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使用CSS实现碰撞检测效果

2023-08-24 15:56:15 ChokCoco

本文，我们将一起学习，使用纯 CSS，实现如下所示的动画效果：

上面的动画效果，非常有意思，核心有两点：

小球随机做 X、Y 方向的直线运动，并且能够实现碰撞到边界的时候，实现反弹效果
小球在碰撞边界的瞬间，颜色发生随机的变化

嗯？很有意思的效果。看上去，我们好像使用 CSS 实现了碰撞检测。

然而，实际情况真的是这样吗？让我们一起一探究竟！

实现 X 轴方向的运动

这里其实我们并没有实现碰撞检测，因为小球和小球之间接触时，并没有发生碰撞效果。

我们只实现了，小球与边界之间的碰撞反应。不过这里，也并非碰撞检测，我们只需要设置好单个方向的运动动画，并且设置 animation-direction: alternate; 即可！

下面，我们一起来实现单个方向上的运动动画：

<div></div>

div {
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100px;
    height: 100px;
    border-radius: 50%;
    background: #0cf;
    animation: horizontal 3s infinite linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
    from { 
        left: 0;
    }
    to { 
        left: calc(100vw - 100px);
    }
}

简单解读一下：

元素设置为 position: absolute 绝对定位，利用 left 进行 X 轴方向的运动
我们让元素 div 运动的距离为 left: calc(100vw - 100px)，元素本身的高宽都是 100px，因此相当于运动到屏幕的最右侧
动画设置了 alternate 也就是 animation-direction: alternate; 的简写，表示动画在每个循环中正反交替播放

这样，我们就巧妙的实现了，在视觉上，小球元素移动到最右侧边界时，回弹的效果：

如法炮制 Y 轴方向的运动

好，有了上面的铺垫，我们只需要再如法炮制 Y 轴方向的运动即可。

利用元素的 top 进行 Y 轴方向的运动：

div {
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100px;
    height: 100px;
    border-radius: 50%;
    background: #0cf;
    animation: 
        horizontal 3s infinite linear alternate,
        vertical 3s infinite  linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
    from { 
        left: 0;
    }
    to { 
        left: calc(100vw - 100px);
    }
}
@keyframes vertical {
    from { 
        top: 0;
    }
    to { 
        top: calc(100vh - 100px);
    }
}

我们增加了一个 vertical 3s infinite linear alternate Y 轴的运动动画，实现小球从 top: 0 到 top: calc(100vh - 100px); 的运动。

这样，我们就成功的得到了 X、Y 两个方向上的小球运动，它们叠加在一起的效果如下：

颜色的变化可以忽略，GIF 录制问题。

当然，此时的问题在于，缺少了随机性，小球的始终在左上和右下角之间来回运动。

为了解决这个问题，我们需要添加一定的随机性，这个问题也要解决，我们只需要让两个方向上运动时间不一致即可。

我们修改一下代码，让 X、Y 轴的运动时长不一致即可：

div {
    position: absolute;
    // ...
    animation: 
        horizontal 2.6s infinite linear alternate,
        vertical 1.9s infinite  linear alternate;
}

如此一来，整体的效果就好上了不少，由于整个动画是无限反复进行的，随着时间的推进，整个动画呈现出来的就是无序、随机的运动：

使用 transform 替代 top、left

当然，上面的效果基本上没有什么太大的问题了，但是代码层面不够优雅，主要有两点问题：

元素移动使用的是 top 和 left，性能相对较差，需要使用 transform 进行替代
代码中 hardcode 了 100px，由于 DEMO 中小球的大小是 100px x 100px，并且在动画的代码中也使用了 100px 这个值进行了运动终态的计算，因此如果想修改小球的元素大小，需要改动地方较多

上述两个问题，使用 transform: translate() 都可以解决，但是我们为什么一开始不用 transform 呢？

我们来尝试一下，使用 transform 替代 top、left：

div {
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100px;
    height: 100px;
    border-radius: 50%;
    background: #0cf;
    animation: 
        horizontal 2.6s infinite linear alternate,
        vertical 1.9s infinite  linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
    from { transform: translateX(0); }
    to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
    from { transform: translateY(0); }
    to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}

上述代码中，我们使用了 transform 替代 top、left 运动。并且，将动画代码中的 100px 替换成了 100%，这一点的好处是，在 transform: translate 中，100% 表示的是元素本身的高宽，这样，当我们改变元素本身的大小时，就无需再改变 @keyframes 中的代码，通用性更强。

我们来看看修改后的效果：

有点问题！预想中的效果并没有出现，整个动画只有 Y 轴方向上的动画效果。

这是什么原因呢？

其本质在于，定义的 vertical 1.9s infinite linear alternate 的垂直方向的动画效果覆盖了在其之前定义的 transform: translateX(calc(100vw - 100%)) 动画效果。

说人话就是 X、Y 轴的动画都使用了 transform 属性，两者之间造成了冲突。

使用 animation-composition 进行动画合成

在之前，这种情况基本是无解的，常见的解决方案就是：

解法一：使用 top、left 替代 transform
解法二：多一层嵌套，将一个方向的动画拆解到元素的父元素上

不过，到今天，这个问题有了更好的解法！也就是 CSS animation 家族中的新属性 —— animation-composition。

这是一个非常新的属性，表示动画合成属性，从 Chrome 112 版本开始支持。

有三种不同的取值：

{
    animation-composition: replace;        // 表示动画值替换
    animation-composition: add;              // 表示动画值追加
    animation-composition: accumulate; // 表示动画值累加
}

本文不会详细介绍 animation-composition，感兴趣的可以看看 MDN 的属性介绍或者 XBOXYAN 大佬的这篇文章css简单动画之transition属性详解

这里，基于上面的代码，我们只需要再多设置一个 animation-composition: accumulate 即可解决问题：

div {
    animation: 
        horizontal 2.6s infinite linear alternate,
        vertical 1.9s infinite  linear alternate;
    animation-composition: accumulate;
}

此时，我们就能通过一个元素，利用 transform 得到 X、Y 两个方向位移动画的合成效果，也就是我们想要的效果：

使用 steps 实现颜色切换

解决了位移动画的问题，我们就只剩下最后一个问题了，如何在碰撞的瞬间，实现颜色的切换？

这里也非常好解决，由于我们是知道每一轮 X、Y 方向上的动画时长的，那我们只需要在每次这个结点上，切换一次颜色即可。

并且，由于颜色不是过渡变换，而是直接的跳变，所以，我们需要用到 animation 中的 animation-timing-function: steps()，也就是步骤缓动函数。

对 animation-timing-function: steps() 还不太了解的，可能需要先补一补基础，可以看看这一篇文章：深入浅出 CSS 动画

举个例子，假设 X 方向上，单次的动画时长为 3s，那我们可以设置一个 steps(10) 的颜色动画，总时长为 30s，这样，每隔 3s 就会触发一次 steps() 步骤动画，颜色的变化就能够和小球与边界的碰撞动画发生在同一时刻。

那如何快速实现颜色的变化呢？利用 filter: hue-rotate() 即可快速实现颜色的变化。

理解一下下面的代码：

<div class="normal"></div>
<div class="steps"></div>

div {
    width: 200px;
    height: 200px;
    background: #fc0;
}
.normal {
    animation: colorChange 10s linear infinite;
}
.steps {
    animation: colorChange 10s steps(5) infinite;
}
@keyframes colorChange {
    100% {
        filter: hue-rotate(360deg);
    }
}

这里，我们用 filter: hue-rotate(360deg) 的改变，实现颜色的变化，观察下面的动图，理解 steps(5) 的作用。

animation: colorChange 10s linear infinite 表示背景动画的过渡变化
animation: colorChange 10s steps(5) infinite，这里表示 10s 的动画分成 5 步，每两秒，会触发一次动画：

效果如下：

理解了这一步，我们就可以把颜色的变化，也一起叠加到上述的小球变化中：

div {
    animation: 
        horizontal 2.6s infinite linear alternate,
        vertical 2s infinite  linear alternate,
        colorX 26s infinite steps(10),
        colorY 14s infinite steps(7);
    animation-composition: accumulate;
}
@keyframes horizontal {
    from { transform: translateX(0); }
    to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
    from { transform: translateY(0); }
    to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}
@keyframes colorX {
    to {
        filter: hue-rotate(360deg);
    }
}
@keyframes colorY {
    to {
        filter: hue-rotate(360deg);
    }
}

这样，我们就成功的得到了题图中的效果：

完整的代码，你可以戳这里：Random Circle Path

应用于图片效果、应用与多粒子效果

OK，上面，我们就把整个效果的完整原理剖析了一遍。

掌握了整个原理之后，我们就可以把这个效果应用于不同场景中。

譬如，假设我们有这么一张图片：

基于上面的效果，稍加改造，我们就可以得到类似的如下效果：

<div></div>

div {
    width: 220px;
    height: 97px;
    background: linear-gradient(#f00, #f00), url(https://s1.ax1x.com/2023/08/15/pPQm9oT.jpg);
    background-blend-mode: lighten;
    background-size: contain; 
    animation: horizontal 3.7s infinite -1.4s linear alternate,
            vertical 4.1s infinite -2.1s linear alternate,
            colorX 37s infinite -1.4s steps(10),
            colorY 28.7s infinite -2.1s steps(7);
    animation-composition: accumulate;
}
@keyframes horizontal {
    from { transform: translateX(0); }
    to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
    from { transform: translateY(0); }
    to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}
@keyframes colorX {
    to {
        filter: hue-rotate(2185deg);
    }
}
@keyframes colorY {
    to {
        filter: hue-rotate(1769deg);
    }
}

效果如下：

上面的 DEMO 是基于元素背景色的，本 DEMO 是基于图片的，因此这里多了一步，利用 mix-blend-mode，实现了图片颜色的变化。

完整的代码，你可以戳这里：CodePen Demo -- Random DVD Path

实现多粒子碰撞

OK，我们再进一步，基于上面的效果，我们可以实现各种有趣的粒子效果，如果同时让页面存在 1000 个粒子呢？

下面是我使用 CSS-Doodle 实现的纯 CSS 的粒子效果，其核心原理与上面的保持一致，只是添加了更多的随机性：

Amazing！是不是非常有趣，整个效果的代码基于 CSS-doodle 的语法，不超过 40 行。完整的代码，你可以戳这里：CSS Doodle - CSS Particles Animation

最后

总结一下，本文介绍了如何巧妙的利用 CSS 中的各种高阶技巧，组合实现类似于碰撞场景的动画效果。创建出了非常有趣的 CSS 动画，期间各种技巧的组合运用，值得好好琢磨学习。

到此这篇关于使用CSS实现碰撞检测效果的文章就介绍到这了,更多相关css碰撞检测内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持脚本之家！