JavaScript动画 —— 弹动动画
2018-07-20 来源：open-open
缓动和弹动都是那对象从已有位置移动到目标位置的方法。但是缓动是指物体滑动到目标点就停下来；而弹动是指物体来回反弹一段时间后，最终停在目标点的运动。
弹动，大多数时候，物体的加速度与它到目标点的距离是成比例的。
来看一个在现实中弹动的例子：在橡皮筋的一头系上一个小球，另一头固定起来。小球的目标点就是它初始静止悬空的那个位置点。将小球拉开一小段距离然后松开，刚松手那一瞬间，它的速度为0，但是橡皮筋给它施加了外力，把它拉向目标点；如果小球尽可能地拉远，橡皮筋对它施加的外力就会变得越大。松手后，小球会急速飞过目标点。但是，当它飞过目标点以后，橡皮筋又把它往回拉，使其加速度减小，它飞得越远，橡皮筋施加的力就越大；最终，它的速度降为0，又掉头往回飞。由于受到摩擦力的影响，反复几次后，小球的运动逐渐慢下来，停在目标点上。
一. 一维坐标上的弹动
1 . 首先需要一个变量存储弹性比例系数，取值为0~1，较大的弹性比例常熟会表现出较硬的弹簧效果。
var spring = 0.1, targetX = canvas.width / 2, vx = 0;
2 . 接下来，计算小球到目标点的距离
var dx = targetX - ball.x;
3 . 计算加速度。在这个例子中，我们设置小球的加速度与距离成正比，即加速度 = 小球到目标点的距离 × 弹性比例系数。
var ax = dx * spring;
4 . 把加速度累加到速度上，然后把速度累加到小球的当前位置上：
vx += ax; ball.x += vx;
在开始写代码前，先模拟一下整个过程，假设ball.x = 0，初速度vx = 0，目标点的位置targetX = 100，弹性比例系数spring = 0.1。下面是执行过程：
(1) 第一轮，加速度ax = (100 - 0) * 0.1 = 10，把ax加载vx上得速度vx = 10，把vx加在小球的当前位置上得到ball.x = 10；
(2) 第二轮，加速度ax = (100 - ball.x) * 0.1 = 9，由此得到vx = 10 + 9 = 19，ball.x = 10 + 19 = 29；
(3) 第三轮，ax = 7.1， vx = 26.1，ball.x = 55.1；
(4) 第四轮， ax = 4.49，vx = 30.59，ball.x = 85.69;
(5) 第五轮， ax = 1.431，vx = 44.9，ball.x = 130.69:
(6) 第六轮，ax = -3.069，vx = 41.831，ball.x = 88.859；
... ...
随着小球一帧一帧地靠近目标，加速度变得越来越小，但是速度一直在增加；
五轮过后，小球越过了目标点后，加速度变成反向加速度，并且逐渐增加，导致速度逐渐减小，最终速度为0后，反向加速度达到极大值。此时速度将变成反向速度。
HTML代码如下：
<canvas id="canvas" width="600" height="100"></canvas>
JavaScript代码如下：
// requestAnimationFrame的兼容性写法
window.requestAnimFrame = (function(){
return window.requestAnimationFrame ||
window.webkitRequestAnimationFrame ||
window.mozRequestAnimationFrame ||
window.oRequestAnimationFrame ||
window.msRequestAnimationFrame ||
function( callback ){
window.setTimeout(callback, 1000 / 60);
};
})();
// cancelAnimationFrame的兼容性写法
window.cancelAnimationFrame = (function () {
return window.cancelAnimationFrame ||
window.webkitCancelAnimationFrame ||
window.mozCancelAnimationFrame ||
window.oCancelAnimationFrame ||
function (timer) {
window.clearTimeout(timer);
};
})();
// 创建画球函数
function Ball() {
this.x = 0;
this.y = 0;
this.radius = 10;
this.fillStyle = "#f85455";
this.draw = function(cxt) {
cxt.fillStyle = this.fillStyle;
cxt.beginPath();
cxt.arc(this.x, this.y, this.radius, 0, 2 * Math.PI, true);
cxt.closePath();
cxt.fill();
}
}
var canvas = document.getElementById("canvas"),
context = canvas.getContext("2d"),
ball = new Ball(),
spring = 0.1,
targetX = canvas.width / 2,
vx = 0;
ball.x = 20;
ball.y = 20;
// 缓动动画函数
var animRequest = null;
(function drawFrame() {
animRequest = window.requestAnimationFrame(drawFrame, canvas);
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 小球当前位置与目标点的距离
var dx = targetX - ball.x;
// 小球的加速度
var ax = dx * spring;
// 小球的速度
vx += ax;
// 计算出小球当前的位置
ball.x += vx;
ball.draw(context);
})();
实现的效果如下：
See the Pen <a href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/EVNWqL/" _href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/EVNWqL/">EVNWqL</a> by dengzhirong (<a href="http://codepen.io/dengzhirong" _href="http://codepen.io/dengzhirong">@dengzhirong</a>) on <a href="http://codepen.io" _href="http://codepen.io">CodePen</a>.
但是！但是，问题是小球永远都不会停下来，因为小球的摆动幅度不变。而我们希望实现的例子中，小球的弹动会越来越慢，直到停止下来。在实际生活中，小球的弹动势能大多是由于摩擦力的存在而转化成内能，最后使小球停下。所以，在这里，我们也模拟摩擦力，创建摩擦力系数friction，取值范围为0~1。
var friction = 0.95;
然后把vx * friction，得到当前的速度vx。
vx * = friction;
最终效果如下：
See the Pen <a href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/GpNmRR/" _href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/GpNmRR/">GpNmRR</a> by dengzhirong (<a href="http://codepen.io/dengzhirong" _href="http://codepen.io/dengzhirong">@dengzhirong</a>) on <a href="http://codepen.io" _href="http://codepen.io">CodePen</a>.
【备注：请按F5刷新，或者点击“Result”面板上悬浮的"Return"按钮后查看效果】
二. 二维坐标上的弹动
上面一个例子是让小球在x轴上运动。如果我们想让小球同时在x轴和y轴上运动，就需要引入二维坐标上的弹动。事实上很简单，只需要把目标点、速度和加速度扩展到二维坐标系上即可。
代码与上面例子雷同不再重复，直接上效果：
See the Pen <a href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/ojYWgm/" _href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/ojYWgm/">ojYWgm</a> by dengzhirong (<a href="http://codepen.io/dengzhirong" _href="http://codepen.io/dengzhirong">@dengzhirong</a>) on <a href="http://codepen.io" _href="http://codepen.io">CodePen</a>.
【备注：请按F5刷新，或者点击“Result”面板上悬浮的"Return"按钮后查看效果】
与前一个例子唯一不同的是增加了一条y轴。但是现在小球看起来仍然像是一维运动，虽然小球同时在x轴和y轴上运动，但它仍然是一条直线。原因是它的初速度为0，也仅受一个把它拉向目标点的外力，所以它沿着直线运动。为了动画更丰富一点，可以尝试修改vx、vy或者不同x、y轴的friction值。自己尝试一下吧。
三. 目标点移动的弹动
目标点移动，我们很容易就想到把鼠标当成目标点。在上一篇介绍缓动动画时，有一个小球跟随鼠标的缓动动画。让小球跟随鼠标弹动同样很简单，只要把targetX和targetY替换为当前坐标即可。效果很炫酷，但是代码基本没变。只要在前面的例子中改动如下两行：
var dx = targetX - ball.x; var dy = targetY - ball.y;
修改为：
var dx = mouse.x - ball.x; var dy = mouse.y - ball.y;
当然，我们还需要写一个获得当前鼠标位置的函数，可以参考我写的博文《JavaScript动画详解(一) —— 循环与事件监听》
完整代码如下：
HTML代码：
<canvas id="canvas" width="400" height="400"></canvas>
JavaScript代码：
// requestAnimationFrame的兼容性写法
window.requestAnimFrame = (function(){
return window.requestAnimationFrame ||
window.webkitRequestAnimationFrame ||
window.mozRequestAnimationFrame ||
window.oRequestAnimationFrame ||
window.msRequestAnimationFrame ||
function( callback ){
window.setTimeout(callback, 1000 / 60);
};
})();
// cancelAnimationFrame的兼容性写法
window.cancelAnimationFrame = (function () {
return window.cancelAnimationFrame ||
window.webkitCancelAnimationFrame ||
window.mozCancelAnimationFrame ||
window.oCancelAnimationFrame ||
function (timer) {
window.clearTimeout(timer);
};
})();
// 获得当前鼠标位置
function getMouse(ev) {
var mouse = {
x: 0,
y: 0
};
var event = ev || window.event;
if(event.pageX || event.pageY) {
x = event.x;
y = event.y;
}else {
var scrollLeft = document.documentElement.scrollLeft || document.body.scrollLeft;
var scrollTop = document.documentElement.scrollTop || document.body.scrollTop;
x = event.clientX + scrollLeft;
y = event.clientY + scrollTop;
}
mouse.x = x;
mouse.y = y;
return mouse;
}
// 创建画球函数
function Ball() {
this.x = 0;
this.y = 0;
this.radius = 10;
this.fillStyle = "#f85455";
this.draw = function(cxt) {
cxt.fillStyle = this.fillStyle;
cxt.beginPath();
cxt.arc(this.x, this.y, this.radius, 0, 2 * Math.PI, true);
cxt.closePath();
cxt.fill();
}
}
var canvas = document.getElementById("canvas"),
context = canvas.getContext("2d"),
ball = new Ball(),
spring = 0.05,
vx = 0,
vy = 0,
targetX = 0,
targetY = 0,
friction = 0.95;
ball.x = 20;
ball.y = 20;
var mouse = {x: 0, y: 0};
canvas.addEventListener("mousemove", function(ev) {
mouse = getMouse(ev);
targetX = mouse.x;
targetY = mouse.y;
console.log(targetX + " , " + targetY);
}, false);
// 缓动动画函数
var animRequest = null;
(function drawFrame() {
animRequest = window.requestAnimationFrame(drawFrame, canvas);
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 小球当前位置与目标点的距离
var dx = targetX - ball.x;
var dy = targetY - ball.y;
// 小球的加速度
var ax = dx * spring;
var ay = dy * spring;
// 小球的速度
vx += ax;
vy += ay;
vx *= friction;
vy *= friction;
// 计算出小球当前的位置
ball.x += vx;
ball.y += vy;
ball.draw(context);
})();
效果如下：
See the Pen <a href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/LpbyGq/" _href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/LpbyGq/">LpbyGq</a> by dengzhirong (<a href="http://codepen.io/dengzhirong" _href="http://codepen.io/dengzhirong">@dengzhirong</a>) on <a href="http://codepen.io" _href="http://codepen.io">CodePen</a>.
【备注：把鼠标移上去试试~】
好吧，上面这个例子不够带劲儿，希望使小球看起来像是栓在橡皮筋上，此时只要在上面的基础上再小球圆心与当前鼠标位置画线即可。
context.beginPath(); context.strokeStyle = "#71A4AD"; context.moveTo(ball.x, ball.y); context.lineTo(mouse.x, mouse.y); context.stroke();
效果如下：
See the Pen <a href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/NGbjRd/" _href="http://codepen.io/dengzhirong/pen/NGbjRd/">NGbjRd</a> by dengzhirong (<a href="http://codepen.io/dengzhirong" _href="http://codepen.io/dengzhirong">@dengzhirong</a>) on <a href="http://codepen.io" _href="http://codepen.io">CodePen</a>.
四. 总结
弹动和缓动非常类似，都是使用循环函数逐帧绘制从当前位置到目标位置的运动效果。不同的是缓动是指速度与距离成比例，而弹动是加速度与距离成比例关系。但是要模拟出更加真实的弹动，可能需要加入类似摩擦力系数的因子，把速度逐渐降下，直到停止运动。
相关文章：
1 . 《JavaScript动画详解(二) —— 缓动动画》
2 . 《JavaScript动画详解(一) —— 循环与事件监听》
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