使用HTML5 canvas实现一个简单的粒子引擎代码实例

前言

好吧，说是“粒子引擎”还是大言不惭而标题党了，离真正的粒子引擎还有点远。废话少说，先看demo

本文将教会你做一个简单的canvas粒子制造器（下称引擎）。

世界观

这个简单的引擎里需要有三种元素：世界(World)、发射器(Launcher)、粒子(Grain)。总得来说就是：发射器存在于世界之中，发射器制造粒子，世界和发射器都会影响粒子的状态，每个粒子在经过世界和发射器的影响之后，计算出下一刻的位置，把自己画出来。

世界(World)

所谓“世界”，就是全局影响那些存在于这这个“世界”的粒子的环境。一个粒子如果选择存在于这个“世界”里，那么这个粒子将会受到这个“世界”的影响。

发射器(Launcher)

用来发射粒子的单位。他们能控制粒子生成的粒子的各种属性。作为粒子们的爹妈，发射器能够控制粒子的出生属性：出生的位置、出生的大小、寿命、是否受到“World”的影响、是否受到"Launcher"本身的影响等等……

除此之外，发射器本身还要把自己生出来的已经死去的粒子清扫掉。

粒子(Grain)

最小基本单位，就是每一个骚动的个体。每一个个体都拥有自己的位置、大小、寿命、是否受到同名度的影响等属性，这样才能在canvas上每时每刻准确描绘出他们的形态。

粒子绘制主逻辑

上面就是粒子绘制的主要逻辑。

我们先来看看世界需要什么。

创造一个世界

不知道为什么我理所当然得会想到世界应该有重力加速度。但是光有重力加速度不能表现出很多花样，于是这里我给他增加了另外两种影响因素：热气和风。重力加速度和热气他们的方向是垂直的，风影响方向是水平的，有了这三个东西，我们就能让粒子动得很风骚了。

一些状态（比如粒子的存亡）的维护需要有时间标志，那么我们把时间也加入到世界里吧，这样方便后期做时间暂停、逆流的效果。

define(function(require, exports, module) {
    var Util = require('./Util');
    var Launcher = require('./Launcher');

    /**
     * 世界构造函数
     * @param config
     *          backgroundImage     背景图片
     *          canvas              canvas引用
     *          context             canvas的context
     *
     *          time                世界时间
     *
     *          gravity             重力加速度
     *
     *          heat                热力
     *          heatEnable          热力开关
     *          minHeat             随机最小热力
     *          maxHeat             随机最大热力
     *
     *          wind                风力
     *          windEnable          风力开关
     *          minWind             随机最小风力
     *          maxWind             随机最大风力
     *
     *          timeProgress        时间进步单位，用于控制时间速度
     *          launchers           属于这个世界的发射器队列
     * @constructor
     */
    function World(config){
        //太长了，略去细节
    }
    World.prototype.updateStatus = function(){};
    World.prototype.timeTick = function(){};
    World.prototype.createLauncher = function(config){};
    World.prototype.drawBackground = function(){};
    module.exports = World;
});

大家都知道，画动画就是不断得重画，所以我们需要暴露出一个方法，提供给外部循环调用:

/**
 * 循环触发函数
 * 在满足条件的时候触发
 * 比如RequestAnimationFrame回调，或者setTimeout回调之后循环触发的
 * 用于维持World的生命
 */
 
World.prototype.timeTick = function(){

    //更新世界各种状态
    this.updateStatus();

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

    //触发所有发射器的循环调用函数
    for(var i = 0;i<this.launchers.length;i++){
        this.launchers[i].updateLauncherStatus();
        this.launchers[i].createGrain(1);
        this.launchers[i].paintGrain();
    }
};

这个timeTick方法在外部循环调用时，每次都做着这几件事：

1. 更新世界状态

2. 清空画布重新绘制背景

3. 轮询全世界所有发射器，并更新它们的状态，创建新的粒子，绘制粒子

那么，世界的状态到底有哪些要更新？

显然，每一次都要让时间往前增加一点是容易想到的。其次，为了让粒子尽可能动得风骚，我们让风和热力的状态都保持不稳定——每一阵风和每一阵热浪，都是你意识不到的~

World.prototype.updateStatus = function(){
    this.time+=this.timeProgress;
    this.wind = Util.randomFloat(this.minWind,this.maxWind);
    this.heat = Util.randomFloat(this.minHeat,this.maxHeat);
};

世界造出来了，我们还得让世界能造粒子发射器呀，要不然怎么造粒子呢~

World.prototype.createLauncher = function(config){
    var _launcher = new Launcher(config);
    this.launchers.push(_launcher);
};

好了，做为上帝，我们已经把世界打造得差不多了，接下来就是捏造各种各样的生灵了。

捏出第一个生物：发射器

发射器是世界上的第一种生物，依靠发射器才能繁衍出千奇百怪的粒子。那么发射器需要具备什么特征呢？

首先，它是属于哪个世界的得搞清楚（因为这个世界可能不止一个世界）。

其次，就是发射器本身的状态：位置、自身体系内的风力、热力，可以说：发射器就是一个世界里的小世界。

最后就是描述一下他的“基因”了，发射器的基因会影响到他们的后代（粒子）。我们赋予发射器越多的“基因”，那么他们的后代就会有更多的生物特征。具体看下面的良心注释代码吧~

define(function (require, exports, module) {
    var Util = require('./Util');
    var Grain = require('./Grain');

    /**
     * 发射器构造函数
     * @param config
     *          id              身份标识用于后续可视化编辑器的维护
     *          world           这个launcher的宿主
     *
     *          grainImage      粒子图片
     *          grainList       粒子队列
     *          grainLife       产生的粒子的生命
     *          grainLifeRange  粒子生命波动范围
     *          maxAliveCount   最大存活粒子数量
     *
     *          x               发射器位置x
     *          y               发射器位置y
     *          rangeX          发射器位置x波动范围
     *          rangeY          发射器位置y波动范围
     *
     *          sizeX           粒子横向大小
     *          sizeY           粒子纵向大小
     *          sizeRange       粒子大小波动范围
     *
     *          mass            粒子质量（暂时没什么用）
     *          massRange       粒子质量波动范围
     *
     *          heat            发射器自身体系的热气
     *          heatEnable      发射器自身体系的热气生效开关
     *          minHeat         随机热气最小值
     *          maxHeat         随机热气最小值
     *
     *          wind            发射器自身体系的风力
     *          windEnable      发射器自身体系的风力生效开关
     *          minWind         随机风力最小值
     *          maxWind         随机风力最小值
     *
     *          grainInfluencedByWorldWind      粒子受到世界风力影响开关
     *          grainInfluencedByWorldHeat      粒子受到世界热气影响开关
     *          grainInfluencedByWorldGravity   粒子受到世界重力影响开关
     *
     *          grainInfluencedByLauncherWind   粒子受到发射器风力影响开关
     *          grainInfluencedByLauncherHeat   粒子受到发射器热气影响开关
     *
     * @constructor
     */

    function Launcher(config) {
        //太长了，略去细节
    }

    Launcher.prototype.updateLauncherStatus = function () {};
    Launcher.prototype.swipeDeadGrain = function (grain_id) {};
    Launcher.prototype.createGrain = function (count) {};
    Launcher.prototype.paintGrain = function () {};

    module.exports = Launcher;

});

发射器要负责生孩子啊，怎么生呢：

 Launcher.prototype.createGrain = function (count) {
        if (count + this.grainList.length <= this.maxAliveCount) {
            //新建了count个加上旧的还没达到最大数额限制
        } else if (this.grainList.length >= this.maxAliveCount &&
            count + this.grainList.length > this.maxAlive