《每周一点canvas动画》——森林与星海

每周一点canvas动画代码文件

在上一节《每周一点canvas动画》——3D物理效果中，我们介绍了3维环境下的速度与加速度效果。这一节，我们继续介绍另外两个物理效果：重力和屏幕环绕。

一、重力

三维系统中实现重力效果的方式与二维的情况一样，设定一个重力值，比如g=0.2。然后，在动画循环中将它作用于物体竖直方向的速度上。虽然原理上没有什么大的变化，但是多了一个维度实现出来的效果确实相当具有视觉冲击力的。ok，一图胜千言，与其在这听我嘚吧嘚吧嘚，还不如直接上个效果图。

在动画中，我们为小球的下落设置了一个边界——相当于地面，并与反弹的效果结合在一起，当小球触碰到地面发生反弹。与二维系统中的效果如出一辙。下面是核心代码，具体代码请看gravity.html：

    。。。
    function move(ball){
        ball.vy += gravity;   //重力加速度
        
        ball.xpos += ball.vx;
        ball.ypos += ball.vy;
        ball.zpos += ball.vz;
               
         if (ball.ypos > floor) {  //触地反弹
               ball.ypos = floor;
               ball.vy *= bounce;
             }
         if(ball.zpos > -fl){   //3维场景设置
            var scale = fl/(fl + ball.zpos);
            ball.scaleX = ball.scaleY = scale;
            ball.x = vpX + ball.xpos * scale;
            ball.y = vpY + ball.ypos * scale;
            ball.visible = true;
         }else{
             ball.visible = false;
         }
 }
 。。。

二、屏幕环绕

屏幕环绕是我们今天的重头戏，与二维环境中的概念一样。所谓屏幕环绕就是从屏幕的这端消失，相应的从屏幕的另一边出来。对应到三维的环境中，我们就多了一个纬度的选择。下面我们介绍第一个效果——森林

1. hello！树先生

绘制森林前我们要做的第一个准备工作是绘制森林的基本组成单元——tree。在这里我提供了3个树的类文件。

1. tree.js ——简单树
2. binaryTree.js ——二叉树
3. natureTree.js ——自然树

与球类文件的引入和使用方式一样,下面我们展示一下三种文件的绘制效果。

1.简单树

简单树的绘制效果如图所示，如果你想要让它的枝条更多，再多加两条树枝就可以了。类文件tree.js,没有什么特别的，只是用到简单的lineTo,moveTo 等API。

2.二叉树

二叉树的类文件名为binaryTree.js。与简单树的原理不一样，二叉树的原理是采用递归的方法实现树枝与树干的绘制。绘制效果如图：

具体代码如下：

/* gen: 树枝的节点代数，默认是6个节点*/
/* angle: 每次在节点树枝的旋转角度*/
/* branchLength: 树枝的长度*/

function Tree(color, angle, genNum, branchLength){
    this.x = 0;
    this.y = 0;
    this.xpos = 0;
    this.ypos = 0;
    this.zpos = 0
    this.scaleX = 0.85;
    this.scaleY = 0.85;
    this.gen = 0;
    this.alpha = 1;
    this.color = utils.parseColor(color);
    this.angle = (angle === undefined) ? 0.3 : angle;
    this.genNum = (genNum === undefined) ? 6 : genNum;
    this.branchLength = (branchLength === undefined) ? 40 : branchLength;
    
}

Tree.prototype.draw = function(ctx){
    ctx.save()
    ctx.translate(this.x, this.y);
    this.branch(ctx, 0);           //初始角度为0， 绘制树干
    ctx.restore();
}

Tree.prototype.branch= function(ctx, initAngle){
    this.gen++;
    ctx.save();
    ctx.strokeStyle = this.color;
    ctx.rotate(initAngle);
    ctx.scale(this.scaleX, this.scaleY);

    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(0, 0);
    ctx.translate(0, -this.branchLength);
    ctx.lineTo(0, 0);
    ctx.stroke();

    if(this.gen <= this.genNum){       //判断当前的节点代数是否大于设置的节点数
        this.branch(ctx, this.angle);   //画右边树枝
        this.branch(ctx, -this.angle);  //画左侧树枝
    }
    ctx.restore();

    this.gen--;
}

二叉树的造型已经与我们现实中的树木结构有相似之处了。下一步我们就通过这种绘制二叉树的方法来实现自然树。

3.自然树

自然树的原理与二叉树的原理完全一样，不同之处在于对树枝的分叉设置了更多的随机性。也就是说，不会像我们上面看到的一样，树枝的分叉那么有对称性。并且，在树枝的末端绘制树叶。ok,下面展示一下用canvas绘制的艺术品。

怎么样，帅气吧！是不是跟真的树一模一样。代码有点长，我在这就不列出来了，具体代码请查看binaryTree.js。如果你想体验不同的绘制效果请查看natureTree.html。在这个文件中，你可以对一些主要的参数进行控制来实现不同的绘制效果。

2.无限森林

无限森林的效果，就是使用屏幕环绕的原理。当物体的z轴坐标超过设定的位置就回到初始位置。下面我们看看效果图。为了让动画的效果更流畅，我们采用第一种简单树来做，请各位看官原谅我的渣电脑实在是太老旧了。

如果你的电脑配置不错，可以换成其他两种树试试。效果一定更好哦！核心代码如下：

...
function move (tree) {
        tree.xpos += vx;
        tree.ypos += vy;
        tree.zpos += vz;
          
        if(tree.ypos < floor){  //让树的Y轴坐标落在设置好的地面上
            tree.ypos = floor;
        }
        
        if (tree.zpos < -fl) {  //如果z坐标超出了屏幕回到一个老远的位置
          tree.zpos += 10000;
        }
        if (tree.zpos > 10000 - fl) {  //如果z轴的坐标超过了我们设置的距离，
                                         让它回到一个近的位置
          tree.zpos -= 10000;
        }
                                        //3维环境设置
        var scale = fl / (fl + tree.zpos);
        tree.scaleX = tree.scaleY = scale;
        tree.x = vpX + tree.xpos * scale;
        tree.y = vpY + tree.ypos * scale;
        tree.alpha = scale;
      }
...

森林的运动通过键盘的方向键来控制。具体代码请查看tree-2.html。

3.星海

星海使用的还是我们的球类文件，不同之处在于球体的着色上使用的是canvas的放射渐变来形成光晕效果。具体代码请看ball3d-s.js

...
var gradient = context.createRadialGradient(0, 0, 0, 0, 0, this.radius );
    gradient.addColorStop(0,"rgba(255,255,255,1)");
    gradient.addColorStop(0.2,"rgba(0,255,255,1)");
    gradient.addColorStop(0.3,"rgba(0,0,100,1)");
    gradient.addColorStop(1,"rgba(0,0,0,0.1)");
    context.fillStyle = gradient;
...

效果图如下：

默认情况下，小球是有一个竖直向上的速度，通过方向键来控制作用于球体上的加速度，以此来达到物体运动的效果。代码基本上没有变化，在这我就不列举了。详细代码请查看star.html

本节的内容到这就结束了，下一节，我们介绍3维环境下的旋转与碰撞。