Canvas 动画： atan2 三角函数与鼠标跟随效果

前端达人

发布于 2024-11-25 12:28:08

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这个案例展示了如何使用HTML5的Canvas和JavaScript实现一个动态效果：在画布上绘制一个箭头，并让它实时跟随鼠标移动。这个小项目不仅有趣，还能帮助你理解编程和基本数学概念的实际应用。

项目需求

我们的目标是在一个画布上绘制一个箭头，并让这个箭头随着鼠标的移动自动旋转，始终指向鼠标的位置。

数学基础知识：`atan2`函数

在这个项目中，最关键的数学概念是atan2函数，它帮助我们计算箭头应该如何旋转才能指向鼠标的位置。

dx和dy：这些是鼠标位置和箭头位置之间的水平和垂直距离。dx是x方向上的差值，dy是y方向上的差值。
atan2(dy, dx)是什么？：它是一个特殊的数学函数，用来计算给定的dx和dy所对应的角度。这个角度表示从箭头到鼠标的方向。我们之所以使用atan2，是因为它能够处理所有可能的方向（上下左右斜角），并且它比普通的atan函数更为精确和稳定。

技术要点

让我们来逐步理解项目中涉及的技术要点。

Canvas绘图：
- Canvas是HTML5提供的一个绘图环境。我们使用<canvas>标签来创建一个画布，之后在这个画布上绘制箭头。canvas.getContext('2d')提供了一个2D绘图上下文，通过这个上下文可以绘制图形、设置颜色、处理旋转等操作。
事件监听：
- 我们使用JavaScript的mousemove事件监听器，实时捕捉鼠标在画布上的位置。每次鼠标移动时，事件监听器都会记录鼠标的x和y坐标，这样我们就知道鼠标在哪里了。
图形旋转：
- 当我们知道鼠标的位置后，接下来要做的就是计算箭头应该朝向哪个方向。通过Math.atan2(dy, dx)计算出箭头的旋转角度，然后使用Canvas的rotate方法，让箭头旋转到正确的角度，指向鼠标。

代码展示

<!doctype html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>跟随鼠标移动的箭头</title>
    <style>
        body {
            font-family: Arial, sans-serif;
            display: flex;
            flex-direction: column;
            align-items: center;
            justify-content: center;
            height: 100vh;
            margin: 0;
            background-color: #f0f0f0;
        }
        canvas {
            border: 1px solid #000;
        }
        header {
            margin-bottom: 20px;
        }
        aside {
            margin-top: 10px;
            font-size: 14px;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <header>
        Example from <a href="https://qianduandaren.com"><em>前端达人</em></a>
    </header>
    <canvas id="canvas" width="400" height="400"></canvas>
    <aside>请移动鼠标</aside>

    <script>
        class Utils {
            static captureMouse(element) {
                const mouse = { x: 0, y: 0, event: null };
                element.addEventListener('mousemove', event => {
                    const rect = element.getBoundingClientRect();
                    mouse.x = event.clientX - rect.left;
                    mouse.y = event.clientY - rect.top;
                    mouse.event = event;
                });
                return mouse;
            }
        }

        class Arrow {
            constructor() {
                this.x = 0;
                this.y = 0;
                this.color = "#ffff00";
                this.rotation = 0;
            }

            draw(context) {
                context.save();
                context.translate(this.x, this.y);
                context.rotate(this.rotation);
                context.lineWidth = 2;
                context.fillStyle = this.color;
                context.beginPath();
                context.moveTo(-50, -25);
                context.lineTo(0, -25);
                context.lineTo(0, -50);
                context.lineTo(50, 0);
                context.lineTo(0, 50);
                context.lineTo(0, 25);
                context.lineTo(-50, 25);
                context.lineTo(-50, -25);
                context.closePath();
                context.fill();
                context.stroke();
                context.restore();
            }
        }

        window.onload = () => {
            const canvas = document.getElementById('canvas');
            const context = canvas.getContext('2d');
            const mouse = Utils.captureMouse(canvas);
            const arrow = new Arrow();

            arrow.x = canvas.width / 2;
            arrow.y = canvas.height / 2;

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

                const dx = mouse.x - arrow.x;
                const dy = mouse.y - arrow.y;

                arrow.rotation = Math.atan2(dy, dx);
                arrow.draw(context);
            };

            drawFrame();
        };
    </script>
</body>
</html>

分步解释

1. Canvas设置与初始化

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

获取Canvas元素和上下文：首先，在onload函数中，我们通过getElementById获取HTML中的canvas元素，并通过getContext('2d')获取2D绘图上下文，这个上下文是我们用来绘制图形的基础。

2. 工具类Utils：捕捉鼠标位置

class Utils {
    static captureMouse(element) {
        const mouse = { x: 0, y: 0, event: null };
        element.addEventListener('mousemove', event => {
            const rect = element.getBoundingClientRect();
            mouse.x = event.clientX - rect.left;
            mouse.y = event.clientY - rect.top;
            mouse.event = event;
        });
        return mouse;
    }
}

Utils类简介：

Utils类提供了一个静态方法captureMouse，这个方法的作用是帮助我们实时捕捉鼠标在画布中的位置。

捕捉鼠标位置：

getBoundingClientRect()：用于获取画布相对于浏览器窗口的位置和大小。
监听mousemove事件：每次鼠标在画布上移动时，都会触发mousemove事件，这时我们计算鼠标相对于画布的x、y坐标，并存储在mouse对象中。
最后返回这个mouse对象，以便我们在后续的代码中随时获取鼠标的位置。

3、定义箭头类Arrow

class Arrow {
    constructor() {
        this.x = 0;
        this.y = 0;
        this.color = "#ffff00";
        this.rotation = 0;
    }

    draw(context) {
        context.save();
        context.translate(this.x, this.y);
        context.rotate(this.rotation);
        context.lineWidth = 2;
        context.fillStyle = this.color;
        context.beginPath();
        context.moveTo(-50, -25);
        context.lineTo(0, -25);
        context.lineTo(0, -50);
        context.lineTo(50, 0);
        context.lineTo(0, 50);
        context.lineTo(0, 25);
        context.lineTo(-50, 25);
        context.lineTo(-50, -25);
        context.closePath();
        context.fill();
        context.stroke();
        context.restore();
    }
}

Arrow类用于定义箭头的初始属性，包括位置（x、y）、颜色和旋转角度。
draw方法：用于在画布上绘制箭头。这个方法使用了Canvas的绘图API，首先保存当前绘图状态（context.save()），然后移动并旋转画布（translate和rotate），根据预定的路径绘制出一个箭头形状，最后填充颜色和描边（fill和stroke），并恢复画布状态（context.restore()）。

4.绘制与旋转箭头

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

       const dx = mouse.x - arrow.x;
       const dy = mouse.y - arrow.y;

       arrow.rotation = Math.atan2(dy, dx);
       arrow.draw(context);
   };

   drawFrame();

动画帧更新：使用requestAnimationFrame(drawFrame)来实现平滑的动画效果。这个方法让浏览器在每次重绘时调用drawFrame，从而以高效的方式不断更新箭头的位置和方向。
清除画布：每一帧开始时，我们使用context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height)清空画布，这样就不会看到之前绘制的内容残留。这样做可以确保每次重绘都是干净的。
计算方向：
- dx和dy：计算鼠标相对于箭头的水平和垂直距离。
- 旋转角度：通过Math.atan2(dy, dx)计算出箭头需要旋转的角度。atan2函数根据这两个差值返回一个介于-π到π之间的角度值，表示从箭头位置到鼠标位置的方向。
绘制箭头：在计算完旋转角度后，我们调用arrow.draw(context)，根据新的角度在画布上绘制箭头。这使得箭头能够实时指向鼠标的位置。

结束

这个项目演示了如何使用HTML5的Canvas和JavaScript来创建一个动态的跟随鼠标移动的箭头效果。我们通过atan2函数计算出箭头旋转的角度，并使用Canvas的绘图功能将其实时显示在网页上。通过这个案例，您不仅学会了如何使用Canvas绘图和JavaScript事件监听，还掌握了如何将数学函数应用于实际的编程问题中。

希望这个案例能帮助您更好地理解这些技术，并激发您进一步学习和探索的兴趣！

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原始发表：2024-08-24，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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