腾讯课堂 H5 直播间点赞动效实现

2022-06-29 15:06:32 浏览数 (1)

1. 前言

以前在看微信视频号直播的时候，经常点击右下角的点赞按钮。看着它的数字慢慢从一位数变成五位数，还是挺有氛围感的。特别是长按的时候，有个手机震动的反馈，很带感。

虽然之前很好奇这些飘动的点赞动效是怎么实现的，但没有特别去钻研。直到前阵子投入腾讯课堂 H5 直播间的需求，需要自己去实现一个这样的效果时，才开始摸索。

先看看最后的效果：

相比视频号的点赞动效，轨迹复杂了很多。可以看到课堂直播间的这一段点赞动效，大概分为这么三个阶段：

  1. 从无到有，在上升过程中放大成正常大小
  2. 上升过程中左右摇曳，且摇曳的幅度随机
  3. 左右摇曳上升的过程中，渐隐并缩小

在动手之前，我先想到了使用 CSS animation 去实现这种运动轨迹。在完成之后，又用 Canvas 重构了一版，优化了性能。

接下来我们分别来看看这两种实现方式。

2. CSS 实现点赞动效

2.1 轨迹分析

由于点赞动画是在一个二维平面上的，我们可以将它的运动轨迹拆分为 x 轴 和 y 轴 上的两段。

在 y 轴 上非常简单，我们的点赞图标会做一段垂直上升的匀速运动，从容器底部上升到容器顶部。

而 x 轴 上是左右摇曳的，用数学的角度说，是一段简谐运动。

但用 css 实现的时候，其实不用这么精细。为了简化计算，我们可以用几个关键帧来串联这段运动轨迹，例如：

代码语言：javascript复制
@keyframes bubble_swing {
  0% {
    中间
  }
  25% {
    最左
  }
  75% {
    最右
  }
  100% {
    中间
  }
}

2.2 轨迹设计

根据上面的分析，我们可以设计一段相同的上升轨迹，以及几段不同的左右摇曳轨迹。

上升轨迹很简单，同时我们还可以加上透明度（opacity）、大小（transform）的变化，如下：

代码语言：javascript复制
@keyframes bubble_y {
  0% {
    transform: scale(1);
    margin-bottom: 0;
    opacity: 0;
  }
  5% {
    transform: scale(1.5);
    opacity: 1;
  }
  80% {
    transform: scale(1);
    opacity: 1;
  }
  100% {
    margin-bottom: var(--cntHeight);
    transform: scale(0.8);
    opacity: 0;
  }
}

其中，--cntHeight 指的是容器的高度。也就是说，我们通过让 margin-bottom 不断增大，来控制点赞图标从容器底部上升到容器顶部。

而对于横向运动的轨迹，为了增加运动轨迹的多样性，我们可以设计多段左右摇曳的轨迹，比如说一段 “中间 -> 最左 -> 中间 -> 最右” 的轨迹：

代码语言：javascript复制
@keyframes bubble_swing_1 {
  0% {
    // 中间
    margin-left: 0;
  }
  25% {
    // 最左
    margin-left: -12px;
  }
  75% {
    // 最右
    margin-left: 12px;
  }
  100% {
    margin-left: 0;
  }
}

这里同样使用 margin 来控制图标的左右移动。类似的，我们还可以设计几段别的轨迹：

代码语言：javascript复制
// 任意轨迹
@keyframes bubble_swing_2 {
  0% {
    // 中间
    margin-left: 0;
  }
  33% {
    // 最左
    margin-left: -12px;
  }
  100% {
    // 随机位置
    margin-left: 6px;
  }
}

// 简谐反向
@keyframes bubble_swing_3 {
  0% {
    // 中间
    margin-left: 0;
  }
  25% {
    // 最右
    margin-left: 12px;
  }
  75% {
    // 最左
    margin-left: -12px;
  }
  100% {
    margin-left: 0;
  }
}

接下来我们把 x 轴 和 y 轴 的轨迹（@keyframes）结合起来，并设置一个随机的动画时间，比如说：

代码语言：javascript复制
@for$i from 1 through 3 {
  @for$j from 1 through 2 {
    .bl_#{$i}_#{$j} {
      animation: bubble_y calc(1.5s   $j * 0.5s) linear 1 forwards,
        bubble_swing_#{$i} calc(1.5s   $j * 0.5s) linear 1 forwards;
    }
  }
}

这里生成了 3 * 2 = 6 种不同的轨迹。针对这类重复的选择器，用 SCSS 中的循环语法，可以少写很多代码。

2.3 随机选择图片（雪碧图）

我们每次点赞会出现不同的图标，于是这里设计了一系列选择器给不同的图标，让它们呈现不同的图片。首先我们要准备一张雪碧图，保持所有图标的大小一致，然后同样使用 SCSS 的循环语法：

代码语言：javascript复制
@for$i from 0 through 7 {
  .b#{$i} {
    background: url('../../images/like_sprites.png') calc(#{$i} * -24px) 0;
  }
}

像上面生成了 8 个选择器，我们在程序执行时就可以随机给图标赋予一个选择器。

2.4 生成一个点赞图标

CSS 的部分差不多了，我们现在来看 JS 是怎么执行的。我们需要有一个容器 div，让它来装载要生成的点赞图标。以及一个按钮来绑定点击事件：

代码语言：javascript复制
const cacheRef = useRef<LikeCache>({
    bubbleCnt: null,
    likeIcon: null,
    bubbleIndex: 0,
    timer: null,
});

useEffect(() => {
    cacheRef.current.bubbleCnt = document.getElementById('like-bubble-cnt');
    cacheRef.current.likeIcon = document.getElementById('like-icon');
}, []);

在点击事件中，生成一个新的 div 元素，并为它设置 className。接着将它 append 到容器下，最后在一段时间后销毁这个点赞图标元素。如下：

代码语言：javascript复制
/**
 * 添加 bubble
 */
const addBubble = () => {
  const { bubbleCnt } = cacheRef.current;

  cacheRef.current.bubbleIndex %= maxBubble;
  const d = document.createElement('div');

  // 图片类 b0 - b7
  // 随机动画类 bl_1_1 - bl_3_2
  const swing = Math.floor(Math.random() * 3)   1;
  const speed = Math.floor(Math.random() * 2)   1;
  d.className = `like-bubble b${cacheRef.current.bubbleIndex} bl_${swing}_${speed}`;

  bubbleCnt?.appendChild(d);
  cacheRef.current.bubbleIndex  ;

  // 动画结束后销毁元素
  setTimeout(() => {
    bubbleCnt?.removeChild(d);
  }, 2600);
};

到这里，我们就实现得差不多了。不过，我们还可以给点击的图标加点动画，让它有一个被按压后弹起的效果：

代码语言：javascript复制
/**
 * 点击“喜欢”
 */
const onClick = () => {
  const { timer, likeIcon } = cacheRef.current;
  if (!likeIcon) {
    return;
  }

  if (timer) {
    clearTimeout(timer);
    cacheRef.current.timer = null;
  }
  likeIcon.classList.remove('bounce-click');
  // 删除并重新添加类，需要延迟添加
  setTimeout(() => {
    likeIcon.classList.add('bounce-click');
  }, 0);
  cacheRef.current.timer = window.setTimeout(() => {
    likeIcon.classList.remove('bounce-click');
    clearTimeout(timer!);
    cacheRef.current.timer = null;
  }, 300);

  addBubble();
};

2.5 最终效果

最后来看看效果吧！

3. Canvas 实现点赞动效

我们都知道 Canvas 的绘制更流畅一些，能够带来更好的体验。但苦于编码比较复杂，也有一定的学习成本，实现起来要比 CSS 复杂不少。

接下来我们看看基于 Canvas 的点赞动效实现。

3.1 画布创建

首先我们读取一个 Canvas 元素的 id，并通过 getContext 获取它的上下文。除此之外，还传入了一个 canvasScale，指的是画布放大的比例，这个在之后会用到：

代码语言：javascript复制
constructor(canvasId: string, canvasScale: number) {
  const canvas = document.getElementById(canvasId) as HTMLCanvasElement;
  this.context = canvas.getContext('2d')!;
  this.width = canvas.width;
  this.height = canvas.height;
  this.canvasScale = canvasScale;
  this.img = null;
  this.loadImages();
}

3.2 预加载图片（雪碧图）

在 constructor 这里，我们还通过 loadImages 这个函数，预加载了雪碧图：

代码语言：javascript复制
import likeSprites from'../../images/like_sprites.png';

/**
 * 预加载图片
 */
loadImages = () => {
  const p = newPromise((resolve: (image: HTMLImageElement) => void) => {
    const img = new Image();
    img.onerror = () => resolve(img);
    img.onload = () => resolve(img);
    img.src = likeSprites;
  });
  p.then((img) => {
    if (img && img.width > 0) {
      this.img = img;
    } else {
      // error('[live-connect]预加载喜欢动效图片失败');
    }
  });
};

3.3 轨迹拆解

同样的，我们需要从 Canvas 的视角来拆解点赞图标的运动轨迹。

y 轴 的运动和 CSS 一样，我们知道起始位置和终止位置就可以得出。

x 轴 的运动可以好好推敲。由于 Canvas 是逐帧绘制的，我们可以模拟出一个比较逼真的简谐运动。这里要来讲一讲大家耳熟能详的初中数学了，下面是我们要使用的一条正弦函数的公式：

代码语言：javascript复制
y = A sin(Bx   C)   D

参数说明：

  • 振幅是 A
  • 周期是 2π/B
  • 相移是 −C/B
  • 垂直移位是 D

套入点赞动效：

  • 赋予图标元素随机的振幅 A。
  • 赋予图标元素随机的周期，即 B 是随机的。
  • 取 C = 0，即相移为 0。
  • 取 D = 0，即不需要垂直移位。
代码语言：javascript复制
y = A sinBx。

3.4 横竖位移计算

确定位移轨迹之后，我们先定义一些常量，如下：

代码语言：javascript复制
/** 图片显示宽高 */
const IMAGE_WIDTH = 30;

/** 图片原始宽高 */
const SOURCE_IMAGE_WIDTH = 144;

/** 图片数量 */
const IMG_NUM = 8;

/** 放大阶段（百分比）*/
const ENLARGE_STAGE = 0.1;

/** 收缩渐隐阶段（百分比）*/
const FADE_OUT_STAGE = 0.8;

首先我们可以设计 x 轴 和 y 轴 两个方向上的位移计算函数，函数参数 progress 是 0 到 1 之间的数值，表示一个过程量（0 -> 1）。

代码语言：javascript复制
// 起始位置
const basicX = this.width / 2;

// 正弦频率
const frequency = random(2, 10);

// 正弦振幅
const amplitude = random(5, 20) * (random(0, 1) ? 1 : -1) * this.canvasScale;

/**
 * 获取横向位移（x轴）
 */
const getTranslateX = (progress: number) => {
  if (progress < ENLARGE_STAGE) {
    // 放大期间，不进行摇摆位移
    return basicX;
  }
  return basicX   amplitude * Math.sin(frequency * (progress - ENLARGE_STAGE));
};

/**
 * 获取竖向位移（y轴）
 */
const getTranslateY = (progress: number) => {
  return IMAGE_WIDTH / 2   (this.height - IMAGE_WIDTH / 2) * (1 - progress);
};

3.5 大小和透明度计算

要绘制的图标大小怎么控制呢？在 Canvas 中，其实就是计算一个 scale，表示放缩的比例。

我们根据放大/收缩阶段的过程常量和 progress 变量来调节它的大小。起始阶段先线性放大至 1，最后阶段再线性缩小至 0。

透明度同理，在消失之前都是返回 1，其余时刻线性缩小。

代码语言：javascript复制
/**
 * 获取放缩比例
 */
const getScale = (progress: number) => {
  let r = 1;
  if (progress < ENLARGE_STAGE) {
    // 放大
    r = progress / ENLARGE_STAGE;
  } elseif (progress > FADE_OUT_STAGE) {
    // 缩小
    r = (1 - progress) / (1 - FADE_OUT_STAGE);
  }
  return r;
};

/**
 * 获取透明度
 */
const getAlpha = (progress: number) => {
  if (progress < FADE_OUT_STAGE) {
    return 1;
  }
  return 1 - (progress - FADE_OUT_STAGE) / (1 - FADE_OUT_STAGE);
};

3.6 Canvas 绘制

绘制时，我们先挑选一张图片。如下：

代码语言：javascript复制
// 按顺序读取图片
const { curImgIndex } = this;

// 更新顺序
this.curImgIndex =   this.curImgIndex % IMG_NUM;
3.6.1 画布元素清晰度

接下来需要用到我们之前提到的 canvasScale 了：

代码语言：javascript复制
const newWidth = IMAGE_WIDTH * this.canvasScale;

为什么这里要乘以一个 canvasScale 呢？因为 Canvas 是位图模式的，它会根据设备的 dpi 来渲染图片。

首先先介绍一下高分屏的概念：

高分屏：在同样大小的屏幕面积上显示更多的像素点，也就是更多的可视信息。常见的就是 SXGA（1400 * 1050），UXGA（1600 * 1200）。1024 * 768 分辨率的屏幕叫普通屏，也就是 XGA 的屏幕，这个分辨率以上的屏幕叫高分屏。

在高分屏上，每平方英寸会有更多的像素。原来在普通屏上绘制的 1 个像素，为了适应高分屏，被迫放大，变成了 4 个像素或者更多。

可以想象成，一张清晰度正常的普通图片为了布满整个背景被强行放大 n 倍，所以看起来模糊了。

为了解决这个问题，就需要我们将绘制的图片放大。同时还要控制 Canvas 画布在 CSS 中的宽高。做到绘制内容变大的同时，画布依然呈现原来的大小。这样一来，图片就会因为绘制了更多的内容，而在高分屏上变得清晰且细腻。

3.6.2 绘制元素

绘制我们用到了 drawImage。在调用它之前，我们需要根据计算出的 translateX 和 translateY，调整绘制的起点。并且调整放缩比例和透明度，即 context.scale() 和 context.globalAlpha。如下：

代码语言：javascript复制
return(progress: number) => {
  // 动画过程 0 -> 1
  if (progress >= 1) return true;

  context.save();
  const scale = getScale(progress);
  const translateX = getTranslateX(progress);
  const translateY = getTranslateY(progress);
  context.translate(translateX, translateY);
  context.scale(scale, scale);
  context.globalAlpha = getAlpha(progress);
  context.drawImage(
    this.img!,
    SOURCE_IMAGE_WIDTH * curImgIndex,
    0,
    SOURCE_IMAGE_WIDTH,
    SOURCE_IMAGE_WIDTH,
    -newWidth / 2,
    -newWidth / 2,
    newWidth,
    newWidth,
  );
  context.restore();
  return false;
};
3.6.3 创建绘制实例

我们用一个 start 函数来生成点赞动画，每当调用它时，都会创建一个 render 方法，并塞入一个 renderList。renderList 中存放的就是当前所有点赞图标的绘制任务。如下：

代码语言：javascript复制
start = () => {
  const render = this.createRender();
  const duration = random(2100, 2600);
  if (!render) {
    return;
  }
  this.renderList.push({
    render,
    duration,
    timestamp: Date.now(),
  });
  if (!this.scanning) {
    this.scanning = true;
    requestAnimationFrame(this.scan);
  }
  return this;
};
3.6.4 实时绘制

知道了需要绘制哪些对象之后，就需要通过下面的 scan 方法，让 Canvas 在每一帧都去绘制内容。

每次绘制分为这么几个过程：

  1. 清空画布为透明。
  2. 从绘制列表中取出一个点赞图标的 render 方法，并调用它。
  3. 假如它返回了 true，代表点赞图标已经完整经历了整个动效的过程，需要将它从绘制列表中剔除出去。
  4. 重复 2、3 过程，直至列表中没有任务需要执行。
  5. 通过 requestAnimationFrame 调用 scan 方法自身，等待下一帧重新调用 scan 绘制内容。
代码语言：javascript复制
scan = () => {
  this.context.clearRect(0, 0, this.width, this.height);
  let index = 0;
  let { length } = this.renderList;
  if (length > 0) {
    requestAnimationFrame(this.scan);
    this.scanning = true;
  } else {
    this.scanning = false;
  }
  while (index < length) {
    const child = this.renderList[index];
    if (!child || !child.render || child.render.call(null, (Date.now() - child.timestamp) / child.duration)) {
      // 结束了，删除该动画
      this.renderList.splice(index, 1);
      length--;
    } else {
      index  ;
    }
  }
};

3.7 调用

接下来我们只需要在点击的时候，调用一下 start 方法即可。

代码语言：javascript复制
/**
 * 点击“喜欢”
 */
const onClick = () => {
  cacheRef.current.LikeAni?.start?.();
};

return (
  <div className={cn('like-wrap', className)}>
    <canvas id={CANVAS_ID} width={CANVAS_WIDTH} height={CANVAS_HEIGHT} className="like-bubble-cnt" />
    <div className={cn('like-icon-cnt', className)} onClick={onClick}>
      <i id="like-icon" className="like-icon" />
    </div>
  </div>
);

在直播场景下，还有很多不同的触发方式。除了自己点击，我们还可以接受来自其他用户的反馈（网络请求）来触发 start 方法。或者根据在线人数，多次调用 start 方法来生成一定数量的点赞图标。

3.8 最终效果

4. 性能比较

以下内容是在 MacBook Pro 16 的屏幕上测试的。

4.1 Frame Rendering Stats

在 chrome devtools 中，有两个小功能可以来观察我们绘制的性能情况：

  • Paint flashing：可以高亮当前发生重绘的区域。
  • Frame Rendering Stats，可以观察动画的 fps 和 GPU 使用情况。我们分别来看看 CSS 和 Canvas 两种实现方式的性能情况。

这两个功能，可以在 chrome devtools 中使用快捷键 Command Shift P，呼起命令搜索的 Panel 来搜索到。

CSS 性能

我们可以看到高亮区域在频繁闪动，以及 GPU 内存的使用比率较高，这是因为 CSS 的实现方式是不断生成新的元素（并在随后销毁），会消耗更多的内存。

Canvas 性能

相反，Canvas 是集中在画布上绘制并输出的，不会反复创建和销毁元素。会比 CSS 的实现更加流畅，性能更好一点。

除了流畅以外，Canvas 还能够放大画布和画布元素，这也是一个非常重要的优势。这意味着 Canvas 能够绘制出更清晰的内容，生成出来的点赞图标更加细腻。

4.2 Performance

在 chrome devtools 中切换到 Performance 面板，还可以观察动画绘制过程中，页面的一些性能指标。

CSS 性能

CSS 的实现之所以看起比较卡顿，主要是因为绘制任务太频繁。

具体到每一帧，我们可以观察到 LayoutShift 的警告。

每次可视元素在两次渲染帧中的起始位置不同时，就说是发生了 LS（Layout Shift）。改变了起始位置的元素被认为是不稳定元素。

Canvas 性能

Canvas 实现的性能情况看起来就比较正常，即使绘制清晰一些的图片也不在话下。

5. 相关

实现参考：https://github.com/antiter/praise-animation

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