一起用 HTML5 Canvas 做一个简单又骚气的粒子引擎

前言

好吧，说是“粒子引擎”还是大言不惭而标题党了，离真正的粒子引擎还有点远。废话少说，先看[demo]，扫描后点击屏幕有惊喜哦...

本文将教会你做一个简单的canvas粒子制造器（下称引擎）。

世界观

这个简单的引擎里需要有三种元素：世界(World)、发射器(Launcher)、粒子(Grain)。总得来说就是：发射器存在于世界之中，发射器制造粒子，世界和发射器都会影响粒子的状态，每个粒子在经过世界和发射器的影响之后，计算出下一刻的位置，把自己画出来。

世界(World)

所谓“世界”，就是全局影响那些存在于这这个“世界”的粒子的环境。一个粒子如果选择存在于这个“世界”里，那么这个粒子将会受到这个“世界”的影响。

发射器(Launcher)

用来发射粒子的单位。他们能控制粒子生成的粒子的各种属性。作为粒子们的爹妈，发射器能够控制粒子的出生属性：出生的位置、出生的大小、寿命、是否受到“World”的影响、是否受到"Launcher"本身的影响等等……

除此之外，发射器本身还要把自己生出来的已经死去的粒子清扫掉。

粒子(Grain)

最小基本单位，就是每一个骚动的个体。每一个个体都拥有自己的位置、大小、寿命、是否受到同名度的影响等属性，这样才能在canvas上每时每刻准确描绘出他们的形态。

粒子绘制主逻辑

上面就是粒子绘制的主要逻辑。

我们先来看看世界需要什么。

创造一个世界

不知道为什么我理所当然得会想到世界应该有重力加速度。但是光有重力加速度不能表现出很多花样，于是这里我给他增加了另外两种影响因素：热气和风。重力加速度和热气他们的方向是垂直的，风影响方向是水平的，有了这三个东西，我们就能让粒子动得很风骚了。

一些状态（比如粒子的存亡）的维护需要有时间标志，那么我们把时间也加入到世界里吧，这样方便后期做时间暂停、逆流的效果。

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define(function(require, exports, module) {
   var Util = require('./Util');
   var Launcher = require('./Launcher');

   /**
    * 世界构造函数
    * @param config
    *          backgroundImage     背景图片
    *          canvas              canvas引用
    *          context             canvas的context
    *
    *          time                世界时间
    *
    *          gravity             重力加速度
    *
    *          heat                热力
    *          heatEnable          热力开关
    *          minHeat             随机最小热力
    *          maxHeat             随机最大热力
    *
    *          wind                风力
    *          windEnable          风力开关
    *          minWind             随机最小风力
    *          maxWind             随机最大风力
    *
    *          timeProgress        时间进步单位，用于控制时间速度
    *          launchers           属于这个世界的发射器队列
    * @constructor
    */
    function World(config){
    //太长了，略去细节
    }
    World.prototype.updateStatus = function(){};
    World.prototype.timeTick = function(){};
    World.prototype.createLauncher = function(config){};
    World.prototype.drawBackground = function(){};
    module.exports = World;
 });

大家都知道，画动画就是不断得重画，所以我们需要暴露出一个方法，提供给外部循环调用:

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 /**
  * 循环触发函数
  * 在满足条件的时候触发
  * 比如RequestAnimationFrame回调，或者setTimeout回调之后循环触发的
  * 用于维持World的生命
  */

World.prototype.timeTick = function(){

    //更新世界各种状态
    this.updateStatus();

    this.context.clearRect(0,0,this.canvas.width,this.canvas.height);
    this.drawBackground();

    //触发所有发射器的循环调用函数
    for(var i = 0;i

这个 timeTick 方法在外部循环调用时，每次都做着这几件事：
更新世界状态
清空画布重新绘制背景
轮询全世界所有发射器，并更新它们的状态，创建新的粒子，绘制粒子

那么，世界的状态到底有哪些要更新？
显然，每一次都要让时间往前增加一点是容易想到的。其次，为了让粒子尽可能动得风骚，我们让风和热力的状态都保持不稳定——每一阵风和每一阵热浪，都是你意识不到的~
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World.prototype.updateStatus = function(){ this.time+=this.timeProgress; this.wind = Util.randomFloat(this.minWind,this.maxWind); this.heat = Util.randomFloat(this.minHeat,this.maxHeat); };
世界造出来了，我们还得让世界能造粒子发射器呀，要不然怎么造粒子呢~
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World.prototype.createLauncher = function(config){ var _launcher = new Launcher(config); this.launchers.push(_launcher); };
好了，做为上帝，我们已经把世界打造得差不多了，接下来就是捏造各种各样的生灵了。

捏出第一个生物：发射器
发射器是世界上的第一种生物，依靠发射器才能繁衍出千奇百怪的粒子。那么发射器需要具备什么特征呢？
首先，它是属于哪个世界的得搞清楚（因为这个世界可能不止一个世界）。
其次，就是发射器本身的状态：位置、自身体系内的风力、热力，可以说：发射器就是一个世界里的小世界。
最后就是描述一下他的“基因”了，发射器的基因会影响到他们的后代（粒子）。我们赋予发射器越多的“基因”，那么他们的后代就会有更多的生物特征。具体看下面的良心注释代码吧~
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define(function (require, exports, module) { var Util = require('./Util'); var Grain = require('./Grain'); /** * 发射器构造函数 * @param config * id 身份标识用于后续可视化编辑器的维护 * world 这个launcher的宿主 * * grainImage 粒子图片 * grainList 粒子队列 * grainLife 产生的粒子的生命 * grainLifeRange 粒子生命波动范围 * maxAliveCount 最大存活粒子数量 * * x 发射器位置x * y 发射器位置y * rangeX 发射器位置x波动范围 * rangeY 发射器位置y波动范围 * * sizeX 粒子横向大小 * sizeY 粒子纵向大小 * sizeRange 粒子大小波动范围 * * mass 粒子质量（暂时没什么用） * massRange 粒子质量波动范围 * * heat 发射器自身体系的热气 * heatEnable 发射器自身体系的热气生效开关 * minHeat 随机热气最小值 * maxHeat 随机热气最小值 * * wind 发射器自身体系的风力 * windEnable 发射器自身体系的风力生效开关 * minWind 随机风力最小值 * maxWind 随机风力最小值 * * grainInfluencedByWorldWind 粒子受到世界风力影响开关 * grainInfluencedByWorldHeat 粒子受到世界热气影响开关 * grainInfluencedByWorldGravity 粒子受到世界重力影响开关 * * grainInfluencedByLauncherWind 粒子受到发射器风力影响开关 * grainInfluencedByLauncherHeat 粒子受到发射器热气影响开关 * * @constructor */ function Launcher(config) { //太长了，略去细节 } Launcher.prototype.updateLauncherStatus = function () {}; Launcher.prototype.swipeDeadGrain = function (grain_id) {}; Launcher.prototype.createGrain = function (count) {}; Launcher.prototype.paintGrain = function () {}; module.exports = Launcher; });
发射器要负责生孩子啊，怎么生呢：
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Launcher.prototype.createGrain = function (count) { if (count + this.grainList.length <= this.maxalivecount)="" {="" 新建了count个加上旧的还没达到最大数额限制="" }="" else="" if="" (this.grainlist.length="">= this.maxAliveCount && count + this.grainList.length > this.maxAliveCount) { //光是旧的粒子数量还没能达到最大限制 //新建了count个加上旧的超过了最大数额限制 count = this.maxAliveCount - this.grainList.length; } else { count = 0; } for (var i = 0; i < count; i++) { var _rd = Util.randomFloat(0, Math.PI * 2); var _grain = new Grain({/*粒子配置*/}); this.grainList.push(_grain); } };
生完孩子，孩子死掉了还得打扫……（好悲伤，怪内存不够用咯）
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Launcher.prototype.swipeDeadGrain = function (grain_id) { for (var i = 0; i < this.grainList.length; i++) { if (grain_id == this.grainList[i].id) { this.grainList = this.grainList.remove(i);//remove是自己定义的一个Array方法 this.createGrain(1); break; } } };
生完孩子，还得把孩子放出来玩：
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Launcher.prototype.paintGrain = function () { for (var i = 0; i < this.grainList.length; i++) { this.grainList[i].paint(); } };
自己的内部小世界也不要忘了维护呀~(跟外面的大世界差不多)
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Launcher.prototype.updateLauncherStatus = function () { if (this.grainInfluencedByLauncherWind) { this.wind = Util.randomFloat(this.minWind, this.maxWind); } if(this.grainInfluencedByLauncherHeat){ this.heat = Util.randomFloat(this.minHeat, this.maxHeat); } };
好了，至此，我们完成了世界上第一种生物的打造，接下来就是他们的后代了（呼呼，上帝好累）
子子孙孙，无穷尽也
出来吧，小的们，你们才是世界的主角！
作为世界的主角，粒子们拥有各种自身的状态：位置、速度、大小、寿命长度、出生时间当然必不可少
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define(function (require, exports, module) { var Util = require('./Util'); /** * 粒子构造函数 * @param config * id 唯一标识 * world 世界宿主 * launcher 发射器宿主 * * x 位置x * y 位置y * vx 水平速度 * vy 垂直速度 * * sizeX 横向大小 * sizeY 纵向大小 * * mass 质量 * life 生命长度 * birthTime 出生时间 * * color_r * color_g * color_b * alpha 透明度 * initAlpha 初始化时的透明度 * * influencedByWorldWind * influencedByWorldHeat * influencedByWorldGravity * influencedByLauncherWind * influencedByLauncherHeat * * @constructor */ function Grain(config) { //太长了，略去细节 } Grain.prototype.isDead = function () {}; Grain.prototype.calculate = function () {}; Grain.prototype.paint = function () {}; module.exports = Grain; });
粒子们需要知道自己的下一刻是怎样子的，这样才能把自己在世界展现出来。对于运动状态，当然都是初中物理的知识了:-)
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Grain.prototype.calculate = function () { //计算位置 if (this.influencedByWorldGravity) { this.vy += this.world.gravity+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.gravity); } if (this.influencedByWorldHeat && this.world.heatEnable) { this.vy -= this.world.heat+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.heat); } if (this.influencedByLauncherHeat && this.launcher.heatEnable) { this.vy -= this.launcher.heat+Util.randomFloat(0,0.3*this.launcher.heat); } if (this.influencedByWorldWind && this.world.windEnable) { this.vx += this.world.wind+Util.randomFloat(0,0.3*this.world.wind); } if (this.influencedByLauncherWind && this.launcher.windEnable) { this.vx += this.launcher.wind+Util.randomFloat(0,0.3*this.launcher.wind); } this.y += this.vy; this.x += this.vx; this.alpha = this.initAlpha * (1 - (this.world.time - this.birthTime) / this.life); //TODO 计算颜色和其他 };
粒子们怎么知道自己死了没？
<
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Grain.prototype.isDead = function () { return Math.abs(this.world.time - this.birthTime)>this.life; };
粒子们又该以怎样的姿态把自己展现出来？
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Grain.prototype.paint = function () { if (this.isDead()) { this.launcher.swipeDeadGrain(this.id); } else { this.calculate(); this.world.context.save(); this.world.context.globalCompositeOperation = 'lighter'; this.world.context.globalAlpha = this.alpha; this.world.context.drawImage(this.launcher.grainImage, this.x-(this.sizeX)/2, this.y-(this.sizeY)/2, this.sizeX, this.sizeY); this.world.context.restore(); } };
嗟乎。

后续
后续希望能够通过这个雏形，进行扩展，再造一个可视化编辑器供大家使用。
对了，代码都在这：github.com/jation/Canv…

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