使用贝塞尔曲线实现水波球

前言

最近需求中要实现一个水波球的效果，于是在网上查找了一番。发现网上的实现方式大多是用正余弦公式去绘制一个个点，然后再连接成曲线。个人感觉使用正余弦的方式有点麻烦，Canvas 中有提供贝塞尔曲线函数可以画出平滑的曲线来模拟水波，于是自己动手实现了一下。效果如下 https://codepen.io/geeknoble/pen/PooQzwQ

实现思路

水波球由一个圆和波浪区域组成，重点在于波浪区域的实现。波浪区域可以先画一个长方形，然后将上面的边用一条贝塞尔曲线链接，再将该区域与圆进行裁剪就能得到一个水波球图形, 如图所示：

裁剪后

首先用 Canvas 画一个以中心为圆心，1/ 2 宽为半径的圆。

function drawCircle(ctx, mW, color) {ctx.beginPath();
      ctx.strokeStyle = color;
      // 以中心为圆点，1/ 2 边长为半径
      ctx.arc(mW / 2, mW / 2, mW / 2 - 1, 0, 2 * Math.PI);
      ctx.stroke();
      ctx.beginPath();
      ctx.arc(mW / 2, mW / 2, mW / 2 - 2, 0, 2 * Math.PI);
      ctx.clip();}
    var canvas1 = document.getElementById('canvas')

      var mW = canvas1.clientWidth;
      // console.log(mW);
      // 设置 Canvas 元素的高
      canvas1.style.height = mW;
      // 设置 Canvas 画布的宽高
      canvas1.width = canvas1.height = mW;
      drawCircle(ctx1, mW, '#1a4768');

然后用贝塞尔函数画曲线，贝塞尔曲线有三次函数和二次函数。如果画静态的水波球那么用三次贝塞尔曲线就可以了，两个控制点一个向上，一个向下就能画出一个类似水波的曲线。但如果是有动画的就不行了，这样画出的曲线 1 / 4 处与 1 / 2 处并不对称，动起来会感觉很变扭。带动画的可以画两条二次贝塞尔曲线，这样画出前后都对称的曲线。

function drawCurve(ctx, mW, color, wav, dY) {ctx.save();
      ctx.beginPath();
      ctx.moveTo(0, mW);
      ctx.lineTo(0, dY);
      // 三次贝塞尔曲线画一个就可以了
      //ctx.bezierCurveTo(mW / 4, dY - wav, mW * 3/4, dY + wav, mW, dY)
      // 二次贝塞尔曲线需要画两条
      ctx.quadraticCurveTo(mW / 4, dY - wav, mW / 2, dY);
      ctx.lineTo(mW / 2, dY)
      ctx.quadraticCurveTo((mW * 3) / 4, dY + wav, mW, dY);
      ctx.lineTo(mW, mW);
      ctx.lineTo(0, mW);
      ctx.fillStyle = color;
      ctx.fill();
      ctx.restore();}
    ...
    drawCircle(ctx1, mW, '#1a4768');
    drawCurve(ctx2, mW, '#1c86d1', wave, mW - mW * rate);

（三次贝塞尔曲线画出的）

（二次贝塞尔曲线画出的）

动画实现

静态的波浪有了，之后就是让它动起来，只要将波浪区域水平移动起来就可以看到动态的效果了。这里我用离屏 Canvas 的方式来绘制动画，因为这样实现比较方便，并且性能开销小。实现方式就是一个 Canvas 画圆，再建一个 Canvas 画波浪区域，用 drawImage 方法不断绘制。

var canvas1 = document.getElementById('canvas')

      var mW = canvas1.clientWidth;
      // console.log(mW);
      // 设置 Canvas 元素的高
      canvas1.style.height = mW;
      // 设置 Canvas 画布的宽高
      canvas1.width = canvas1.height = mW;

      var canvas2 = document.createElement('canvas'),
        ctx2 = canvas2.getContext('2d');
      canvas2.width = mW;
      canvas2.height = mW;
      
      drawCircle(ctx1, mW, '#1a4768');
      drawCurve(ctx2, mW, '#1c86d1', wave, mW - mW * rate);
      
      function animation() {ctx1.clearRect(0, 0, mW, mW)
        
        // 这里要画两个以免出现空白
        ctx1.drawImage(canvas2, x, 0)
        ctx1.drawImage(canvas2, x - mW , 0)
       
        // 边界判断
        x >= (mW - speed) ? x = 0 : x += speed
        requestAnimationFrame(animation)
      }
      animation()

现在看起来还不错，但仔细观察可以发现球内只能显示一个周期的曲线，我想让波浪更长一点怎么弄呢？这里可以用 drawImage 的一个特性实现，drawImage3 个参数情况下被裁剪的图片的尺寸是该图片本身的尺寸，drawImage5 个参数中后两个参数是可以控制被裁剪图片的大小，实际上 ctx.drawImage(canvas, 0, 0) 等价于 ctx.drawImage(canvas, 0, 0, canvas.width, canvas.height), 后两个参数可以对裁剪的图片进行缩放。那么把 x 加大波浪就会被拉长。

...
var flat = 300
function animation() {ctx1.clearRect(0, 0, mW, mW)
        
        // 这里要画两个以免出现空白
        ctx1.drawImage(canvas2, x, 0, mW + flat, mW)
        ctx1.drawImage(canvas2, x - mW - flat, 0, mW + flat, mW)
       
        // 边界判断
        x >= (mW - speed + flat) ? x = 0 : x += speed
        requestAnimationFrame(animation)
      }
      animation()

如果想再加一条波浪，那么再加一个 Canvas 就行了，再画上不同的颜色，并在 x 轴上加个偏差值。

function animation() {ctx1.clearRect(0, 0, mW, mW)
        
        ctx1.drawImage(canvas2, x, 0, mW + flat, mW)
        ctx1.drawImage(canvas2, x - mW - flat, 0, mW + flat, mW)
        ctx1.drawImage(canvas3, x + distance, 0, mW + flat, mW)
        ctx1.drawImage(canvas3, x - mW + distance - flat, 0, mW + flat, mW)
       
        // 边界判断
        x >= (mW - speed + flat) ? x = 0 : x += speed
        requestAnimationFrame(animation)
      }
      animation()