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使用 CSS 构建强大且酷炫的粒子动画

粒子动画,顾名思义,就是页面上存在大量的粒子构建而成的动画。传统的粒子动画主要由 Canvas、WebGL 实现。

当然,不使用 HTML + CSS 的主要原因在于,粒子动画通常需要较多的粒子,而如果使用 HTML + CSS 的话势必需要过多的 DOM 元素,这也就导致了使用 HTML + CSS 构建的粒子动画在性能上毫无优势。

当然,如果仅仅是从效果的角度而言,使用 CSS 构建的粒子动画一样可以做到非常的令人震撼。

本文,将尝试利用 CSS 来构建粒子动画。

工欲善其事必先利其器

OK,绘制 CSS 粒子动画首先需要有好的工具。本文将会继续借助 CSS-Doodle 完成所有的功能。但是请注意,CSS-Doodle 你可以理解为一个语法糖库,使用它完成的所有效果,都可以用 CSS + HTML(也许有一些会加上一点 SVG)复现。

简单而言,CSS-doodle 它是一个基于 Web-Component 的库。允许我们快速的创建基于 CSS Grid 布局的页面,并且提供各种便捷的指令及函数(随机、循环等等),让我们能通过一套规则,得到不同 CSS 效果。可以简单看看它的主页 -- Home Page of CSS-doodle,只需要 5min 也许就能快速上手。

使用 CSS-Doodle 构建粒子

要实现粒子动画,那么第一步,我们需要得到大量的粒子。使用 CSS 实现的话,也就是我们需要大量的 DOM。

借助,CSS-Doodle 的 Grid 布局语法,我们可以快速得到大量的 DOM,当然方式有非常多。

现在我们假设我们需要 10000 个粒子,我们只需要实现一个 100x100 的 Grid 布局即可,使用 CSS-Doodle 的话,语法如下:

<css-doodle grid="100x100">
    :doodle {
        @size: 100vw 100vmin;
    }
    
    position: absolute;
    top: 50%;
    left: 50%;
    width: 2px;
    height: 2px;
    background: #000;
    border-radius: 50%;
</css-doodle>

简单解释下上面的代码:

  1. grid="100x100" 表示实现一个 100x100 的 Grid 布局
  2. @size: 100vw 100vmin 表示 Grid 布局的高宽分别为 100vw 和 100vh,也就是占满整个屏幕
  3. 剩下的代码比较好理解,它会赋值给每一个 Grid item,相当于 10000 个 Grid item 都是一个 2x2 的圆球,并且定位在页面中间

整个效果如下:

你没有看错,因为所有的粒子都叠在一个点了,所以确实只有一个点。

至此,我们就得到了 10000 个聚集在一起的粒子。

实现 2D 粒子效果

有了 10000 个聚集在一起的粒子,我们给每个粒子添加任意不同的属性,就可以得到各种不同的粒子效果了。

为了让粒子看得清,第一步,我们让粒子散开,这里只需要改变上面代码中的 topleft 定位即可(利用 transform 也可以):

<css-doodle grid="100x100">
    // ...其他与上述保持一致
    top: @r(1%, 100%);
    left: @r(1%, 100%);
    // ...其他与上述保持一致
</css-doodle>
CSS-Doodle 中,@r() 方法可以用于获取随机数,这里就是表示获取 1% ~ 100% 内的随机数

这里,我们做的事情只是让每一个粒子的 top、left 随机落在 1% ~ 100%,这样我们就能看清不同的粒子分布了:

好吧,到这里,美感还没体现出来。

别着急,我们尝试随机放大缩小每个粒子,并且,给它们赋予不同的颜色:

<css-doodle grid="100x100">
    // ...其他与上述保持一致
    background: hsl(@r(1, 255, 3), @r(10%, 90%), @r(10%, 90%));
    transform: scale(@rn(.1, 5, 3));
</css-doodle>

这样,我们的粒子就变成了这样:

好,看着像那么回事了。当然,粒子动画怎么能少了动画,接下来的一步,我们需要让粒子动起来,由于动画需要用到 transform: translate(),但是我们上面又用到了 scale(),为了减少代码量,这里我会把缩放的操作交给 zoom 属性来实现,这样一来,完整的代码如下:

<css-doodle grid="100x100">
    :doodle {
        @size: 100vw 100vmin;
        perspective: 10px;
    }
    
    position: absolute;
    top: @r(1%, 100%);
    left: @r(1%, 100%);
    width: 2px;
    height: 2px;
    background: #000;
    border-radius: 50%;
    background: hsl(@r(1, 255, 3), @r(10%, 90%), @r(10%, 90%));
    transform: rotate(@r(360deg)) translate(@r(-50, 50)vmin, @r(-50, 50)vmin);
    animation: move 3s infinite linear alternate;
    zoom: @rn(.1, 5, 3);
    @keyframes move {
        100% {
            transform: rotate(0) translate(0, 0);
        }
    }
</css-doodle>

效果如下:

看着还挺不错,但是由于所有粒子的动画时间都是一样的,所以动画起始帧和结束帧非常明显,我们再改造下 animation

<css-doodle grid="100x100">
  - animation: move 3s infinite linear alternate;
  + animation: move @r(5, 15)s infinite @r(-10, 0)s @p(linear, ease-in, ease-in-out) alternate;
</css-doodle>

这样,动画时间,负延迟时间(提前开始),以及动画缓动都设置成了对每个粒子都随机,这样,整体效果将会好上不少,不会出现明显的停顿或者破绽:

完整的代码,你可以戳这里:CSS Doodle - CSS Pattern Effect

当然,我们完全可以换一个配色,黑色底色配合上 box-shadow(),让每一个元素发光发亮,这样,我们就得到了这样一个效果:

完整的代码,你可以戳这里:CSS Doodle - CSS Pattern Effect

柏林噪声配合 3D 实现粒子动效

还记得我们在 利用噪声构建美妙的 CSS 图形 一文中提到柏林噪声吗?

柏林噪声基于随机,并在此基础上利用缓动曲线进行平滑插值,使得最终得到噪声效果更加趋于自然。

它的作用在于,让我们产生的随机是不是完全随机的,而是能够像木头纹理、山脉起伏的变化般,存在一定的规律性!

基于柏林噪声,我们再在 2D 粒子动画的基础上,引入 CSS 3D,实现 3D 粒子动效。

我们来看看,此时,我们不再随机定位每一个粒子,而是利用柏林噪声去分布我们的粒子:

是的,在 CSS Doodle 中,我们使用 @rn() 替代 @r(),即可让随机的结果基于 Grid item 的位置关系产生关联。
<css-doodle grid="100x100">
    :doodle {
        @size: 100vw 100vmin;
        perspective: 10px;
    }
    :container {
        perspective: 100px;
        transform-style: preserve-3d;
    }
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 2px;
    height: 2px;
    border-radius: 50%;
    left: 50%;
    top: 50%;
    background: hsl(@rn(1, 255, 3), @rn(50%, 90%), @rn(50%, 90%));
    transform: scale(@rn(1, 10, 3)) translate3d(@rn(-50, 50, 3)vw, @rn(-50, 50, 3)vh, @rn(-100, 20)px);
</css-doodle>

我们在 3D 场景下,利用柏林噪声布局我们的粒子系统,让它们相邻之间的颜色,定位都是存在一定的关联性。本身,每一次随机,都是一副美妙的画作,感受下:

当然,这还没完,我们要让它们动起来。添加什么好呢?其实加什么都非常 NICE,这里,我们尝试让他们有规律的上下律动,当然,也需要用到柏林噪声,这样完整的代码就会变成:

<css-doodle grid="100x100">
    :doodle {
        @size: 100vw 100vmin;
        perspective: 10px;
    }
    :container {
        perspective: 50px;
        transform-style: preserve-3d;
    }
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 2px;
    height: 2px;
    border-radius: 50%;
    left: 50%;
    top: 50%;
    background: hsl(@rn(1, 255, 3), @rn(50%, 90%), @rn(50%, 90%));
    transform: scale(@rn(1, 10, 3)) translate3d(@rn(-50, 50, 3)vw, @rn(-50, 50, 3)vh, @rn(-100, 20)px);
    animation: move @rn(5, 15, 3)s infinite @rn(-20, -10, 3)s linear alternate;
    box-shadow: 0 0 1px #fff, 0 0 5px #fff;
    @keyframes move {
        100% {
            margin-top: 500px;
        }
    }
</css-doodle>

OK,会是什么样一副景象呢?让我们来看看:

可以看到,利用柏林噪声生成的粒子效果,更加的真实,看上去更加的带感。

完整的代码,你可以戳这里:CSS Doodle - CSS Pattern Effect

当然,掌握了这个技巧之后,我们可以尝试其他添加其他属性的动画,那么可能我们会得到这样的动画:

完整的代码,你可以戳这里:CSS Doodle - CSS Pattern Effect

亦或,我们尝试实现另外一种时空穿梭的感觉:

<css-doodle grid="30x30">
    :doodle {
        @size: 100vw 100vmin;
    }
    :container {
        perspective: 500px;
        transform-style: preserve-3d;
        transform: rotate3d(@r(-1.5, 1.5), @r(-1.5, 1.5), @r(-1.5, 1.5), @r(0, 30)deg);
    }
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 2px;
    height: 2px;
    border-radius: 50%;
    top: @r(50, 50)%;
    left: @r(50, 50)%;
    background: hsl(@rn(160, 170, 3), @r(90%, 99%), @rn(50%, 70%));
    animation: move @r(5, 30)s infinite @r(-30, -15)s @p(linear, ease-in, ease-in-out);
    transform: scale(@rn(.1, 1)) rotate(0) translate3d(@r(-60vmin, 60vmin), @r(-60vmin, 60vmin), @r(-1500, -2000)px);
    box-shadow: 
    0 0 0.5px #fff,
    0 0 2px #fff,
    0 0 5px #fff; 
    @keyframes move {
        100% {
            transform: scale(10) rotate(1080deg) translate3d(0, 0, @r(710, 850)px);
        }
    }
</css-doodle>

效果如下:

完整的代码,你可以戳这里:CSS Doodle - CSS Pattern Effect

CSS-Doodle 库的作者,袁川老师,也有非常多 3D 粒子动画,其中一幅:

完整的代码 CSS Doodle - Seeding By yuanchuan

其实还有非常多属性适合添加到整个粒子系统中,本文只是抛砖引玉,只尝试了 CSS 中很少的属性。是的,CSS 一样可以实现这些超酷炫的粒子动效,如果你也心动了,不妨下来自己尝试下。相信你会喜欢上 CSS。

最后

本文到此结束,希望对你有帮助 :)

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