用 Canvas 编织璀璨星空图

先来看看最终的效果：

GitHub项目: CyandevToys / ParticleWeb
是不是还蛮酷的呢？本文我们就来一点一点分析怎么实现它！

分析

首先我们看看这个效果具体有那些要点。首先，这么炫酷的效果肯定是要用到 Canvas 了，每个星星可以看作为一个粒子，因此，整个效果实际上就是粒子系统了。此外，我们可以发现每个粒子之间是相互连接的，只不过离的近的粒子之间的连线较粗且透明度较低，而离的远的则相反。

开始 Coding

HTML部分

这部分我就简单放了一个 canvas 标签，设置样式使其填充全屏。

<canvas height= "620" width= "1360" id= "canvas" style= "position: absolute; height: 100%;" ></canvas>

然后为了让所有元素没有间距和内补，我还加了一条全局样式：

<style>

* {

margin : 0 ;

padding : 0 ;

}

</style>

JavaScript 部分

下面我们来写核心的代码。首先我们要得到那个 canvas 并得到绘制上下文：

var canvasEl = document.getElementById( 'canvas' );

var ctx = canvasEl.getContext( '2d' );

var mousePos = [0, 0];

紧接着我们声明两个变量，分别用于存储“星星”和边：

var nodes = [];

var edges = [];

下一步，我们做些准备工作，就是让画布在窗口大小发生变化时重新绘制，并且调整自身分辨率：

window.onresize = function () {

canvasEl.width = document.body.clientWidth;

canvasEl.height = canvasEl.clientHeight;

if (nodes.length == 0) {

constructNodes();

}

render();

};

window.onresize(); // trigger the event manually.

我们在第一次修改大小后构建了所有节点，这里就要用到下一个函数（constructNodes）了

这个函数中我们随机创建几个点，我们用字典对象的方式存储这些点的各个信息：

function constructNodes() {

for ( var i = 0; i < 100; i++) {

var node = {

drivenByMouse: i == 0,

x: Math.random() * canvasEl.width,

y: Math.random() * canvasEl.height,

vx: Math.random() * 1 - 0.5,

vy: Math.random() * 1 - 0.5,

radius: Math.random() > 0.9 ? 3 + Math.random() * 3 : 1 + Math.random() * 3

};

nodes.push(node);

}

nodes.forEach( function (e) {

nodes.forEach( function (e2) {

if (e == e2) {

return ;

}

var edge = {

from: e,

to: e2

}

addEdge(edge);

});

}

为了实现后面一个更炫酷的效果，我给第一个点加了一个 drivenByMouse 属性，这个点的位置不会被粒子系统管理，也不会绘制出来，但是它会与其他点连线，这样就实现了鼠标跟随的效果了。

这里稍微解释一下 radius 属性的取值，我希望让绝大部分点都是小半径的，而极少数的点半径比较大，所以我这里用了一点小 tricky，就是用概率控制点的半径取值，不断调整这个概率阈值就能获取期待的半径随机分布。

点都构建完毕了，就要构建点与点之间的连线了，我们用到双重遍历，把两个点捆绑成一组，放到 edges 数组中。注意这里我用了另外一个函数来完成这件事，而没有直接用 edges.push() ，为什么？

假设我们之前连接了 A、B两点，也就是外侧循环是A，内侧循环是B，那么在下一次循环中，外侧为B，内侧为A，是不是也会创建一条边呢？而实际上，这两个边除了方向不一样以外是完全一样的，这完全没有必要而且占用资源。因此我们在 addEdge 函数中进行一个判断：

function addEdge(edge) {

var ignore = false ;

edges.forEach( function (e) {

if (e.from == edge.from && e.to == edge.to) {

ignore = true ;

}

if (e.to == edge.from && e.from == edge.to) {

ignore = true ;

}

});

if (!ignore) {

edges.push(edge);

}

至此，我们的准备工作就完毕了，下面我们要让点动起来：

function step() {

nodes.forEach( function (e) {

if (e.drivenByMouse) {

return ;

}

e.x += e.vx;

e.y += e.vy;

function clamp(min, max, value) {

if (value > max) {

return max;

} else if (value < min) {

return min;

} else {

return value;

}

if (e.x <= 0 || e.x >= canvasEl.width) {

e.vx *= -1;

e.x = clamp(0, canvasEl.width, e.x)

}

if (e.y <= 0 || e.y >= canvasEl.height) {

e.vy *= -1;

e.y = clamp(0, canvasEl.height, e.y)

}

});

adjustNodeDrivenByMouse();

render();

window.requestAnimationFrame(step);

}

function adjustNodeDrivenByMouse() {

nodes[0].x += (mousePos[0] - nodes[0].x) / easingFactor;

nodes[0].y += (mousePos[1] - nodes[0].y) / easingFactor;

}

看到这么一大段代码不要害怕，其实做的事情很简单。这是粒子系统的核心，就是遍历粒子，并且更新其状态。更新的公式就是

v = v + a

s = s + v

a是加速度，v是速度，s是位移。由于我们这里不涉及加速度，所以就不写了。然后我们需要作一个边缘的碰撞检测，不然我们的“星星”都无拘无束地一点点飞～走～了～。边缘碰撞后的处理方式就是让速度矢量反转，这样粒子就会“掉头”回来。

还记得我们需要做的鼠标跟随吗？也在这处理，我们让第一个点的位置一点一点移动到鼠标的位置，下面这个公式很有意思，可以轻松实现缓动：

x = x + (t - x) / factor

其中 factor 是缓动因子，t 是最终位置，x 是当前位置。至于这个公式的解释还有个交互大神 Bret Victor 在他的演讲中提到过，视频做的非常好，有条(ti)件(zi)大家一定要看看：

Bret Victor – Stop Drawing Dead Fish

好了，回到主题。我们在上面的函数中处理完了一帧中的数据，我们要让整个粒子系统连续地运转起来就需要一个timer了，但是十分不提倡大家使用setInterval，而是尽可能使用requestAnimationFrame，它能保证你的帧率锁定在 <= 60 fps ，不至于爆掉你的浏览器。函数参数即为回调函数，看起来有点像递归调用，但实际上，浏览器内部处理是将这个回调函数先入事件列队，等所有绘制计算工作完毕后再从列队中取出执行，十分高效。剩下的就是绘制啦：

function render() {

ctx.fillStyle = backgroundColor;

ctx.fillRect(0, 0, canvasEl.width, canvasEl.height);

edges.forEach( function (e) {

var l = lengthOfEdge(e);

var threshold = canvasEl.width / 8;

if (l > threshold) {

return ;

}

ctx.strokeStyle = edgeColor;

ctx.lineWidth = (1.0 – l / threshold) * 2.5;

ctx.globalAlpha = 1.0 – l / threshold;

ctx.beginPath();

ctx.moveTo(e.from.x, e.from.y);

ctx.lineTo(e.to.x, e.to.y);

ctx.stroke();

});

ctx.globalAlpha = 1.0;

nodes.forEach( function (e) {

if (e.drivenByMouse) {

return ;

}

ctx.fillStyle = nodeColor;

ctx.beginPath();

ctx.arc(e.x, e.y, e.radius, 0, 2 * Math.PI);

ctx.fill();

});

}

常规的 Canvas 绘图操作，注意beginPath 一定要调用，不然你的线就全部穿在一起了… 需要说明的是，在绘制边的时候，我们先要计算两点距离，然后根据一个阈值来判断是否要绘制这条边，这样我们才能实现距离远的点之间连线不可见的效果。

到这里，我们的整个效果就完成了。如果不明白大家也可以去我文章开头放的 repo 离去看完整的源码。Have fun!!

原文地址：http://www.jianshu.com/p/f5c0f9c4bc39#