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JavaScript Canvas实现可等分旋转圆盘及频闪效应模拟

心靈之曲

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发布时间:2025-11-17 12:27:05

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来源于php中文网

原创

javascript canvas实现可等分旋转圆盘及频闪效应模拟

本教程详细指导如何在HTML5 Canvas上绘制一个可等分、旋转的圆盘,并模拟频闪效应。文章通过优化现有JavaScript代码,展示了如何将圆盘精确划分为多个等份,并为其中特定部分着色。此外,教程还探讨了频闪效应中采样频率与旋转频率之间的关系,特别是可能导致180度相位变化的特殊情况,并提供了完整的实现代码。

引言

在可视化和动画领域,使用HTML5 Canvas绘制动态图形是常见的需求。本教程将深入探讨如何利用Canvas 2D上下文,实现一个可自定义等分数量并持续旋转的圆盘。在此基础上,我们将结合频闪效应(Stroboscopic Effect)的原理,通过模拟采样视角来展示物体在不同采样频率下的视觉表现。我们将从一个现有的频闪效果代码出发,对其进行功能扩展和优化,以满足将圆盘划分为三份或更多等份,并对其中特定“分隔线”进行着色的需求。

Canvas绘图基础与频闪效应原理

HTML5 Canvas提供了一个强大的2D绘图API,允许开发者通过JavaScript在网页上绘制图形。核心概念包括:

  • canvas元素: HTML中的画布容器。
  • context对象: 通过canvas.getContext('2d')获取,提供了一系列绘图方法。
  • 路径绘制: 使用beginPath()开始新路径,moveTo(x, y)移动到指定点,lineTo(x, y)从当前点画线到指定点,arc(x, y, radius, startAngle, endAngle)绘制圆弧,stroke()描边路径,fill()填充路径。
  • 样式设置: strokeStyle设置描边颜色,fillStyle设置填充颜色,lineWidth设置线宽等。

频闪效应是一种光学现象,当观察者以周期性闪光(或采样)观察一个周期性运动的物体时,物体的运动状态会发生视觉上的改变。在代码模拟中,这通常通过两个角度来体现:

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  • wheel_angle: 代表圆盘的实际旋转角度,它会随时间连续更新。
  • camera_angle: 代表“相机”或“观察者”的采样角度,它以较低的、离散的频率从wheel_angle中获取值。

当wheel_angle的更新频率(即圆盘的实际转速)与camera_angle的采样频率(由frames_skip和fps决定)之间存在特定关系时,我们便能观察到圆盘静止、慢速旋转或反向旋转的频闪效果。

实现圆盘等分与旋转

原始代码通过绘制一条贯穿圆心的直径线来将圆盘一分为二。为了实现将圆盘划分为N个等份,我们需要调整绘图逻辑,使其能够绘制从圆心到圆周上等分点的多条径向线。

Anakin
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多等分圆盘的数学逻辑

要将一个圆盘等分为N份,每份之间的角度间隔为 360 / N 度。绘制这些等分线时,每一条线都应从圆心出发,延伸到圆周上对应的角度位置。

例如,对于三等分圆盘(N=3),角度间隔为 360 / 3 = 120 度。如果第一条径向线位于wheel_angle,那么接下来的两条线将分别位于wheel_angle + 120度和wheel_angle + 240度。

修改render函数

核心修改集中在render()函数中,该函数负责绘制Canvas上的所有图形。我们将重构绘制径向线的逻辑,以支持任意数量的等分。

function render() {
    context.fillStyle = "#000000";
    context.fillRect(0, 0, canvas_width, canvas_height);

    context.strokeStyle = "#ffffff";
    context.beginPath();
    context.moveTo(canvas_width / 2, 0);
    context.lineTo(canvas_width / 2, canvas_height);
    context.stroke();

    // 定义等分数
    const divisions = 3; // 可以根据需求修改为更多等分,例如4, 5, 6等
    const angleStep = 360 / divisions; // 计算每份的角度步长

    // 绘制左侧圆盘 (实际旋转)
    const x1 = canvas_width / 4, y1 = canvas_height / 2 + y_offset; // 左侧圆心

    // 绘制圆盘的径向分隔线
    for (let i = 0; i < divisions; i++) {
        const currentAngle = wheel_angle + i * angleStep;
        context.strokeStyle = "#ff51ff"; // 默认分隔线颜色
        // 如果需要为特定分隔线着色,可以在这里添加条件判断
        // if (i === 0) { // 例如,让第一条径向线变为红色
        //     context.strokeStyle = "#ff0000";
        // }

        context.beginPath(); // 每绘制一条线重新开始路径,确保独立样式
        context.moveTo(x1, y1); // 移到圆心
        context.lineTo(x1 + wheel_radius * Math.cos(toRadian(currentAngle)), y1 - wheel_radius * Math.sin(toRadian(currentAngle)));
        context.stroke(); // 描边当前路径
    }

    // 绘制左侧圆盘的外圆
    context.beginPath();
    context.arc(canvas_width / 4, canvas_height / 2 + y_offset, wheel_radius, 0, 2 * Math.PI);
    context.strokeStyle = "#ff51ff"; // 确保外圆颜色正确
    context.stroke();

    // 绘制右侧圆盘 (采样视角)
    const x2 = 3 * canvas_width / 4, y2 = y1; // 右侧圆心
    for (let i = 0; i < divisions; i++) {
        const currentAngle = camera_angle + i * angleStep;
        context.strokeStyle = "#00ff00"; // 默认分隔线颜色
        context.beginPath();
        context.moveTo(x2, y2); // 移到圆心
        context.lineTo(x2 + wheel_radius * Math.cos(toRadian(currentAngle)), y2 - wheel_radius * Math.sin(toRadian(currentAngle)));
        context.stroke();
    }

    // 绘制右侧圆盘的外圆
    context.beginPath();
    context.arc(3 * canvas_width / 4, canvas_height / 2 + y_offset, wheel_radius, 0, 2 * Math.PI);
    context.strokeStyle = "#00ff00"; // 确保外圆颜色正确
    context.stroke();

    // ... (其他文本绘制代码保持不变)
    if (mobile) {
        context.font = "15px Arial";
    }
    else {
        context.font = "30px Arial";
    }
    context.textAlign = "center";
    context.fillStyle = "#ffffff";
    context.fillText("Base", canvas_width / 4, 30);
    context.fillText("Teste Aliasing", 3 * canvas_width / 4, 30);
}

关键修改点解释:

  1. divisions常量: 定义了圆盘的等分数,便于修改和扩展。
  2. angleStep: 根据divisions计算出每份的度数。
  3. 循环绘制: 使用for循环迭代divisions次,每次计算一个径向线的角度(currentAngle)。
  4. context.beginPath()和context.stroke(): 为了使每条径向线能够独立设置样式(例如颜色),每次绘制一条线时,都应该调用beginPath()开始新路径,绘制完后立即调用stroke()描边,然后再次beginPath()为下一条线做准备。
  5. 恢复strokeStyle: 在绘制完径向线后,确保将strokeStyle恢复到绘制外圆的颜色,以避免外圆被意外着色。

为特定部分着色

根据需求,我们可能希望“半个分隔线”或“某个分隔线”呈现不同的颜色。由于分隔线是径向线,将其“半个”着色不同颜色会使代码复杂化且视觉效果不明显。更常见的做法是使某一条完整的径向线某个扇形区域呈现不同颜色。在此,我们演示如何使其中一条径向线颜色不同。

在上述render函数的径向线绘制循环中,我们可以通过条件判断来改变特定线条的颜色:

// ... (在render函数中,左侧圆盘的径向线绘制循环内)
for (let i = 0; i < divisions; i++) {
    const currentAngle = wheel_angle + i * angleStep;

    // 为第一条径向线设置不同的颜色
    if (i === 0) { 
        context.strokeStyle = "#ff0000"; // 红色
    } else {
        context.strokeStyle = "#ff51ff"; // 其他线保持原色
    }

    context.beginPath(); 
    context.moveTo(x1, y1); 
    context.lineTo(x1 + wheel_radius * Math.cos(toRadian(currentAngle)), y1

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