使用 HTML5 Canvas 和 JavaScript 開發動畫氣泡：分步教程

家好！歡迎來到本教程，我們將深入了解使用 HTML 畫布和 JavaScript 在代碼中創建有趣的氣泡的世界。最好的部分？我們將只使用一點 HTML 和所有 JavaScript，而不是 CSS 來實現所有這一切。

揭示概念

今天，我們要掌握以下幾個概念：

使用畫布上下文的 arc 方法創建圓。

利用 requestAnimationFrame 函數實現平滑的圓形動畫。

利用 JavaScript 類的強大功能來創建多個圓圈，而無需重復代碼。

向我們的圓圈添加描邊樣式和填充樣式以獲得 3D 氣泡效果。

你可以跟著我一起看，或者如果你想看源代碼，可以使用最終的codepen

入門

首先，我們需要一個 HTML5 Canvas 元素。 Canvas 是創建形狀、圖像和圖形的強大元素。這就是氣泡將產生的地方。讓我們來設置一下 -

<canvas id="canvas"></canvas>

為了使用畫布做任何有意義的事情，我們需要訪問它的上下文。 Context 提供了在畫布上渲染對象和繪制形狀的接口。

讓我們訪問畫布及其上下文。

const canvas = document.getElementById('canvas');
const context = canvas.getContext('2d');

我們將設置畫布以使用整個窗口的高度和寬度 -

canvas.width = window.innerWidth;
canvas.height = window.innerHeight;

讓我們通過添加一些 css 為畫布提供一個漂亮的舒緩淺藍色背景。這是我們要使用的唯一 CSS。如果您愿意，也可以使用 JavaScript 來完成此操作。

#canvas {
  background: #00b4ff;
}

是時候創造泡泡了！

讓我們進入有趣的部分。我們將通過單擊畫布來創建氣泡。為了實現這一點，我們首先創建一個點擊事件處理程序：

canvas.addEventListener('click', handleDrawCircle);

由于我們需要知道在畫布上單擊的位置，因此我們將在句柄 DrawCircle 函數中跟蹤它并使用事件的坐標 -

//We are adding x and y here because we will need it later.
let x, y
const handleDrawCircle = (event) => {
  x = event.pageX;
  y = event.pageY;

// Draw a bubble!
  drawCircle(x, y);
};

用圓弧法畫圓

為了創建圓圈，我們將利用畫布上下文中可用的 arc 方法。 Arc 方法接受 x 和 y - 圓心、半徑、起始角和結束角，對于我們來說，這將是 0 和 2* Math.PI，因為我們正在創建一個完整的圓。

const drawCircle = (x, y) => {
  context.beginPath();
  context.arc(x, y, 50, 0, 2 * Math.PI);

  context.strokeStyle = 'white';
  context.stroke();
};

使用 requestAnimationFrame 方法移動圓圈

現在我們有了圓圈，讓我們讓它們移動，因為……

GIF

請記住，當我們創建圓時，我們使用了 arc 方法，它接受 x 和 y 坐標 - 圓的中心。如果我們快速移動圓的 x 和 y 坐標，就會給人一種圓在移動的印象。讓我們試試吧！

//Define a speed by which to increment to the x and y coordinates

const dx = Math.random() * 3;
const dy = Math.random() * 7;//Increment the center of the circle with this speed
x = x + dx;
y = y - dy;

我們可以將其移至函數內 -

let x, y;

const move = () => {
  const dx = Math.random() * 3;
  const dy = Math.random() * 7;  x = x + dx;
  y = y - dy;
};

為了讓我們的圓圈無縫移動，我們將創建一個動畫函數并使用瀏覽器的 requestAnimationFrame 方法來創建一個移動的圓圈。

const animate = () => {
  context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  move();
    drawCircle(x,y);  requestAnimationFrame(animate);
};//Don't forget to call animate at the bottom 
animate();

創建粒子：引入粒子類

現在我們已經創建了一個圓圈，是時候創建多個圓圈了！

但在我們創建多個圓圈之前，讓我們準備一下我們的代碼。為了避免重復我們的代碼，我們將使用類并引入 Particle 類。粒子是我們動態藝術作品和動畫的構建塊。每個氣泡都是一個粒子，具有自己的位置、大小、運動和顏色屬性。讓我們定義一個 Particle 類來封裝這些屬性：

class Particle {
  constructor(x = 0, y = 0) {}

  draw() {
    // Drawing the particle as a colored circle
    // ...
  }  move() {
    // Implementing particle movement
    // ...
  }
}

讓我們將一些已設置的常量移至 Particle 類 -

class Particle {
  constructor(x = 0, y = 0) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.radius = Math.random() * 50;
    this.dx = Math.random() * 3;
    this.dy = Math.random() * 7;
  }

  draw() {
    // Drawing the particle as a colored circle
    // ...
  }  move() {
    // Implementing particle movement
    // ...
  }
}

draw 方法將負責在畫布上渲染粒子。我們已經在drawCircle中實現了這個功能，所以讓我們將它移動到我們的類中并將變量更新為類變量

class Particle {
  constructor(x = 0, y = 0) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.radius = Math.random() * 50;
    this.dx = Math.random() * 3;
    this.dy = Math.random() * 7;
    this.color = 'white';
  }

  draw() {
    context.beginPath();
    context.arc(this.x, this.y, this.radius, 0, 2 * Math.PI);
    context.strokeStyle = this.color;
    context.stroke();    context.fillStyle = this.color;
    context.fill();
  }  move() {}
}

同樣，讓我們在類中移動 move 函數 -

move() {
    this.x = this.x + this.dx;
    this.y = this.y - this.dy;
}

現在，我們需要確保在事件處理程序中調用 Particle 類。

const handleDrawCircle = (event) => {
  const x = event.pageX;
  const y = event.pageY;

  const particle = new Particle(x, y);
};canvas.addEventListener('click', handleDrawCircle);

由于我們需要在 animate 函數中訪問該粒子，以便調用其 move 方法，因此我們將該粒子存儲在一個名為 molecularArray 的數組中。當創建大量粒子時，這個數組也會很有幫助。這是反映這一點的更新代碼 -

const particleArray = [];

const handleDrawCircle = (event) => {
  const x = event.pageX;
  const y = event.pageY;  const particle = new Particle(x, y);
  particleArray.push(particle);
};canvas.addEventListener('click', handleDrawCircle);

記得也要更新動畫功能 -

此時，您將在屏幕上看到這個粒子 -

驚人的！現在，到了有趣的部分！讓我們創建很多圓圈并設計它們的樣式，使它們看起來像氣泡。

為了創建大量氣泡，我們將使用 for 循環創建粒子并將它們添加到我們在此處創建的粒子數組中。

const handleDrawCircle = (event) => {
  const x = event.pageX;
  const y = event.pageY;

  for (let i = 0; i < 50; i++) {
    const particle = new Particle(x, y);
    particleArray.push(particle);
  }
};canvas.addEventListener('click', handleDrawCircle);

在動畫函數中，我們將通過清除畫布并在新位置重新繪制粒子來不斷更新畫布。這會給人一種圓圈在移動的錯覺。

const animate = () => {
  context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  particleArray.forEach((particle) => {
    particle?.move();
    particle?.draw();
  });  requestAnimationFrame(animate);
};animate();

現在我們有了移動的氣泡，是時候給它們添加顏色，使它們看起來像氣泡了！

我們將通過向氣泡添加漸變填充來實現此目的。這可以使用 context.createRadialGradient 方法來完成。

const gradient = context.createRadialGradient(
  this.x,
  this.y,
  1,
  this.x + 0.5,
  this.y + 0.5,
  this.radius
);

gradient.addColorStop(0.3, 'rgba(255, 255, 255, 0.3)');
gradient.addColorStop(0.95, '#e7feff');context.fillStyle = gradient;

總結

恭喜！您剛剛僅使用 HTML Canvas 和 JavaScript 創建了一些超級有趣的東西。您已經學習了如何使用 arc 方法、利用 requestAnimationFrame、利用 JavaScript 類的強大功能以及使用漸變設計氣泡以實現 3D 氣泡效果。

請隨意嘗試顏色、速度和大小，使您的動畫真正獨一無二。

我希望您在學習本教程時能像我在創建它時一樣獲得樂趣。現在，輪到你進行實驗了。我很想看看你是否嘗試過這個以及你創造了什么。與我分享您的代碼鏈接，我很樂意查看。

說明：

======

1.1 環境：python3.8+matplotlib3.2+微軟編輯器vscode。

1.2 圓、sin和cos的關系：屬于基礎性知識，在數學可視化教學和計算機編程中廣泛被使用。

1.3 看起來簡單，但是提高思維，很重要。

1.4 熟悉matplotlib作圖和python編程基礎性知識，講解清楚，小白秒懂，適合普通人、數學愛好者和編程愛好者。

2 效果：

3 代碼講解：

========

3.1 第1步：導入模塊

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

3.2 第2步：初始化畫布和參數

#整體風格設置：深黑色背景顏色，這種設置比較方便
#注意應該放在最前面
plt.style.use('dark_background')
#畫布定義和大小設置：8,4=800和400
fig, ax= plt.subplots(1,1,figsize=(8,4))
plt.axis('equal')  # 保證長寬相等

#x和y坐標刻度范圍
ax.set_xlim([0, 2*np.pi])
ax.set_ylim([-2.5, 2.5])

#sin和cos的x和y點坐標
x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
ys = np.sin(x)
yc = np.cos(x)

3.3 第3步：圓和sin、cos的線條與圓點設置

#3-1 直線
#過圓心的水平x線
ax.plot(3*x - 3, 0*ys, linewidth=1, color='pink')

#圓心垂直y線
ax.plot(0*x, 2.5*ys, linewidth=1, color='pink')

#運動三個點的起始垂直y線
ax.plot(0*x+1, 2.5*ys, linewidth=1, color='blue')

#右側終點垂直y線
ax.plot(0*x+7.3, 2.5*ys, linewidth=1, color='blue')

#3-2 圓
#初始化圓的線條
ax.plot(np.cos(x), np.sin(x), linewidth=1,color='white')
#運動后的圓的再次覆蓋的圓線
circleLine, = ax.plot([], [],linewidth=4,color='green',label='circle')
#運動的圓的圓點
circleDot, = ax.plot([], [], 'o', color='yellow')

#3-3 sin
#初始化sin的線條
ax.plot(x + 1, np.sin(x), linewidth=1,color='yellow')

#sin運動后再次覆蓋的線條
sineLine, = ax.plot([], [], linewidth=4,color='red', label='sin')
#sin的運動的圓點
sineDot, = ax.plot([], [], 'o', color='blue')

#3-4 cos
#初始化cos的線條
ax.plot(x + 1, np.cos(x)-1, linewidth=1,color='green')
#cos運動后再次覆蓋的線條
cosLine, = ax.plot([], [], linewidth=4,color='pink',label='cos')
#cos的運動的圓點
cosDot, = ax.plot([], [], 'o', color='red')

3.4 第4步：動畫anim設置

def moveAnim(i):
    # sin anim
    sineLine.set_data(x[:i] + 1,ys[:i])
    sineDot.set_data(x[i] + 1, ys[i])

    # cos anim
    cosLine.set_data(x[:i] + 1,yc[:i]-1)
    cosDot.set_data(x[i] + 1, yc[i]-1)

    # circle anim
    circleLine.set_data(np.cos(x[:i]), np.sin(x[:i]))
    circleDot.set_data(np.cos(x[i]), np.sin(x[i]))

3.5 第5步：動畫掛起和plt基本設置

#動畫掛起
anim = animation.FuncAnimation(fig, moveAnim, frames=len(x), interval=50)

#標題名
plt.title('circle-sin-cos-moving')
#plt.grid()  #顯示網格
#保存
#HTML(anim.to_html5_video())
#anim.save('sine-py-effect.mp4', writer='ffmpeg')

plt.legend() #圖例默認展示
plt.show() #展示

4 附注：matplotlib版本查詢

====================

4.1 代碼：

import matplotlib
a=matplotlib.__version__

print(a)

4.2 效果圖：

5 畫圓的意義：

==========

5.1 鐘表的設置。

5.2 傅里葉級數變換。

5.3 數學教學的可視化。

5.4 等等。

滿滿的干貨，請收藏。

anvas畫了一個圓

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

<title>canvas-3圓的繪制</title>

</head>

<body>

var canvas1 = document.querySelector("#canvas1") // 1.找到畫布對象

var ctx = canvas1.getContext("2d") // 2.上下文對象（畫筆）

// (圓心x：300, 圓心y：300, 半徑r：100, 開始角度：0 , 結束角度：360度, 默認為false（可不寫）是順時針，true為逆時針)

ctx.arc(300, 300, 100, 0, 2*Math.PI)

ctx.stroke()

</script>

</body>

</html>

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