canvasHeight / 2 ，其实这里就是设置水位了。

我们来看看：y = A sin(Bx + C) + D，曲线的高度有 A 和 D 决定，A 控制波浪的高度，实际水位还是由 D 来控制。

水位的高度，在可视化上含义就是数据的百分比，假设目前的百分比80%，水位的高度就 canvasHeight * 0.8，映射到坐标系统 y 的坐标就是 canvasHeight * (1 - 0.8)。（坐标原点在左上角）。在动画效果上除了正弦曲线的水平移动，我们加上水位上升的动效：

componentDidMount() {

…

this.xOffset = 0;

this.speed = 0.1;

// 水位数值

this.rangeValue = 0.6;

// 初始水位

this.nowRange = 0;

requestAnimationFrame(this.draw.bind(this, canvas));

}

draw() {

…

this.drawSin(ctx, this.xOffset, this.nowRange);

this.xOffset += this.speed;

if (this.nowRange < this.rangeValue) {

this.nowRange += 0.01;

}

requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));

}

drawCircle(ctx) {

…

}

drawSin(ctx, xOffset = 0, nowRange = 0) {

…

for (let x = startX; x < startX + canvasWidth; x += 20 / canvasWidth) {

const y = waveHeight * Math.sin((startX + x) * waveWidth + xOffset);

points.push([x, (1 - nowRange) * canvasHeight + y]);

ctx.lineTo(x, (1 - nowRange) * canvasHeight + y);

}

…

}

最终效果

最后我们加上颜色，再加多一条正弦曲线，就会有波浪起伏的感觉了。

在上面球型绘制的时候，我们用到剪切区域的方法来实现，有些人肯定会想到，这时我不用圆去裁切，而是用其他形状，就可以创造出水在各种容器的效果了。

源代码：https://github.com/beyondxgb/wave-demo

关于本文作者：@止战之殇原文：https://juejin.im/post/6844903640537235470