在項目中自己使用 Canvas 實現了一下水波圖，在這裡給大家分享一下它的實現原理。 一開始看到波浪，可能不知道從何入手，我們來看看波浪的特徵就會有靈感了。

沒錯，有人肯定會想到，就是 正餘弦曲線！對於波陡很小的波動，一般選擇正弦或餘弦的曲線來表示波形，這是最簡單而又最接近實際波形的表述。這裡我選擇了正弦曲線來實現。

在講實現思路之前，我們來回憶一下正弦曲線的基礎。

正弦曲線

正弦曲線公式：y = A sin(Bx + C) + D

振幅是 A，A 值越大，曲線更陡峭：

週期是 2π/B，B 值大於 1 時，B 值越大，週期越短，B 值小於 1 大於 0 時，週期變長：

相移是 ?C/B，在 B 不變的情況，C 為正值時，曲線向左移動，C 為負值時，曲線向右移動：

垂直位移是 D，控制曲線上下移動：

實現思路

瞭解了正弦曲線的一些屬性，我們可以把這些屬性來控制波浪，

  • 振幅：控制波浪的高度
  • 週期：控制波浪的寬度
  • 相移：控制波浪的水平移動
  • 垂直位移：控制水位的高度

動畫效果的實現主要是利用相移，通過不斷水平移動曲線，產出波浪移動的感覺，然後可以繪製多條曲線，曲線之間通過控制屬性（高度、寬度、移動速度），產生視覺差，就會有波浪起伏的感覺了。

有了這些思路，我們來慢慢實現。

曲線繪製

初始化，定義 Canvas 的寬高：

componentDidMount() {
const self = this;
const canvas = this.refs.canvas;
canvas.height = 500;
canvas.width = 500;
this.canvas = canvas;
this.canvasWidth = canvas.width;
this.canvasHeight = canvas.height;
const ctx = canvas.getContext(2d);
this.drawSin(ctx);
}
render() {
return (
<div className="content page">
<canvas ref="canvas"></canvas>
</div>
);
}

根據定義波浪的參數配置，通過公式： y = 波浪高度 * sin(x * 波浪寬度 + 水平位移)，來繪製正弦曲線：

drawSin(ctx) {
const points = [];
const canvasWidth = this.canvasWidth;
const canvasHeight = this.canvasHeight;
const startX = 0;
const waveWidth = 0.05; // 波浪寬度,數越小越寬
 const waveHeight = 20; // 波浪高度,數越大越高
 const xOffset = 0; // 水平位移

ctx.beginPath();
for (let x = startX; x < startX + canvasWidth; x += 20 / canvasWidth) {
const y = waveHeight * Math.sin((startX + x) * waveWidth + xOffset);
points.push([x, (canvasHeight / 2) + y]);
ctx.lineTo(x, (canvasHeight / 2) + y);
}
ctx.lineTo(canvasWidth, canvasHeight);
ctx.lineTo(startX, canvasHeight);
ctx.lineTo(points[0][0], points[0][1]);
ctx.stroke();
}

曲線繪製完，這時曲線是靜態的，如何讓它動起來？前面思路提到，可以通過不斷改變水平偏移（xOffset），讓曲線水平移動，即可產生動態的效果。

componentDidMount() {
...
this.xOffset = 0; // 初始偏移
 this.speed = 0.1; // 偏移速度
 requestAnimationFrame(this.draw.bind(this, canvas));
}

draw() {
const canvas = this.canvas;
const ctx = canvas.getContext(2d);
ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// 曲線繪製
 this.drawSin(ctx, this.xOffset);
this.xOffset += this.speed;
requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));
}

drawSin(ctx, xOffset = 0) {
...
}

球型繪製

現在我們雛形已經出來了，曲線和動態效果已經實現，上面可以看成是水裝在一個長方體上，如果讓水裝在一個球體上？ 這裡我們用到了 Canvas 的 clip() 方法來定義剪切區域，定義了剪切區域後，瀏覽器會將所有的繪圖操作都限制在本區域內執行，所以我們可以先畫一個圓，定義後面繪製的區域只能在這個圓的區域內，超出部分就不顯示，這樣就能形成浪在一個球體中的效果了。

draw() {
...
if (!this.isDrawCircle) {
this.drawCircle(ctx);
}
this.drawSin(ctx, this.xOffset);
this.xOffset += this.speed;
requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));
}

drawCircle(ctx) {
const r = this.canvasWidth / 2;
const lineWidth = 5;
const cR = r - (lineWidth);
ctx.lineWidth = lineWidth;
ctx.beginPath();
ctx.arc(r, r, cR, 0, 2 * Math.PI);
ctx.stroke();
ctx.clip();
this.isDrawCircle = true;
}

水位控制

是不是有點感覺了，目前還差一點，就是控制水位，也就是映射到數據的百分比。前面如果有留意的話，會發現 正弦曲線 y 坐標的計算，最後會加上 canvasHeight / 2 ，其實這裡就是設置水位了。 我們來看看：y = A sin(Bx + C) + D，曲線的高度有 A 和 D 決定，A 控制波浪的高度，實際水位還是由 D 來控制。 水位的高度，在可視化上含義就是數據的百分比，假設目前的百分比80%，水位的高度就 canvasHeight * 0.8，映射到坐標系統 y 的坐標就是 canvasHeight * (1 - 0.8)。（坐標原點在左上角）。 在動畫效果上除了正弦曲線的水平移動，我們加上水位上升的動效：

componentDidMount() {
...
this.xOffset = 0;
this.speed = 0.1;
// 水位數值
 this.rangeValue = 0.6;
// 初始水位
 this.nowRange = 0;
requestAnimationFrame(this.draw.bind(this, canvas));
}

draw() {
...
this.drawSin(ctx, this.xOffset, this.nowRange);
this.xOffset += this.speed;
if (this.nowRange < this.rangeValue) {
this.nowRange += 0.01;
}
requestAnimationFrame(this.draw.bind(this));
}

drawCircle(ctx) {
...
}

drawSin(ctx, xOffset = 0, nowRange = 0) {
...
for (let x = startX; x < startX + canvasWidth; x += 20 / canvasWidth) {
const y = waveHeight * Math.sin((startX + x) * waveWidth + xOffset);
points.push([x, (1 - nowRange) * canvasHeight + y]);
ctx.lineTo(x, (1 - nowRange) * canvasHeight + y);
}
...
}

最終效果

最後我們加上顏色，再加多一條正弦曲線，就會有波浪起伏的感覺了。

在上面球型繪製的時候，我們用到剪切區域的方法來實現，有些人肯定會想到，這時我不用圓去裁切，而是用其他形狀，就可以創造出水在各種容器的效果了。

源代碼：github.com/beyondxgb/wa


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