前端算法之弹幕设计

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大家都说前端写页面较多,几乎用不到算法。本文愿从弹幕设计这个场景来描述算法在前端中的应用,我们先来看下实现效果:

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                                    图1.1 弹幕效果

开场之前我们先来描述弹幕开发的难度,再集中精力描述算法设计的思路。

  • 如何保证不同字号的弹幕不碰撞
  • 弹幕的位置计算
  • 弹幕的速度控制及动画实现
  • 弹幕与视频的同步

如何保证不同字号的弹幕不碰撞

如果弹幕采用相同的字号,碰撞的问题处理起来比较简单,只要考虑相邻弹幕的播放速度和偏移的位置就可以计算出来。然而使用不同字号的弹幕处理起来就麻烦了许多,弹幕的起始位置不可以线性的增加,比如第一行放了字幕,接下来的字幕可以按顺序从上至下依次放置即可。

弹幕的位置计算

只有设计好弹幕的初始位置,才可以动态、高效的管理不同字号弹幕的碰撞问题。打个比方,我们通过接口获取了2秒之内的弹幕数据1000条,每个字幕的长度、速度、字号都不同,怎么管理这些弹幕,示意图如下:

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                                图2.1 弹幕管理示意图

这是第一种情况,按照从上到啊的顺序依次摆放以后会有几个问题:

  1. 弹幕五、六、七该怎么计算位置,按top值循环取模+累加吗?
  2. 当弹幕一或者弹幕三足够长的时候,如何准时的跳过当前位置计算?
  3. 当前屏幕的弹幕播放结束,如何再计算的时候利用空出来的位置
  4. 空出的位置是否满足当前弹幕的高度
  5. ……

一系列问题就不统统列举出来了,基于这个背景我们结合数学建模的思维方式,找到了弹幕场景相似度非常高的机场运营。我们可以把弹幕当做飞机,每个时间段播放多少弹幕和机场每个时间段放飞多少飞机一个道理。

首都国际机场一共有3条跑道,两条4E级跑道、一条4F级跑道,2016年的吞吐量为9000万人次。它的运行机制就是所有飞机通过搭台有顺序的共用3条跑道来完成运输任务的。

同理,我们也设计了几个个角色:一个是轨道(跑道)、一个是调度(塔台)、一个是弹幕(飞机),我们为每个角色设计一个类分为为Track、Main、Bullet。

  • 轨道

    轨道这个角色很重要,它可以解决弹幕位置计算、速度控制、碰撞检测问题。
    首先,我们要来初始化轨道。通俗的说我们要修建几个跑道呢,我们不是实物,可以动态调整轨道的 数量,计算的原则:

    轨道数量 = 播放器有效高度 / 设备基准字号
    • 播放器有效高度:播放器的实际高度减去控制条的高度,因为弹幕不可以遮挡控制条。
    • 设备基准字号:移动端是10px,pc端是12px;
      为啥计算公式是这样的?因为我们要支持不同字号的弹幕。试想不同的字号对物理空间的占用是不同的,然而如果要求轨道的尺寸是动态的,那就带来很复杂的计算。本文提出“虚拟轨道”的概念,在交通管制中最常见的就是道路合并或者改向。我们也是采用将相邻的物理轨道临时合并为一条轨道。这样就可以轻松的解决不同字号的轨道占用问题。原理图如下:
      图片描述

                              图2.2 轨道计算示意图
      
      

其次我们来回忆下机场的工作流程:

  1. 机长呼叫塔台,CZ6132请求起飞

    • 目前跑道均被占用,请等待

      • N时刻后再次执行步骤1
    • 目前跑道 A1 空闲,准许进入

      • 执行步骤3
  2. 塔台查看跑道使用情况
  3. 进入跑道,起飞完成
  4. 机长通知塔台,本次起飞完成,释放跑道的占用
  5. 其他飞机同样执行上述步骤

按照这个思路,我们的弹幕工作流程:

  1. 弹幕进入播放器
  2. 轨道根据弹幕的播放速度、尺寸计算是否有合适的轨道提供

    • 没有

      • 通知弹幕尚无合适轨道提供,请等待;同时,弹幕队列中的其他弹幕依次执行步骤1
      • 执行步骤3
  3. 播放器加载弹幕DOM,开始播放,待播放完成
  4. 播放完成通知轨道更新轨道占用情况
  5. 其他弹幕同样执行上述步骤

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                            图2.3 轨道可用性计算示意图

关于轨道的基本原理我们整理清楚了,当然还有不少细节比如如何和调度通信、如何和弹幕通信以及虚拟轨道检测算法等。有兴趣的同学可以参考代码吧。https://github.com/bytedance/...

  • 弹幕
    弹幕基本是实现“飞机”的角色,我们要求它具有自身的属性和方法。比如调度中心通过id能拿到它所有的基本信息,轨道控制也可以通过弹幕进行检查和更新。当然弹幕也必须具备状态自动更新、移动、播放结束通知、自动销毁等功能。
  • 调度

    调度就是搭台的化身,承接着轨道、弹幕的控制,也保持着与播放器的步调一致。它的职责如下:
    1. 播放器交互控制
    2. 弹幕队列控制
    3. 自身状态更新
    4. 数据格式转换
    5. 动画执行
      还是直接用流程图来描述更直接些:

      图片描述

在弹幕启动之后,首先要检查本地是否已有缓存数据,没有的话直接请求数据并缓存,然后执行数据读取,首次过滤数据进入弹幕队列,同时启动定时器。弹幕队列的数据会定期请求轨道,检测队列里的弹幕是否可以进入,一旦确认后轨道做好登记,弹幕就可以进入播放器开启动画播放了。定时器每隔2秒就会再次更新数据进入到弹幕队列(这块不同的业务可以定制不同的规则)。弹幕播放结束后会通知调度和轨道,调度会在弹幕队列中移除该弹幕实例,轨道也会移除该弹幕实例的轨道占用。

所有代码实现来自带解析器、能节省流量的西瓜播放器, Github


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低调的二吉 · 7月24日

大神你好,请问你了解H5播放器如何进行前置广告和暂停广告的实现吗??有没有这方面的文章推荐下。

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这块还没有遇到文章分享,我们未来会做,可以关注我们的播放器https://github.com/bytedance/...

快乐动起来 作者 · 7月24日
zhangzs000 · 11月8日

快乐动起来,我们公司和你们公司一栋楼。哈哈哈哈

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什么公司呢

快乐动起来 作者 · 11月8日
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