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AudioContext技术和音乐可视化（2）

日期：2018-11-08点击：535

Intro

转载请注明来源，可以在测试博客查看完成效果。

本篇讲述如何绘制动态的星空，其实关联到频域数据已经没什么悬念了。

一、使用Canvas绘图

1.1 位置和大小

绘制背景的第一要务便是把canvas元素放置在背景这一层次上，避免遮盖其他元素。

对我而言，个人习惯用css来设置大小和位置，用html来确定渲染顺序而不是z-index。

下面是html代码。

<html> <body> <canvas id="background-canvas"></canvas> <!-- other elements --> </body> </html>

下面是css代码。

#background-canvas { position: fixed; left: 0; top: 0; width: 100vw; height: 100vh; background-color: black; }

fixed确保拖动页面不会令背景也跟随移动。

其余部分我想应该没什么有疑问的地方。

1.2 CanvasContext2D

对于canvas元素的绘图操作我想很多人应该接触过。

以绘制圆形为例，使用如下代码。

const canvas = document.getElementById("background-canvas"); const ctx = canvas.getContext("2d"); ctx.fillStyle='#fff'; ctx.beginPath(); ctx.arc(100,100,50,0,Math.PI*2); // 参数分别为坐标x,y,半径，起始弧度，结束弧度 ctx.fill();

这样就画完了一个实心圆。

需要注意，canvas的大小通过css设置可能导致画面被拉伸变形模糊，所以最好的办法是绘制前确定一下canvas的大小。

此外需要注意的是，重置大小会导致画面清空，用这种方式可以替代fillRect或者clearRect，有的浏览器平台更快但也有浏览器更慢。可以查阅这篇博文来参考如何提升canvas绘图性能。

fillStyle可以使用css的颜色代码，也就是说我们可以写下诸如rgba、hsla之类的颜色，这给我们编写代码提供了很多方便。

1.3 绘制星星

星空是由星星组成的这显然不用多说了，先来看如何绘制单个星星。

星星的绘制方法很多，贴图虽然便利但显然不够灵活，我们的星星是要随节奏改变亮度和大小的，利用贴图的话就只能在alpha值和drawImage缩放来处理了。虽然是一种不错的办法，不过这里我使用了RadialGradient来控制绘图。

PS：RadialGradient 的性能比较差，大量使用会导致明显的性能下降，这是一个显著降低绘制效率的地方。

那么，我们先画一个圆（加点细节预警）。

const canvas = document.getElementById("background-canvas"); const ctx = canvas.getContext("2d"); // 确保不会变形 canvas.width = canvas.offsetWidth; canvas.height = canvas.offsetHeight; // 参数分别为起始坐标x,y,半径，结束坐标x,y,半径 const gradient = ctx.createRadialGradient(100, 100, 0, 100, 100, 50); gradient.addColorStop(0.025, "#fff"); // 中心的亮白色 gradient.addColorStop(0.1, "rgba(255, 255, 255, 0.9)"); // 核心光点和四周的分界线 gradient.addColorStop(0.25, "hsla(198, 66%, 75%, 0.9)"); // 核心亮点往四周发散的蓝光 gradient.addColorStop(0.75, "hsla(198, 64%, 33%, 0.4)"); // 蓝光边缘 gradient.addColorStop(1, "hsla(198, 64%, 33%, 0)"); // 淡化直至透明 ctx.fillStyle = gradient; ctx.beginPath(); ctx.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI * 2); ctx.fill();

可以在codepen查看效果或直接编辑你的星（圈）星（圈）。

看上去还不错？

让我们用代码控制它的亮度和大小。

const canvas = document.getElementById("background-canvas"); const ctx = canvas.getContext("2d"); // 确保不会变形 canvas.width = canvas.offsetWidth; canvas.height = canvas.offsetHeight; // 通过energy控制亮度和大小 let energy = 255; let radius = 50; let energyChangeRate = -1; function draw() { requestAnimationFrame(draw); // 定时绘制，requestAnimationFrame比setTimeout更好。 energy += energyChangeRate; // 见过呼吸灯吧？我们让它变亮~再变暗~反复循环~ if (energy <= 0 || energy >= 255) energyChangeRate = -energyChangeRate; // 计算出当前的大小 const r = radius + energy * 0.1; // 清空屏幕 ctx.fillStyle = "black"; ctx.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // 参数分别为起始坐标x,y,半径，结束坐标x,y,半径 const gradient = ctx.createRadialGradient(100, 100, 0, 100, 100, r); gradient.addColorStop(0.025, "#fff"); // 中心的亮白色 gradient.addColorStop(0.1, "rgba(255, 255, 255, 0.9)"); // 核心光点和四周的分界线 gradient.addColorStop(0.25, `hsla(198, 66%, ${Math.min(75+energy*0.01,100)}%, 0.9)`); // 核心亮点往四周发散的蓝光 gradient.addColorStop(0.75, `hsla(198, 64%, ${Math.min(33+energy*0.01,100)}%, 0.4)`); // 蓝光边缘 gradient.addColorStop(1, "hsla(198, 64%, 33%, 0)"); // 淡化直至透明 ctx.fillStyle = gradient; ctx.beginPath(); ctx.arc(100, 100, r, 0, Math.PI * 2); ctx.fill(); } draw();

可以在codepen查看并编辑效果。

1.4 封装星星

通常来说粒子系统不大会把单个粒子封装成类，因为函数调用的开销还是蛮大的。。。

不过在这里我们这里就先这样了，方便理解和阅读。渲染的瓶颈解决之前，粒子函数调用这点开销根本不是回事儿。

const canvas = document.getElementById("background-canvas"); const ctx = canvas.getContext("2d"); // 确保不会变形 canvas.width = canvas.offsetWidth; canvas.height = canvas.offsetHeight; // 用javascript原生的class而不是prototype class Star { constructor(x, y, radius, lightness) { this.radius = radius; this.x = x; this.y = y; this.lightness; } draw(ctx, energy) { // 计算出当前的大小 const r = this.radius + energy * 0.1; // 参数分别为起始坐标x,y,半径，结束坐标x,y,半径 const gradient = ctx.createRadialGradient( this.x, this.y, 0, this.x, this.y, r ); gradient.addColorStop(0.025, "#fff"); // 中心的亮白色 gradient.addColorStop(0.1, "rgba(255, 255, 255, 0.9)"); // 核心光点和四周的分界线 gradient.addColorStop( 0.25, `hsla(198, 66%, ${Math.min(75 + energy * 0.01, 100)}%, 0.9)` ); // 核心亮点往四周发散的蓝光 gradient.addColorStop( 0.75, `hsla(198, 64%, ${Math.min(33 + energy * 0.01, 100)}%, 0.4)` ); // 蓝光边缘 gradient.addColorStop(1, "hsla(198, 64%, 33%, 0)"); // 淡化直至透明 ctx.fillStyle = gradient; ctx.beginPath(); ctx.arc(this.x, this.y, r, 0, Math.PI * 2); ctx.fill(); } } const star = new Star(100, 100, 50); let energy = 255; let energyChangeRate = -1; // 渲染函数来循环渲染！ function render() { requestAnimationFrame(render); energy += energyChangeRate; if (energy <= 0 || energy >= 255) energyChangeRate = -energyChangeRate; // 清空屏幕 ctx.fillStyle = "black"; ctx.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); star.draw(ctx, energy); } // 开始渲染动画！ render();

可以在codepen查看代码效果。

完成！

1.5 银河

绘制银河的核心在于随机分布的星星绕着同一中心点旋转，分为两步来讲，第一步是随机分布，这很简单，用Math.random就好了。

// star 部分略 class Galaxy { constructor(canvas) { this.stars = []; this.canvas = canvas; this.ctx = canvas.getContext("2d"); this.energy = 255; this.energyChangeRate = -2; } init(num) { for (let i = 0; i < num; i++) { this.stars.push( // 随机生成一定数量的星星，初始化星星位置和大小。 new Star( Math.random() * this.canvas.width, Math.random() * this.canvas.height, Math.random() * 10 + 1, Math.random() * 30 + 33 ) ); } } render() { this.energy += this.energyChangeRate; if (this.energy <= 0 || this.energy >= 255) this.energyChangeRate = -this.energyChangeRate; // 清空屏幕 this.ctx.fillStyle = "black"; this.ctx.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); for (const star of this.stars) { star.draw(this.ctx, this.energy); } } } const canvas = document.getElementById("background-canvas"); // 确保不会变形 canvas.width = canvas.offsetWidth; canvas.height = canvas.offsetHeight; const galaxy = new Galaxy(canvas); galaxy.init(50); function render() { requestAnimationFrame(render); galaxy.render(); } render();

可以在codepen查看效果和完整代码。

1.6 旋转起来！

【加点细节预警】

接下来我们为星星准备轨道参数，让它们动起来！

首先修改Star类，加入几个字段。

class Star { constructor(x, y, radius, lightness, orbit, speed, t) { this.radius = radius; this.x = x; this.y = y; this.lightness; this.orbit = orbit; // 轨道 this.speed = speed; // 运动速度 this.t = t; // 三角函数x轴参数，用 sin/cos 组合计算位置 } // 下略 }

修改初始化代码。

// 前略 init(num) { const longerAxis = Math.max(this.canvas.width, this.canvas.height); const diameter = Math.round( Math.sqrt(longerAxis * longerAxis + longerAxis * longerAxis) ); const maxOrbit = diameter / 2; for (let i = 0; i < num; i++) { this.stars.push( // 随机生成一定数量的星星，初始化星星位置和大小。 new Star( Math.random() * this.canvas.width, Math.random() * this.canvas.height, Math.random() * 10 + 1, Math.random() * 30 + 33, Math.random() * maxOrbit, // 随机轨道 Math.random() / 1000, // 随机速度 Math.random() * 100 // 随机位置 ) ); } // 后略

然后在Galaxy里加入控制移动的代码。

move() { for (const star of this.stars) { console.log(star.orbit) star.x = this.canvas.width/2+ Math.cos(star.t) * star.orbit; star.y = this.canvas.height/2+ Math.sin(star.t) * star.orbit/2; star.t += star.speed; }

然后每一帧进行移动！

function render() { requestAnimationFrame(render); galaxy.render(); galaxy.move(); // 动起来！ }

大功告成！

在codepen查看完整源码！

1.7 待续

PS：不保证粘贴的代码都能跑，反正codepen上是都能的。

原文链接：https://my.oschina.net/u/3888259/blog/2873868
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