原创来自于博客http://www.romancortes.com/blog/1k-rose/
中文版翻译于http://www.csdn.net/article/2012-02-09/311621 有增改
本文详细出自http://www.shiyanlou.com/courses/197 转载请注明出处。
先放压缩过的html代码,把下段代码复制到你的新建的html文件用浏览器打开就能看到一个玫瑰。我们管它叫生产版好了,三步就能完成。
在文档的最后附上一个简单的开发版本,供大家定制 :-)
情人节这么浪漫的告白,快去试试吧,送她或者他一朵与众不同的玫瑰花
<!DOCTYPE HTML> <html> <head> <title>Rose</title> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"> </head> <body style="margin-left:350px"> <canvas id="c"></canvas> <script> var b = document.body; var c = document.getElementsByTagName('canvas')[0]; var a = c.getContext('2d'); document.body.clientWidth; </script> <script> with(m=Math)C=cos,S=sin,P=pow,R=random;c.width=c.height=f=600;h=-250;function p(a,b,c){if(c>60)return[S(a*7)*(13+5/(.2+P(b*4,4)))-S(b)*50,b*f+50,625+C(a*7)*(13+5/(.2+P(b*4,4)))+b*400,a*1-b/2,a];A=a*2-1;B=b*2-1;if(A*A+B*B<1){if(c>37){n=(j=c&1)?6:4;o=.5/(a+.01)+C(b*125)*3-a*300;w=b*h;return[o*C(n)+w*S(n)+j*610-390,o*S(n)-w*C(n)+550-j*350,1180+C(B+A)*99-j*300,.4-a*.1+P(1-B*B,-h*6)*.15-a*b*.4+C(a+b)/5+P(C((o*(a+1)+(B>0?w:-w))/25),30)*.1*(1-B*B),o/1e3+.7-o*w*3e-6]}if(c>32){c=c*1.16-.15;o=a*45-20;w=b*b*h;z=o*S(c)+w*C(c)+620;return[o*C(c)-w*S(c),28+C(B*.5)*99-b*b*b*60-z/2-h,z,(b*b*.3+P((1-(A*A)),7)*.15+.3)*b,b*.7]}o=A*(2-b)*(80-c*2);w=99-C(A)*120-C(b)*(-h-c*4.9)+C(P(1-b,7))*50+c*2;z=o*S(c)+w*C(c)+700;return[o*C(c)-w*S(c),B*99-C(P(b, 7))*50-c/3-z/1.35+450,z,(1-b/1.2)*.9+a*.1, P((1-b),20)/4+.05]}}setInterval('for(i=0;i<1e4;i++)if(s=p(R(),R(),i%46/.74)){z=s[2];x=~~(s[0]*f/z-h);y=~~(s[1]*f/z-h);if(!m[q=y*f+x]|m[q]>z)m[q]=z,a.fillStyle="rgb("+~(s[3]*h)+","+~(s[4]*h)+","+~(s[3]*s[3]*-80)+")",a.fillRect(x,y,1,1)}',0) </script> </body> </html>
使用了多个不同的形状图来组成这朵代码玫瑰。共使用了31个形状:24个花瓣,4个萼片,2个叶子和1根花茎,其中每一个形状图都用代码进行描绘。
首先,来定义一个采样范围:
<script> function surface(a, b) { // 使用a和b作为采样范围的参数 return { x: a*50, y: b*50 }; // 该表面是一个50*50单元区域 } </script>
然后,编写形状描绘代码:
<script> var canvas = document.body.appendChild(document.createElement("canvas")), context = canvas.getContext("2d"), a, b, position; for (a = 0; a < 1; a += .1) { for (b = 0; b < 1; b += .1) { position = surface(a, b); context.fillRect(position.x, position.y, 1, 1); } } </script>
这时,看到的效果是这样的:现在,尝试一下更密集的采样间隔:正如现在所看到的,因为采样间隔越来越密集,点越来越接近,到最高密度时,相邻点之间的距离小于一个像素,肉眼就看不到间隔(见0.01)。为了不造成太大的视觉差,再进一步缩小采样间隔,此时,绘制区已经填满(比较结果为0.01和0.001)。
接下来,我用这个公式来绘制一个圆形:(X-X0)^ 2 +(Y-Y0)^ 2 <半径^ 2,其中(X0,Y0)为圆心:
<script> function surface(a, b) { var x = a * 100, y = b * 100, radius = 50, x0 = 50, y0 = 50; if ((x - x0) * (x - x0) + (y - y0) * (y - y0) < radius * radius) { // 圆内 return { x: x, y: y }; } else { // 圆外 return null; } } </script>
为了防止溢出,还要加上一个采样条件:
<script> if (position = surface(a, b)) { context.fillRect(position.x, position.y, 1, 1); } </script>
结果如下:有不同的方法来定义一个圆,其中一些并不需要拒绝采样。我并无一定要使用哪一种来定义圆圈的意思,所以下面用另一种方法来定义一个圆:
<script> function surface(a, b) { // 使用极坐标,快回去翻微积分吧! var angle = a * Math.PI * 2, radius = 50, x0 = 50, y0 = 50; return { x: Math.cos(angle) * radius * b + x0, y: Math.sin(angle) * radius * b + y0 }; } </script>
(此方法相比前一个方法需要密集采样以进行填充。) 好了,现在让圆变形,以使它看起来更像是一个花瓣:
<script> function surface(a, b) { var x = a * 100, y = b * 100, radius = 50, x0 = 50, y0 = 50; if ((x - x0) * (x - x0) + (y - y0) * (y - y0) < radius * radius) { return { x: x, y: y * (1 + b) / 2 // 变形 }; } else { return null; } }
这看起来已经很像一个玫瑰花瓣的形状了。在这里也可以试试通过修改一些函数数值,将会出现很多有趣的形状。
接下来应该给它添加色彩了:
<script> function surface(a, b) { var x = a * 100, y = b * 100, radius = 50, x0 = 50, y0 = 50; if ((x - x0) * (x - x0) + (y - y0) * (y - y0) < radius * radius) { return { x: x, y: y * (1 + b) / 2, r: 100 + Math.floor((1 - b) * 155), // 添加梯度 g: 50, b: 50 }; } else { return null; } } for (a = 0; a < 1; a += .01) { for (b = 0; b < 1; b += .001) { if (point = surface(a, b)) { context.fillStyle = "rgb(" + point.r + "," + point.g + "," + point.b + ")"; context.fillRect(point.x, point.y, 1, 1); } } }
一片带色的花瓣就出现了。
定义三维表面很简单,比如,来定义一个管状物体:
<script> function surface(a, b) { var angle = a * Math.PI * 2, radius = 100, length = 400; return { x: Math.cos(angle) * radius, y: Math.sin(angle) * radius, z: b * length - length / 2, // 减去一般的长度,使得焦点在三维坐标中心点(0,0,0) r: 0, g: Math.floor(b * 255), b: 0 }; } </script>
接着添加投影透视图,首先需要我们定义一个摄像头:如上图,将摄像头放置在(0,0,Z)位置,画布在X / Y平面。投影到画布上的采样点为:
<script> var pX, pY, // 画布X和Y轴的坐标 perspective = 350, halfHeight = canvas.height / 2, halfWidth = canvas.width / 2, cameraZ = -700; for (a = 0; a < 1; a += .001) { for (b = 0; b < 1; b += .01) { if (point = surface(a, b)) { pX = (point.x * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfWidth; pY = (point.y * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfHeight; context.fillStyle = "rgb(" + point.r + "," + point.g + "," + point.b + ")"; context.fillRect(pX, pY, 1, 1); } } } </script>
z-buffer在计算机图形学中是一个相当普遍的技术,在为物件进行着色时,执行“隐藏面消除”工作,使隐藏物件背后的部分就不会被显示出来。上图是用z-buffer技术处理后的玫瑰。(可以看到已经具有立体感了)
talk is cheap, show the code!
<script> var zBuffer = [], zBufferIndex; for (a = 0; a < 1; a += .001) { for (b = 0; b < 1; b += .01) { if (point = surface(a, b)) { pX = Math.floor((point.x * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfWidth); pY = Math.floor((point.y * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfHeight); zBufferIndex = pY * canvas.width + pX; if ((typeof zBuffer[zBufferIndex] === "undefined") || (point.z < zBuffer[zBufferIndex])) { zBuffer[zBufferIndex] = point.z; context.fillStyle = "rgb(" + point.r + "," + point.g + "," + point.b + ")"; context.fillRect(pX, pY, 1, 1); } } } } </script>
你可以使用任何矢量旋转的方法。在代码玫瑰的创建中,我使用的是欧拉旋转。现在将之前编写的管状物进行旋转,实现绕Y轴旋转:
<script> var angle = a * Math.PI * 2, radius = 100, length = 400, x = Math.cos(angle) * radius, y = Math.sin(angle) * radius, z = b * length - length / 2, yAxisRotationAngle = -.4, // 弧度 rotatedX = x * Math.cos(yAxisRotationAngle) + z * Math.sin(yAxisRotationAngle), rotatedZ = x * -Math.sin(yAxisRotationAngle) + z * Math.cos(yAxisRotationAngle); return { x: rotatedX, y: y, z: rotatedZ, r: 0, g: Math.floor(b * 255), b: 0 }; } </script>
关于采样时间,间隔过大过小都会引起极差的视觉感受,所以,需要设置合理的采样间隔,这里使用蒙特卡罗方法。
<script> var i; window.setInterval(function () { for (i = 0; i < 10000; i++) { if (point = surface(Math.random(), Math.random())) { pX = Math.floor((point.x * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfWidth); pY = Math.floor((point.y * perspective) / (point.z - cameraZ) + halfHeight); zBufferIndex = pY * canvas.width + pX; if ((typeof zBuffer[zBufferIndex] === "undefined") || (point.z < zBuffer[zBufferIndex])) { zBuffer[zBufferIndex] = point.z; context.fillStyle = "rgb(" + point.r + "," + point.g + "," + point.b + ")"; context.fillRect(pX, pY, 1, 1); } } } }, 0); </script>
设置a和b为随机参数,用足够的采样完成表面填充。我每次绘制10000点,然后静待屏幕完成更新。
另外需要注意的是,如果随机数发生错误时,表面填充效果会出错。有些浏览器中,Math.random的执行是线性的,这就有可能导致表面填充效果出错。这时,就得使用类似Mersenne Twister(一种随机数算法)这样的东西去进行高质量的PRNG采样,从而避免错误的发生。
<!DOCTYPE HTML> <html> <head> <title>Rose</title> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"> </head> <body style="margin-left:200px"> <div style="text-align: center"> <canvas id="c"></canvas> </div> <script type="text/javascript"> var canvas = document.getElementsByTagName('canvas')[0]; var context = canvas.getContext('2d'); var a = context; var b = document.body; var c = canvas; document.body.clientWidth; var zBuffer = []; var SIZE = 777; canvas.width = canvas.height = SIZE; var h = -350; function surface(a, b, c) { if (c > 60) { return { x : Math.sin(a * 7) * (13 + 5 / (.2 + Math.pow(b * 4, 4))) - Math.sin(b) * 50, y : b * SIZE + 50, z : 625 + Math.cos(a * 7) * (13 + 5 / (.2 + Math.pow(b * 4, 4))) + b * 400, r : a * 1 - b / 2, g : a }; } var A = a * 2 - 1; var B = b * 2 - 1; if (A * A + B * B < 1) { if (c > 37) { var j = c & 1; var n = j ? 6 : 4; var o = .5 / (a + .01) + Math.cos(b * 125) * 3 - a * 300; var w = b * h; return { x : o * Math.cos(n) + w * Math.sin(n) + j * 610 - 390, y : o * Math.sin(n) - w * Math.cos(n) + 550 - j * 350, z : 1180 + Math.cos(B + A) * 99 - j * 300, r : .4 - a * .1 + Math.pow(1 - B * B, -h * 6) * .15 - a * b * .4 + Math.cos(a + b) / 5 + Math.pow(Math.cos((o * (a + 1) + (B > 0 ? w : -w)) / 25), 30) * .1 * (1 - B * B), g : o / 1e3 + .7 - o * w * 3e-6 }; } if (c > 32) { c = c * 1.16 - .15; var o = a * 45 - 20; var w = b * b * h; var z = o * Math.sin(c) + w * Math.cos(c) + 620; return { x : o * Math.cos(c) - w * Math.sin(c), y : 28 + Math.cos(B * .5) * 99 - b * b * b * 60 - z / 2 - h, z : z, r : (b * b * .3 + Math.pow((1 - (A * A)), 7) * .15 + .3) * b, g : b * .7 }; } var o = A * (2 - b) * (80 - c * 2); var w = 99 - Math.cos(A) * 120 - Math.cos(b) * (-h - c * 4.9) + Math.cos(Math.pow(1 - b, 7)) * 50 + c * 2; var z = o * Math.sin(c) + w * Math.cos(c) + 700; return { x : o * Math.cos(c) - w * Math.sin(c), y : B * 99 - Math.cos(Math.pow(b, 7)) * 50 - c / 3 - z / 1.35 + 450, z : z, r : (1 - b / 1.2) * .9 + a * .1, g : Math.pow((1 - b), 20) / 4 + .05 }; } } setInterval(function() { for ( var i = 0; i < 10000; i++) { var part = i % 46; var c = part / .74; var point = surface(Math.random(), Math.random(), c); if (point) { var z = point.z; var x = parseInt(point.x * SIZE / z - h); var y = parseInt(point.y * SIZE / z - h); var zBufferIndex = y * SIZE + x; if ((typeof zBuffer[zBufferIndex] === "undefined") || (zBuffer[zBufferIndex] > z)) { zBuffer[zBufferIndex] = z; var r = -parseInt(point.r * h); var g = -parseInt(point.g * h); var b = -parseInt(point.r * point.r * -80); context.fillStyle = "rgb(" + r + "," + g + "," + b + ")"; context.fillRect(x, y, 1, 1); } } } }, 0); </script> </body> </html>
为了使玫瑰的每个部分在同一时间完成并呈现,还需要添加一个功能,为每部分设置一个参数以返回值来进行同步。并用一个分段函数代表玫瑰的各个部分。比如在花瓣部分,可以使用旋转和变形来创建它们。
虽然表面采样方法是创建三维图形非常著名的、最古老的方法之一,但这种把蒙特卡罗、z-buffer加入到表面采样中的方法并不常见。对于现实生活场景的制作,这也许算不上很有创意,但它简易的代码实现和很小的体积仍令人满意。