Processing 的 PixelFlow 是一个高性能的流体粒子物理仿真库，为数不多的代码可以呈现出非凡的视觉效果，在互动交互中使用比较广泛。
小菜写了一个太极与流体的效果，效果如下
本篇文章会按步骤分析视频中效果小菜是如何实现的。
太极的绘制
啥也不说，我们先建立一个空白的画布
代码语言：javascript复制int viewport_w = 600; // 定义窗口宽
int viewport_h = 600; // 定义窗口高
void settings() {
size(viewport_w, viewport_h);
}
void setup() {
}
void draw() {
}太极怎么绘制呢？
下面看下小菜的动态演示
代码语言：javascript复制int viewport_w = 600; // 定义窗口宽
int viewport_h = 600; // 定义窗口高
float taichi_radius = 100;
void settings() {
size(viewport_w, viewport_h);
}
void setup() {
background(200);
}
void draw() {
float d = 2 * taichi_radius;
pushMatrix();
noStroke();
translate(width / 2, height / 2);
fill(0);
arc(0, 0, d, d, PI / 2, PI * 3 / 2);
fill(255);
arc(0, 0, d, d, -PI / 2, PI / 2);
fill(255);
circle(0, d / 4, taichi_radius);
fill(0);
circle(0, -d / 4, taichi_radius);
fill(0);
circle(0, d / 4, taichi_radius / 5);
fill(255);
circle(0, -d / 4, taichi_radius / 5);
popMatrix();
}下面我们把太极封装下，放到一个 Taichi 类里，封装的好处不言而喻，我们很容易将太极的绘制类共享，且代码进行了分离，使得代码更具可读性、维护性。
代码语言：javascript复制// 欢迎关注 小菜与老鸟 （公众号、视频号、Bilibili号）
int viewport_w = 600; // 定义窗口宽
int viewport_h = 600; // 定义窗口高
float taichi_radius = 100;
Taichi taichi;
void settings() {
size(viewport_w, viewport_h);
}
void setup() {
background(200);
taichi = new Taichi(new PVector(width / 2, height / 2), 100);
}
void draw() {
background(200);
taichi.display();
}
class Taichi {
PVector location;
float radius;
Taichi(PVector location, float radius) {
this.location = location;
this.radius = radius;
}
void display() {
float d = 2 * taichi_radius;
pushMatrix();
noStroke();
translate(location.x, location.y); // 平移坐标系，方便使用相对位置进行绘制
fill(0);
arc(0, 0, d, d, PI / 2, PI * 3 / 2);
fill(255);
arc(0, 0, d, d, -PI / 2, PI / 2);
fill(255);
circle(0, d / 4, taichi_radius);
fill(0);
circle(0, -d / 4, taichi_radius);
fill(0);
circle(0, d / 4, taichi_radius / 5);
fill(255);
circle(0, -d / 4, taichi_radius / 5);
popMatrix();
}
}下面我们要让太极图旋转起来
这里我们将太极图绘制在一个 PGraphics 图层上，然后对图层的坐标系进行旋转，就得到了上面旋转的样子。
代码语言：javascript复制int viewport_w = 600; // 定义窗口宽
int viewport_h = 600; // 定义窗口高
float taichi_radius = 100;
Taichi taichi;
PGraphics pg_taichi;
void settings() {
size(viewport_w, viewport_h);
}
void setup() {
background(200);
pg_taichi = createGraphics(width , height);
taichi = new Taichi(new PVector(width / 2, height / 2), 100, pg_taichi);
}
void draw() {
background(200);
taichi.display();
image(pg_taichi, 0, 0);
}
// 欢迎关注 小菜与老鸟 （公众号、视频号、Bilibili号）
class Taichi {
PVector location;
float radius;
PGraphics pg;
float angle = 0;
Taichi(PVector location, float radius, PGraphics pg) {
this.location = location;
this.radius = radius;
this.pg = pg;
}
void display() {
float d = 2 * radius;
angle = 0.01;
pg.beginDraw();
pg.clear();
pg.pushMatrix();
pg.noStroke();
pg.translate(location.x, location.y); // 平移坐标系，方便使用相对位置进行绘制
pg.rotate(angle);
pg.fill(0);
pg.arc(0, 0, d, d, PI / 2, PI * 3 / 2);
pg.fill(255);
pg.arc(0, 0, d, d, -PI / 2, PI / 2);
pg.fill(255);
pg.circle(0, d / 4, radius);
pg.fill(0);
pg.circle(0, -d / 4, radius);
pg.fill(0);
pg.circle(0, d / 4, radius / 5);
pg.fill(255);
pg.circle(0, -d / 4, radius / 5);
pg.popMatrix();
pg.endDraw();
}
}单个流体绕圈
太极元素绘制完毕后，我们现在开始处理流体的绕圈。先来实现单个流体绕圈效果。
1）引入流体库 PixelFlow，这里首先导入流体库，菜单栏的速写板 -> 添加库文件 -> PixelFlow，就可以导入PixelFlow库，但import的类有些多。其实我们这个例子只需要部分类，如下
代码语言：javascript复制import com.thomasdiewald.pixelflow.java.DwPixelFlow;
import com.thomasdiewald.pixelflow.java.fluid.DwFluid2D;
import processing.core.*;
import processing.opengl.PGraphics2D;2）我们要将画布的渲染模式修改成 P2D，使得 Processing 可以使用 GPU 高效渲染。
代码语言：javascript复制void settings() {
size(viewport_w, viewport_h, P2D);
}3）我们声明流体对象以及流体层
代码语言：javascript复制DwFluid2D fluid; // 流体
PGraphics2D pg_fluid; // 流体层4）设置流体
代码语言：javascript复制 // 初始化pixelflow
DwPixelFlow context = new DwPixelFlow(this);
context.print();
context.printGL();
// 流体模拟
fluid = new DwFluid2D(context, width, height, 1);
fluid.param.dissipation_velocity = 0.70f;
fluid.param.dissipation_density = 0.60f;
fluid.addCallback_FluiData(new MyFluidData());
// 流体层
pg_fluid = (PGraphics2D)createGraphics(width, height, P2D);
}5）更新绘制流体
代码语言：javascript复制void drawFluid() {
fluid.update();
fluid.renderFluidTextures(pg_fluid, 0);
// 显示流体层
image(pg_fluid, 0, 0);
}6）编写 MyFluidData 类，这个类继承 FluidData, 我们需要重写它的public void update(DwFluid2D fluid) 方法。具体思路见代码注释。
public class MyFluidData implements DwFluid2D.FluidData {
float x; // 圆心位置x
float y; // 圆心位置y
float radius = 100; // 半径
boolean isClockwise; // 是否是顺时针
float angleSpeed = 0.04;
float rx, ry, prx, pry; // 圆周运动，弧上的点位置，以及上一帧的点位置
float angle = 0; // 角度
color c; // 颜色
MyFluidData() {
x = width / 2;
y = height / 2;
radius = 130;
isClockwise = true; // 是否是顺时针旋转
angleSpeed = 0.04; // 角速度
c = color(0.0, 0.0, 0.0);
angle = PI / 2;
}
void my_update(DwFluid2D fluid) {
float vscale = 14;
float delta = random(-3, 3);
// 极坐标下计算弧上点的位置，用一个随机量进行抖动
rx = x (radius delta) * cos(angle);
ry = y (radius delta) * sin(angle);
// 计算速度
float vx = (rx - prx) * vscale;
float vy = (ry - pry) * vscale;
// 顺时针的话，需要乘以-1，因为y轴相反
if (isClockwise) {
vy = (ry - pry) * (-vscale);
}
float px = rx;
float py = ry;
// 顺时针的话，需要乘以-1，因为y轴相反
if (isClockwise) {
py = height - ry;
}
// 给流体上的点添加速度
fluid.addVelocity(px, py, 16, vx, vy);
float radius1 = 15;
float radius2 = 8;
// 给流体上的点添加密度，颜色为c，半径为radius1，稍微大点
fluid.addDensity(px, py, radius1, red(c) / 255.0, green(c) / 255.0, blue(c) / 255.0, 1.0f);
// 给流体上的点添加密度，颜色为白色，半径为radius2，稍微小点
fluid.addDensity(px, py, radius2, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
//fluid.addTemperature(px, py, 30, 10);
// 现在终将成为过去
prx = rx;
pry = ry;
// 增加弧度角，用于下一帧计算，才能旋转
float angleSpeed = 0.04;
angle = angleSpeed;
}
@Override
public void update(DwFluid2D fluid) {
my_update(fluid);
}
}
7）完善 setup 和 draw 方法
代码语言：javascript复制void setup() {
background(bg_color);
frameRate(60);
// 设置流体参数
setupFluid();
// 设置太极图
setupTaichi();
}
void draw() {
// 流体更新
drawFluid();
// 太极图
drawTaichi();
}双个流体绕圈
刚才在MyFluidData中，我们只能处理一个流体，为了处理多个流体，我们需要抽象出一个流体的数据类MyFluidDataConfig。使用两个流体数据，对画面中的流体粒子进行处理。
public class MyFluidDataConfig {
float x; // 圆心位置x
float y; // 圆心位置y
float radius = 100; // 半径
boolean isClockwise; // 是否是顺时针
float angleSpeed = 0.04;
float rx, ry, prx, pry; // 圆周运动，弧上的点位置，以及上一帧的点位置
float angle = 0; // 角度
color c; // 颜色
}
public class MyFluidData implements DwFluid2D.FluidData {
MyFluidDataConfig config1;
MyFluidDataConfig config2;
MyFluidData() {
float x1 = width * 0.5;
float y1 = height * 0.5;
config1 = new MyFluidDataConfig();
config1.x = x1;
config1.y = y1;
config1.radius = 130;
config1.isClockwise = true;
config1.angleSpeed = 0.05;
config1.c = color(0.0, 0.0, 0.0);
config1.angle = PI / 2;
config2 = new MyFluidDataConfig();
config2.x = x1;
config2.y = y1;
config2.radius = 130;
config2.isClockwise = true;
config2.angleSpeed = 0.04;
config2.c = color(0.0, 0.0, 0.0);
config2.angle = - PI / 2;
}
void my_update(DwFluid2D fluid, MyFluidDataConfig config) {
float vscale = 14;
float delta = random(-3, 3);
// 极坐标下计算弧上点的位置，用一个随机量进行抖动
config.rx = config.x (config.radius delta) * cos(config.angle);
config.ry = config.y (config.radius delta) * sin(config.angle);
// 计算速度
float vx = (config.rx - config.prx) * vscale;
float vy = (config.ry - config.pry) * vscale;
// 顺时针的话，需要乘以-1，因为y轴相反
if (config.isClockwise) {
vy = (config.ry - config.pry) * (-vscale);
}
float px = config.rx;
float py = config.ry;
// 顺时针的话，需要乘以-1，因为y轴相反
if (config.isClockwise) {
py = height - config.ry;
}
// 给流体上的点添加速度
fluid.addVelocity(px, py, 16, vx, vy);
float radius1 = 15;
float radius2 = 8;
// 给流体上的点添加密度，颜色为c，半径为radius1，稍微大点
fluid.addDensity(px, py, radius1, red(config.c) / 255.0, green(config.c) / 255.0, blue(config.c) / 255.0, 1.0f);
// 给流体上的点添加密度，颜色为白色，半径为radius2，稍微小点
fluid.addDensity(px, py, radius2, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
//fluid.addTemperature(px, py, 30, 10);
// 现在终将成为过去
config.prx = config.rx;
config.pry = config.ry;
// 增加弧度角，用于下一帧计算，才能旋转
float angleSpeed = 0.04;
config.angle = angleSpeed;
}
@Override
public void update(DwFluid2D fluid) {
my_update(fluid, config1);
my_update(fluid, config2);
}
}
边界-障碍物添加
我们可以给流体增加一个边界，使得流体的扩散不能流到边界之外。障碍物很容易添加。
1）声明一个障碍物层
代码语言：javascript复制PGraphics2D pg_obstacles; // 障碍物2）定义障碍物层
代码语言：javascript复制void setupFluid() {
···
// 障碍物层
pg_obstacles = (PGraphics2D)createGraphics(viewport_w, viewport_h, P2D);
pg_obstacles.smooth(4);
}3）绘制障碍物
代码语言：javascript复制void drawFluid() {
// 绘制障碍物
drawObstacles();
// 给流体增加障碍物
fluid.addObstacles(pg_obstacles);
// 流体更新
fluid.update();
fluid.renderFluidTextures(pg_fluid, 0);
// 显示流体层
image(pg_fluid, 0, 0);
// 显示障碍物层
image(pg_obstacles, 0, 0);
}
// 绘制圆心在画布中间，直径为500的障碍物圆
void drawObstacles() {
pg_obstacles.beginDraw();
pg_obstacles.blendMode(REPLACE);
pg_obstacles.clear();
float x = width * 0.5;
float y = height * 0.5;
pg_obstacles.pushMatrix();
pg_obstacles.translate(x, y);
pg_obstacles.stroke(line_color);
pg_obstacles.strokeWeight(2);
pg_obstacles.noFill();
pg_obstacles.circle(0, 0, 500);
pg_obstacles.popMatrix();
pg_obstacles.endDraw();
}声音可视化
看着边界好像没作用，是因为我们的流体还没扩散到边界，我们来使用 Processing 的 Sound 库进行声音可视化处理。这里简单使用声音的音量进行处理。
我们简单的让音量直接影响流体粒子旋转的速度，粒子的半径，以及太极的旋转速度。
1）添加声音库
代码语言：javascript复制import processing.sound.*;2）声明 AudioIn 以及 Amplitude
代码语言：javascript复制AudioIn audioIn;
// 振幅-音量
Amplitude rms;3）设置声音
代码语言：javascript复制 ...
// 设定声音
setupSound();
...
}
void setupSound() {
audioIn = new AudioIn(this, 0);
audioIn.play();
rms = new Amplitude(this);
rms.input(audioIn);
}4）振幅传递到 MyFluidData 和 Taichi 初始化函数中，方便两者使用
代码语言：javascript复制fluid.addCallback_FluiData(new MyFluidData(rms));
taichi = new Taichi(new PVector(width / 2, height / 2), 100, pg_taichi, rms);5）流体的音量控制
代码语言：javascript复制float soundLevel = rms.analyze() * 1000;
// 流体密度粒子半径受音量控制
float radius1 = map(soundLevel, 10, 600, 15, 20);
float radius2 = map(soundLevel, 10, 500, 8, 12);
println(soundLevel, radius1, radius2);
// 给流体上的点添加密度，颜色为c，半径为radius1，稍微大点
fluid.addDensity(px, py, radius1, red(config.c) / 255.0, green(config.c) / 255.0, blue(config.c) / 255.0, 1.0f);
// 给流体上的点添加密度，颜色为白色，半径为radius2，稍微小点
fluid.addDensity(px, py, radius2, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
...
// 增加弧度角，用于下一帧计算，才能旋转
// 角速度受音量控制
float angleSpeed = constrain(radians(soundLevel * 0.03), 0.01, 0.08) * 3;
println(soundLevel, angleSpeed);
config.angle = angleSpeed;6）太极的旋转
代码语言：javascript复制void display() {
...
float soundLevel = rms.analyze();
angle = TWO_PI/360 * soundLevel * 20;
...
}Mac电脑麦克风权限问题解决
mac电脑上打开 Processing，使用 Sound库（或者 minim 库）时，有可能会出现授权问题，麦克风输入没有任何的效果。
小菜的解决方案如下：
打开终端，输入
/Applications/Processing.app/Contents/MacOS/Processing
启动 Processing，打开程序代码，此时注意，会弹出麦克风许可的弹窗，选择允许，就可以使用麦克风的声音输入了。
