水波图

在项目中自己使用 Canvas 实现了一下水波图，在这里给大家分享一下它的实现原理。一开始看到波浪，可能不知道从何入手，我们来看看波浪的特征就会有灵感了。

没错，有人肯定会想到，就是 正余弦曲线！对于波陡很小的波动，一般选择正弦或余弦的曲线来表示波形，这是最简单而又最接近实际波形的表述。这里我选择了正弦曲线来实现。

在讲实现思路之前，我们来回忆一下正弦曲线的基础。

正弦曲线

正弦曲线公式：y = A sin(Bx + C) + D

振幅是 A，A 值越大，曲线更陡峭：

周期是 2π/B，B 值大于 1 时，B 值越大，周期越短，B 值小于 1 大于 0 时，周期变长：

相移是 −C/B，在 B 不变的情况，C 为正值时，曲线向左移动，C 为负值时，曲线向右移动：

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;

  <div className="content page">
    <canvas ref="canvas"></canvas>
  </div>;
}

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