#过年不停更#HarmonyOS自定义JS组件—灵动的锦鲤

Posted 2022-02-16 HarmonyOS技术社区

春节不停更，此文正在参加「星光计划-春节更帖活动」

作者：包月东

简介

今天给大家带来如何用纯JS代码的Canvas绘制一条游动的锦鲤

先看下效果图

实现思路

拆分

先看设计图，我们的小鱼由头、鳍、身体、节肢、尾部五部分组成。

下面给出每个部位的实现api

• 头是一个实心圆，可以通过canvas.arc()

• 鱼鳍则由一条直线和曲线构成，会用到path，曲线可以使用贝塞尔曲线canvas.quadraticCurveTo()。

• 身体由两条直线和曲线构成，曲线也选用贝塞尔曲线，通过控制点可以控制小鱼胖瘦
• 节肢1由两个实心圆和一个梯形构成。梯形可以看出四条封闭的线段构成。
• 节肢2由一个梯形和一个圆，方案同上
• 尾由两个三角形，也是封闭线段

参数

基准尺寸参数

首先我们定一个基准尺寸参数来控制小鱼的大小，这里我们选取鱼头的半径R

其他参数如下：

小鱼身长设为：3.2R
节肢1大圆的半径设为：0.7R
节肢1中圆的半径设为：0.7*0.6R=0.42R
节肢1梯形高度设为：(0.7+0.42)R=1.12R
节肢2小圆的半径设为：0.4*0.42R=0.168R
节肢2梯形高度设为：0.42*（0.4+2.7）R=1.302R
小鱼的总长度：R+3.2R+1.12R+0.168R+1.302R=6.79R
画布的长宽：2*(6.79R-R-1.6R)=2*4.19R=8.38R

小鱼的整体尺寸如下：

值得注意的是，画布的长度并不等于小鱼的长度，因为小鱼的重心并不位于鱼长中心，而是小鱼身的中心点，但是小鱼的转身却要围绕它，因此我们画布的半径需要拓展成小鱼身中心到小鱼尾的长度，整个画布的大小=4.19R*4.19R，如下

基准旋转参数

为了使我们的小鱼能够左右掉头，这里就需要一个旋转角度，我们选取fishMainAngle作为主角度。

实现步骤

自定义一个Canvas的组件

<canvas ref="fishcanvas" id="fishcanvas"></canvas>

持有绘图相关的上下文

onAttached() 
    setTimeout(() =>  //这里需要延迟得到canvas
        this.canvas = this.$refs.fishcanvas.getContext(2d, antialias: true);
        this.onDraw()
    ,200)

这里我们延迟200ms，在js中获取hml定义的fishcanvas组件，再拿到context并持有。接着执行onDraw进行绘制

定义绘制方法

onDraw() 
    //清除画布
    this.clearCanvas()
    //绘制小鱼头
    this.drawHead(this.canvas,fishAngle)
    //绘制左右小鱼鳍
    this.drawFins(this.canvas, leftFinsPoint, this.FIND_FINS_LENGTH, fishAngle, false);
    this.drawFins(this.canvas, rightFinsPoint, this.FIND_FINS_LENGTH, fishAngle, true);
    //绘制节肢1
    let middleCircleCenterPoint = this.drawSegment(this.canvas, bodyBottomCenterPoint,
        this.BIG_CIRCLE_RADIUS,
        this.MIDDLE_CIRCLE_RADIUS,
        this.FIND_MIDDLE_CIRCLE_LENGTH, fishAngle, true);
    //绘制节肢2
    this.drawSegment(this.canvas, middleCircleCenterPoint, this.MIDDLE_CIRCLE_RADIUS, this.SMALL_CIRCLE_RADIUS,
        this.FIND_SMALL_CIRCLE_LENGTH, fishAngle, false);
    let findEdgeLength = Math.abs(Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * this.BIG_CIRCLE_RADIUS);
    // 绘制小鱼尾大小三角形
    this.drawTriangle(this.canvas, middleCircleCenterPoint, this.FIND_TRIANGLE_LENGTH, findEdgeLength, fishAngle);
    let findEdgeLengthS = Math.abs(Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5 - 90)) * this.BIG_CIRCLE_RADIUS);
    this.drawTriangle(this.canvas,middleCircleCenterPoint,this.FIND_TRIANGLE_LENGTH*0.8,findEdgeLengthS*0.8,fishAngle);
    // 绘制小鱼身
    this.drawBody(this.canvas, this.headPoint, bodyBottomCenterPoint, fishAngle)
,

下面分步骤说明

清除画布

每次绘制前我们都需要将画布擦除，不然会污染后续绘制

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

绘制小鱼头

绘制小鱼头，需要小鱼头中心坐标，小鱼头半径。小鱼头中心坐标可由重心坐标middlePoint、距离、当前角度推算出来。

drawHead(canvas,fishAngle) 
    canvas.fillStyle = rgba(244, 92,71,0.5)
    drawCircle(canvas, this.headPoint, this.HEAD_RADIUS)
    //绘制小鱼眼
    this.drawEye(canvas,fishAngle)
,

注意画布坐标轴是原则在左上角，x轴向右，y轴向下

绘制小鱼眼，小鱼眼由两个椭圆实现，使用canvas.ellipse()绘制

drawEye(canvas, fishAngle) 
    canvas.fillStyle = rgba(0, 0,0,1)
    //左眼
    canvas.beginPath();
    let leftEye = MathUtils.calculatePoint(this.headPoint, this.HEAD_RADIUS * 0.7, fishAngle + 45)
    canvas.ellipse(leftEye.x, leftEye.y,
        this.HEAD_RADIUS * 0.12, this.HEAD_RADIUS * 0.07, -Math.PI * 0.3,
        Math.PI * 0, Math.PI * 2, 1
    );
    canvas.fill();
    //右眼
    canvas.beginPath()
    let rightEye = MathUtils.calculatePoint(this.headPoint, this.HEAD_RADIUS * 0.7, fishAngle - 45)
    canvas.ellipse(rightEye.x, rightEye.y,
        this.HEAD_RADIUS * 0.12, this.HEAD_RADIUS * 0.07, Math.PI * 0.3,
        Math.PI * 0, Math.PI * 2, 1
    );
    canvas.fill();

绘制小鱼鳍

利用startPoint,controlPoint,endPoint绘制贝塞尔的封闭path

drawFins(canvas, startPoint, length, fishAngle, isRightFins) 
    canvas.fillStyle = rgba(244, 92,71,0.5)
    let controlAngle = 115;
    // 结束点
    let endPoint = MathUtils.calculatePoint(startPoint, length, fishAngle - 180);
    // 控制点
    let controlPoint = MathUtils.calculatePoint(startPoint, 1.8 * length,
            isRightFins ? fishAngle - controlAngle : fishAngle + controlAngle
    );
    drawPath(canvas, [M, startPoint, Q, controlPoint, endPoint])
,

绘制节肢

节肢由圆、梯形构成，先绘制圆再讲梯形绘制上

/**
 * 画节肢
 *
 * @param bottomCenterPoint     梯形底部的中心点坐标（长边）
 * @param bigRadius             大圆的半径
 * @param smallRadius           小圆的半径
 * @param findSmallCircleLength 寻找梯形小圆的线长
 * @param isBigCircle          是否有大圆
 */
drawSegment(canvas, bottomCenterPoint, bigRadius,
            smallRadius, findSmallCircleLength, fishAngle,
            isBigCircle) 
    canvas.fillStyle = this.defaultFillStyle
    // 节肢摆动的角度
    let segmentAngle = 0;
    // 节肢1 用 cos
    if (isBigCircle) 
        segmentAngle = (fishAngle + Math.cos(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * 15);
     else 
        segmentAngle = (fishAngle + Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * 35);
    
    segmentAngle = fishAngle +this.currentValue
    // 梯形上底的中心点（短边）
    let upperCenterPoint = MathUtils.calculatePoint(bottomCenterPoint, findSmallCircleLength, segmentAngle - 180);
    // 梯形的四个顶点
    let bottomLeftPoint = MathUtils.calculatePoint(bottomCenterPoint, bigRadius, segmentAngle + 90);
    let bottomRightPoint = MathUtils.calculatePoint(bottomCenterPoint, bigRadius, segmentAngle - 90);
    let upperLeftPoint = MathUtils.calculatePoint(upperCenterPoint, smallRadius, segmentAngle + 90);
    let upperRightPoint = MathUtils.calculatePoint(upperCenterPoint, smallRadius, segmentAngle - 90);

    if (isBigCircle) 
        // 绘制大圆
        drawCircle(canvas, bottomCenterPoint, bigRadius);
    
    // 绘制小圆
    drawCircle(canvas, upperCenterPoint, smallRadius);

    // 绘制梯形
    drawPath(canvas, [M, bottomLeftPoint, L, upperLeftPoint, L, upperRightPoint, L, bottomRightPoint])
    return upperCenterPoint;
,

绘制小鱼尾大小三角形

drawTriangle(canvas, startPoint, findCenterLength, findEdgeLength, fishAngle) 
    canvas.fillStyle = rgba(244, 92,71,0.5)
    // 三角形小鱼尾的摆动角度需要跟着节肢2走
    let triangleAngle = (fishAngle + Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * 35);

    // 底部中心点的坐标
    let centerPoint = MathUtils.calculatePoint(startPoint, findCenterLength, triangleAngle - 180);
    // 三角形底部两个点
    let leftPoint = MathUtils.calculatePoint(centerPoint, findEdgeLength, triangleAngle + 90);
    let rightPoint = MathUtils.calculatePoint(centerPoint, findEdgeLength, triangleAngle - 90);
    // 绘制三角形
    drawPath(canvas, [M, startPoint, L, leftPoint, L, rightPoint])
    //console.log(`makeTriangle#startPoint:$JSON.stringify(startPoint),leftPoint:$JSON.stringify(leftPoint),rightPoint:$JSON.stringify(rightPoint)`)
,

绘制小鱼身

首先得到小鱼身的四个顶点，在得到左右两边的两个控制点，根据这六个点绘制一个封闭的path

drawBody(canvas, headPoint, bodyBottomCenterPoint, fishAngle) 
    this.canvas.globalAlpha = 160 / 255 //加深小鱼身
    // 身体的四个点
    let topLeftPoint = MathUtils.calculatePoint(headPoint, this.HEAD_RADIUS, fishAngle + 90);
    let topRightPoint = MathUtils.calculatePoint(headPoint, this.HEAD_RADIUS, fishAngle - 90);
    let bottomLeftPoint = MathUtils.calculatePoint(bodyBottomCenterPoint, this.BIG_CIRCLE_RADIUS,
        fishAngle + 90);
    let bottomRightPoint = MathUtils.calculatePoint(bodyBottomCenterPoint, this.BIG_CIRCLE_RADIUS,
        fishAngle - 90);

    // 二阶贝塞尔曲线的控制点
    let controlLeft = MathUtils.calculatePoint(headPoint, this.BODY_LENGTH * 0.56, fishAngle + 130);
    let controlRight = MathUtils.calculatePoint(headPoint, this.BODY_LENGTH * 0.56, fishAngle - 130);

    // 画小鱼身
    drawPath(canvas, [M, topLeftPoint, "Q", controlLeft, bottomLeftPoint, "L", bottomRightPoint, "Q", controlRight, topRightPoint])
    this.canvas.globalAlpha = 100 / 255
    ,

小鱼的摆动

摆动

我们通过不断改变小鱼的旋转角度fishAngle来模拟小鱼的摆动，这里可以使用定时器，更为方便的可以使用Animator

startAnimation() 
    if (this.animator == null) 
        //fill: "none" | "forwards" | "backwards" | "both";
        //direction: "normal" | "reverse" | "alternate" | "alternate-reverse";
        var options = 
            duration: 1  * 1000,
            easing: ease,
            iterations: -1,
            direction: "alternate",
            fill: "none",
            begin: -5,
            end: 5
        ;
        this.animator = animator.createAnimator(options)

    
    this.animator.play();

这里startAnimation方法中我们创建了一个Animator,并指定option，option中的参数说明如下

var options = 
    duration: 1  * 1000,    //动画的时长为1s
    easing: ease,         //动画的插值曲线，ease表示先加速在减速
    iterations: -1,         //动画的循环次数，默认是1，-1表示无线循环
    direction: "alternate", //每次动画播放方向，alternate表示先正向播放在反向播放
    fill: "none",           //动画结束后是否动画状态设置，none表示设置为动画初始值
    begin: -5,              //动画插值起始值，这里表示小鱼的起始角度为-5°
    end: 5                  //动画插值结束值，这里表示小鱼的结束角度为5°
;

创建完动画我们通过指定onframe回调，currentValue是动画变化因子，currentValue影响小鱼角度。改完currentValue，我们调用onDraw()进行重绘制

this.animator.onframe = (value)=>
    this.currentValue = Number(value)
    this.onDraw()
;

onDraw()
    let fishAngle = this.fishMainAngle+this.currentValue //得到当前小鱼的角度
    //清除画布
    this.clearCanvas()
    //绘制小鱼头
    this.drawHead(this.canvas)
    ....

效果如下：

:warning:这里虽然实现了小鱼的摆动，但是感觉怪怪的。日常小鱼摆动时，小鱼尾，节肢的幅度和频率要高于小鱼身体，这样才能不能显得呆板。幅度我们在小鱼尾和节肢那里增加一个currentValue相关乘积来扩大振幅。

drawSegment(canvas, bottomCenterPoint, bigRadius,
            smallRadius, findSmallCircleLength, fishAngle,
            isBigCircle) 
    canvas.fillStyle = this.defaultFillStyle
    // 节肢摆动的角度
    let segmentAngle = 0;
    if (isBigCircle) 
        segmentAngle = (fishAngle+this.currentValue*2); //节肢1增大2倍
     else 
        segmentAngle = (fishAngle+this.currentValue*3); //节肢1增大3倍
    

drawTriangle(canvas, startPoint, findCenterLength, findEdgeLength, fishAngle) 
        canvas.fillStyle = rgba(244, 92,71,0.5)
        // 三角形小鱼尾的摆动角度需要跟着节肢2走
        let triangleAngle = fishAngle+this.currentValue*3;

那如何实现动画更新时，小鱼各部位的频率不同呢，这里就涉及小鱼的变频

变频

方案一：对于不同频率的部位分别创建一个Animator，每个Animator分别管理相同部位的频率并绘制。交互比较复杂

方案二：使用正弦函数的周期性。sin(nx)的频率是sin(x)的n倍，如果小鱼的角度公式与sin(nx)相关，那么我们对不同部位设置不同的n值来实现频率不一致，比如头的角度=sin(2x)，尾的角度=sin(3x)，那么尾的频率就是头的1.5倍。

onDraw() 
    this.clearCanvas(
    let fishAngle = (this.fishMainAngle + Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.2)) * 4);
...


drawSegment(canvas, bottomCenterPoint, bigRadius,
            smallRadius, findSmallCircleLength, fishAngle,
            isBigCircle) 
    canvas.fillStyle = this.defaultFillStyle
    // 节肢摆动的角度
    let segmentAngle = 0;
    if (isBigCircle) 
        segmentAngle = (fishAngle + Math.cos(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * 15);
     else 
        segmentAngle = (fishAngle + Math.sin(MathUtils.toRadians(this.currentValue * 1.5)) * 35);
    

如上fishAngle的频率扩大了1.2倍，节肢的频率扩大了1.5倍。sin,cos的角度变化范围，也就是currentValue的end-begin，必须是360度的整数倍，这样才能保证sin,cos的周期性。
我们这里设置begin=0，如下求currentValue的end值

设m = end*1.2/360，n=end*1.5/360
m=end/(360/1.2),n=end/(360/1.5)
m=end/300,n=end/240
end要整除300和240,则end是这两个数的最小公倍数
则end最小为1200

下面是变频的option

var options = 
    duration: 5  * 1000,
    easing: linear,
    iterations: -1,
    direction: "normal",
    fill: "none",
    begin: 0,
    end: 1200 //必须是1200的倍数，1.5/360与1.2/360的最小公倍数是1200

调用

<element src="../fish/fish.hml"></element>
<div class="container">
    <fish id="fish"></fish>
</div>

总结

通过本项目的演练，我们对自定义Canvas，JS动画，三角函数等有了更深的认识

这里只是实现了小鱼摆动和变频，后续有时间会接着增加点击屏幕实现小鱼的游动、游动时的转向、转向变频

源码地址

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