震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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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:

本文,我们将一起学习,使用纯 CSS,实现如下所示的动画效果:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

上面的动画效果,非常有意思,核心有两点:

  1. 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
  2. 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:

  1. 元素设置为 position: absolute 绝对定位,利用 left 进行 X 轴方向的运动
  2. 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
  3. 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:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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: 0top: 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:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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

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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:

  1. 元素移动使用的是 topleft,性能相对较差,需要使用 transform 进行替代
  2. 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:

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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:

  1. 解法一:使用 topleft 替代 transform
  2. 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 -- 了解一下全新的CSS动画合成属性animation-composition

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:

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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。

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。

  1. animation: colorChange 10s linear infinite 表示背景动画的过渡变化
  2. 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:

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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:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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:

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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:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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:

震惊!CSS 也能实现碰撞检测?

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。

OK,本文到此结束,希望本文对你有所帮助 ?

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