《那朵花》ED 花雨效果实现
特别喜欢《未闻花名》，ED 听了很久，对片尾的花雨效果映像特别深刻。所以试着实现一个 5 毛版本的花雨效果。
可能还有很多小伙伴还没有看过《花名》，这里也小小的安利一下，动画里面的花雨效果是这样的：《那朵花》片尾花雨效果。
大体就是花朵从上往下落，然后有个过渡静止、缩小后改变颜色后反向运动。
然后这个是我们 5 毛实现的版本：5 毛花雨效果-codepen 源码。
让我们先来画一朵花
这个动画的核心就是这些纷纷攘攘的花朵，先来看一下动画中的花朵是怎样的：
动画场景中都是这种 5 个花瓣的花朵，花朵的原型是勿忘我，常见的还是蓝色居多。
动效果要用到大量不同颜色形状的花朵，所以使用背景图片肯定是不行的。花瓣的图案还是比较简单的，用 AI 或者 Sketch 的钢笔工具可以很方便描出花朵的路径然后导出到 SVG 中使用，但 SVG 并不适合大批量的绘制图形，性能是个问题。所以这里我们使用 canvas 来实现我们想要的效果。
直接用 canvas 画一朵花还是很没头绪的，但我们可以参考与花朵形状类似的五角星：
比较上下两个图形，花朵的形状其实就是由五角星过渡过来的，只是中间多了一层控制点将尖角边变成了弧线而已。所以我们只要取到三个圆弧上的绘制点，将中间圆上的点作为二次贝塞尔曲线的控制点，依次连接曲线就能花朵的形状了。
圆上点的坐标通过简单的几何计算就能得到了：
// 获取指定圆心、角度、半径圆上的点坐标
function getPoint (ox, oy, ang, radius) {
const rad = Math.PI * ang / 180
return {
x: ox + radius * Math.sin(rad),
y: oy + radius * Math.cos(rad)
}
}
是不是很简单，具体的花朵的绘制可以参考上面的例子。花朵绘制出来了，但是规规整整的没什么花的形韵，所以我们可以稍稍处理一下，给中间圆上的控制点设置一些随机偏移，使得画出的花瓣显自然一点。
最终画出来的效果是这样的：
为花朵加一些动效
花朵的绘制完成了，接下来就可以为花朵加一些动效了，看看还缺些什么：
- 花朵随机出现在画面上，有不同的大小、颜色与透明度
- 每朵花的运动速度都是不一样的
- 花朵下落或者上漂时伴随则向左或者向右移动
- 花朵下落时颜色为灰色调，旋转的方向为顺时针
- 花朵静止反向上飘时颜色转为粉色调，旋转的方向变为逆时针
所以我们需要一个 Flower 的类用生成各种属性不一样的花朵：
function Flower (cw, ch, radius, colors, alpha, vy, vr) {
// 随机出现在 canvas 上
this.x = random() * cw
this.y = random() * ch
this.vy = vy
// -0.5 < vx < 0.5
this.vx = random() * 1 - 0.5
this.vr = vr
this.cw = cw
this.ch = ch
this.alpha = alpha
this.radius = radius
this.color = '#ccc'
// colors[0] 灰色调、colors[1] 粉色调
this.colors = colors
this.count = count
this.rotate = 0
// 1 表示向下运动 0 静止 -1 向上运动
this.vertical = 1
this.points = []
......
}
然后花朵需要利用上面绘制花朵的方法创建出自身的路径进行绘制，还需要一些方法改变花朵的运动方向与颜色：
// 静止过后将 vertical 设置为 1 花朵开始向上反向运动
Flower.prototype.reverse = function reverse () {
this.vertical = -1
}
// 将 vertical 设置为 0 画面静止，改变花朵的颜色
Flower.prototype.zoom = function zoom () {
this.vertical = 0
this.setColor()
}
// 设置花朵的颜色时，花朵刚开始向下落时取的是灰色调的颜色
// 待到画面静止取的是粉色调颜色列表的里面的色彩
Flower.prototype.setColor = function setColor () {
if (this.vertical === 1) {
this.color = this.colors[0]
} else {
this.color = this.colors[1]
}
}
最后是在做动画循环时更新花朵的位置，旋转角度与边界检测。这里的花朵都是进行简单的线性运动，所以动画更新还是比较简单的：
// 动画循环时用于更新花朵的位置与大小、边界检测
Flower.prototype.update = function update () {
// vertical 为 0 时，花朵停止运动，进行缩放
if (!this.vertical && this.scale >= 0.9) {
this.scale *= 0.99
return
}
var halfRadius = this.halfRadius
this.rotate += this.vr * this.vertical
this.x += this.vx * this.vertical
this.y += this.vy * this.vertical
// 花瓣到达边界时重新设置花瓣的位置
if (this.x < -halfRadius || this.x > this.cw + halfRadius) {
this.x = this.x > 0 ? -halfRadius : this.cw + halfRadius
}
if (this.y < -halfRadius || this.y > this.ch + halfRadius) {
this.y = this.y > 0 ? -halfRadius : this.ch + halfRadius
this.x = random() * this.cw + this.halfRadius
}
}
花的类已经实现好了，接着就是构建多个花的实例，将它们绘制到 canvas 上了。
完整代码实现在这里，基本效果算是出来了,随机渲染了 100 朵花：
接下来进行下一步，让我们先来渲染 1000 一个背景层的花朵看看效果如何。机智的你可能已经猜到结果了，就是画面变得巨卡无比。 可以看看渲染 1000 花朵的效果：
这到底是由什么造成的呢？
动画循环方面我们已经使用 requestAnimationFrame 进行优化了，所以这肯定不是性能的瓶颈所在。实际的问题出在 flower.drow 的操作上。 在 requestAnimationFrame 循环更新动画时，每一帧 flower.drow 都会调用 canvas api 进行花朵的重绘，而 canvas 的 api 调用恰巧又是极其占用 CPU 资源的，再加上绘制后 UI 渲染更新，绘制的花朵数量多了画面自然显得卡顿。那有什么方法可以进行优化吗？
答案是肯定的，下面介绍一种常用的 canvas 性能优化方案：离屏渲染。
使用离屏渲染对动画进行优化
既然性能的瓶颈是由于 flower.drow() 重绘造成，那我们是不是可以通过某些方法将花朵的重绘次数将至最低，以减少 canvas 重绘操作呢？或者说我们是不是可以将绘制好的图形缓存起来以重复利用呢？
实际上离屏渲染的实现思路就是利用无界面的 canvas 元素将绘制完成的图案进行缓存，无界面的 canvas 的元素在绘制图案时不需要渲染，所以不会有 UI 渲染的开销。在下一次进行动画更新时直接将缓存好的绘制图案直接输出到目标 canvas 之上，不再进行绘制操作。
首选我们需要为每一朵花添加一个自身的无界面 canvas 元素，用于对绘制的图案进行缓存。并且 canvas 的大小应当与绘制图案的大小相当，这样不会造成资源的浪费。因为在不考虑绘制图案复杂情况下，canvas 的大小越小自然缓存的数据量也就越小，所占的资源也就越少：
function Flower (cw, ch, radius, colors, alpha, vy) {
var cacheCanvas = document.createElement('canvas')
// 这里的 canvas 就是一个长宽为圆直径的正方形，花朵就是绘制在这上面
cacheCanvas.width = radius * 2
cacheCanvas.height = radius * 2
......
this.canva = cacheCanvas
this.ctx = cacheCanvas.getContext('2d')
......
this.cache()
}
// 先在自身的离屏 canvas 缓存绘制出花瓣图案
Flower.prototype.cache = function cache () {
......
this.ctx.drow...
}
......
// 这里不再进行绘制
// 而是使用 context.drawImage 将缓存的 canvas 绘制到需要渲染的 context 上
Flower.prototype.drow = function drow (context) {
context.save()
context.translate(this.x, this.y)
context.rotate(this.rotate)
context.scale(this.scale, this.scale)
context.drawImage(this.canva, -this.radius, -this.radius)
context.restore()
}
Flower 初始化创建一个无界面的 canvas 元素，然后调用 cache 绘制出花朵的图案，这样绘制花朵的就保存在内部的 canvas 上。
cache 现在只负责绘制图案，所以与动画相关的 translate、rotate、scale 变换操作，全都移交给 drow 方法，并在渲染的目标 canvas 的 context 上进行操作。这里需要注意特别注意坐标 translate 变化。
所以现在每次动画循环时，flower 是不进行再绘制操作的，它只是将自身缓存的绘制图案通过目标的 context 的 drawImage 方法输出到渲染的 context 之上。少了 flower 的重绘画，渲染效率自然就就提高了。
这是优化后的花雨效果,渲染了 1000 朵花，不再有使用离屏渲染前卡顿了：
为花雨效果分层
解决完动画的性能问题，继续我们的 5 毛效果，看看还缺少些什么？
细看动画中的效果，整个场景是有明显的分层：
- 背景的层的花朵数量众多、花朵偏小、颜色偏浅而且运动速度比前景层更快
- 前景层的花朵数量较少，花朵偏大、颜色偏深、运动速度较慢
- 中间层的花朵数量比前景数量更多，但远不及背景层，颜色大小与运动速度同理
我们所要做的就是按照这个规则，分别来绘制不同层级的花雨，所以这里我们将引入一个 Layer 类用于管理每层的花雨：
function Layer (options) {
const { ctx, count, size, alpha, vy, vr, colors1, colors2 } = options
const flowers = []
for (let i = 0; i < count; i++) {
const rsize = (random() * (size.max - size.min) + size.min) | 1
const ralpha = random() * (alpha.max - alpha.min) + alpha.min
const rvy = random() * (vy.max - vy.min) + vy.min
const rvr = random() * (vr.max - vr.min) + vr.min
const colors = [getRandomColor(colors1), getRandomColor(colors2)]
flowers.push(new Flower(VW, VH, rsize, colors, ralpha, rvy, rvr))
}
this.context = context
this.flowers = flowers
}
......
花雨将分为背景层、中间层与前景层三层来分别绘制，最终效果：
到此为止一个粗糙的 5 毛花雨特效算是做好了，算是有几分形似吧。
参考资料：
