Обчислення довжини шляху CSS Motion Path: вимірювання відстані шляху

Шляхи руху CSS пропонують потужний спосіб створення складних та захоплюючих анімацій у мережі. Замість простих лінійних переходів або переходів з розгладженням, елементи можуть слідувати складним формам і кривим. Однак точне керування цими анімаціями часто потребує розуміння та обчислення довжини шляху руху. Ця стаття надає вичерпний посібник з розуміння та обчислення довжини шляху CSS motion path, що дозволить вам створювати більш вишукані та візуально приголомшливі веб-інтерфейси.

Що таке CSS Motion Path?

CSS motion path дозволяє анімувати елемент вздовж вказаного геометричного шляху. Цей шлях можна визначити за допомогою різних методів:

• Шляхи SVG: Використання елемента <path> в SVG для визначення складних форм.
• Основні форми: Використання фігур CSS, таких як circle(), ellipse(), rect() та polygon().
• Геометричні функції: Використання таких функцій, як ray(), url() або навіть користувацьких властивостей (змінних) для опису шляху.

Основні властивості CSS, які беруть участь:

• offset-path: Вказує шлях, яким повинен слідувати елемент.
• offset-distance: Вказує положення вздовж шляху (0% - початок, 100% - кінець).
• offset-rotate: Вказує, як елемент повинен обертатися під час руху по шляху.
• offset-anchor: Визначає точку на елементі, яка має бути вирівняна з шляхом.

Чому обчислювати довжину шляху?

Обчислення довжини шляху CSS motion path має вирішальне значення з кількох причин:

• Точне визначення часу анімації: Для синхронізації анімацій з іншими елементами або подіями на основі фактичної пройденої відстані, а не просто відсотка. Уявіть собі індикатор прогресу, який має заповнюватися пропорційно до руху об'єкта по криволінійному шляху. Знання довжини шляху дозволяє точно відображати відстань до прогресу.
• Адаптивний дизайн: Довжина шляхів може змінюватися в залежності від розміру екрана та орієнтації, особливо зі шляхами SVG, які масштабуються. Динамічне обчислення довжини забезпечує узгодженість анімацій на різних пристроях. Анімація логотипу, що слідує за шляхом, може потребувати коригування на менших екранах, що вимагає перерахунку довжини шляху.
• Складні взаємодії: Для запуску подій або зміни поведінки анімації в певних точках вздовж шляху, що вимагає знання абсолютних відстаней. Розгляньте інтерактивну карту, де натискання вздовж шляху запускає відображення різної інформації в залежності від пройденої відстані.
• Оптимізація продуктивності: Розуміння довжини шляху може допомогти оптимізувати продуктивність анімації, уникнувши непотрібних обчислень або коригувань під час анімації.
• Доступність: Розуміючи довжину шляхів, розробники можуть створювати більш доступні анімації, які забезпечують чіткі та узгоджені візуальні підказки для користувачів. Наприклад, використання довжини шляху руху для контролю швидкості анімації може допомогти користувачам із вестибулярними розладами уникнути морської хвороби.

Методи обчислення довжини шляху

Існує кілька методів обчислення довжини шляху CSS motion path, кожен зі своїми перевагами та недоліками:

1. JavaScript та метод SVG `getTotalLength()`

Найнадійніший і найточніший метод передбачає використання JavaScript та методу `getTotalLength()`, доступного в елементах шляху SVG. Цей метод повертає загальну довжину шляху в користувацьких одиницях (зазвичай пікселях).

Кроки:

1. Вставте шлях SVG: Вставте шлях SVG безпосередньо у свій HTML або завантажте його ззовні.
2. Доступ до елемента шляху: Використовуйте JavaScript, щоб вибрати елемент шляху, використовуючи його ID або інший відповідний селектор.
3. Викличте `getTotalLength()`: Викличте метод `getTotalLength()` в елементі шляху, щоб отримати його довжину.
4. Збережіть довжину: Збережіть повернуте значення довжини у змінній JavaScript для подальшого використання.

Приклад:

            
<svg width="200" height="200">
  <path id="myPath" d="M10,10 C20,20 40,20 50,10 A30,30 0 0 1 150,10 L190,190" stroke="black" fill="transparent"/>
</svg>

            

              
                Copy
              
            
          

            
const path = document.getElementById('myPath');
const pathLength = path.getTotalLength();

console.log('Path Length:', pathLength); // Output: The length of the path

            

              
                Copy
              
            
          

Пояснення:

• Код HTML визначає SVG, що містить елемент <path> з ідентифікатором "myPath". Атрибут `d` визначає форму шляху, використовуючи команди шляху SVG.
• Код JavaScript вибирає елемент шляху, використовуючи `document.getElementById('myPath')`.
• Метод `path.getTotalLength()` повертає загальну довжину шляху, яка потім записується у консоль.

Переваги:

• Точність: `getTotalLength()` забезпечує найбільш точне вимірювання довжини шляху.
• Підтримка браузерів: Добре підтримується у сучасних браузерах.
• Гнучкість: Працює зі складними шляхами SVG, включаючи криві та дуги.

Недоліки:

• Потребує JavaScript: Потрібен JavaScript для доступу до DOM SVG та виклику методу.
• Залежність від SVG: Застосовується лише до шляхів, визначених у SVG.

2. Наближення довжини за допомогою JavaScript

Якщо ви не можете використовувати SVG або потребуєте простішого підходу, ви можете наблизити довжину шляху за допомогою JavaScript. Це передбачає поділ шляху на невеликі сегменти та підсумовування довжин цих сегментів.

Алгоритм:

1. Визначте шлях: Представте шлях як серію точок або математичну функцію.
2. Розділіть на сегменти: Розділіть шлях на велику кількість невеликих сегментів.
3. Обчисліть довжини сегментів: Для кожного сегмента обчисліть його довжину, використовуючи формулу відстані (теорема Піфагора).
4. Підсумуйте довжини: Підсумуйте довжини всіх сегментів, щоб наблизити загальну довжину шляху.

Приклад (Наближення для простої кривої):

            
function approximateCurveLength(curvePoints, segments) {
  let length = 0;
  for (let i = 0; i < segments; i++) {
    const t1 = i / segments;
    const t2 = (i + 1) / segments;

    // Assuming curvePoints is an array of control points for a Bezier curve
    const p1 = getPointOnBezierCurve(curvePoints, t1);
    const p2 = getPointOnBezierCurve(curvePoints, t2);

    const dx = p2.x - p1.x;
    const dy = p2.y - p1.y;
    length += Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
  }
  return length;
}

function getPointOnBezierCurve(curvePoints, t) {
  // Bezier curve calculation logic (implementation not shown for brevity)
  // Returns {x: number, y: number}
  // ... (implementation omitted)
}

// Example usage:
const curveControlPoints = [
  { x: 10, y: 10 },
  { x: 50, y: 100 },
  { x: 150, y: 50 },
  { x: 190, y: 190 },
];

const numberOfSegments = 1000;
const approximatedLength = approximateCurveLength(curveControlPoints, numberOfSegments);
console.log('Approximated Length:', approximatedLength);

            

              
                Copy
              
            
          

Пояснення:

• Функція `approximateCurveLength` приймає масив точок кривої (контрольні точки для кривої Безьє в цьому прикладі) та кількість сегментів, на які потрібно розділити криву.
• Функція перебирає кожен сегмент, обчислюючи точки на початку та в кінці сегмента за допомогою `getPointOnBezierCurve`. (Реалізація `getPointOnBezierCurve` опущена для стислості, але передбачала б обчислення кривої Безьє).
• Відстань між цими двома точками обчислюється за допомогою теореми Піфагора, і ця відстань додається до загальної довжини.
• Змінна `numberOfSegments` контролює точність наближення. Більша кількість сегментів призводить до більш точного наближення, але також потребує більше обчислень.

Переваги:

• Немає залежності від SVG: Можна використовувати для будь-якого шляху, визначеного програмно.
• Налаштовується: Дозволяє використовувати різні методи наближення та рівні точності.

Недоліки:

• Менш точний: Забезпечує наближення, а не точне вимірювання. Точність залежить від кількості використаних сегментів.
• Складність: Потребує реалізації визначення шляху та логіки сегментації.
• Продуктивність: Може бути обчислювально дорогим для складних шляхів та великої кількості сегментів.

3. Атрибут CSS `pathLength` (застарілий)

Старіші версії SVG підтримували атрибут `pathLength`, який дозволяв безпосередньо вказувати загальну довжину шляху. Однак цей атрибут зараз застарів і не повинен використовуватися в сучасній веб-розробці.

Чому він застарів:

• Неузгодженість: Атрибут `pathLength` може призвести до неузгодженостей у рендерингу в різних браузерах та реалізаціях SVG.
• Обмежена корисність: Він в основному впливав на малювання штрихів і шаблони тире, а не був універсальним рішенням для обчислення довжини шляху.
• Кращі альтернативи: Метод `getTotalLength()` забезпечує більш надійний та гнучкий підхід.

Практичні приклади та варіанти використання

Давайте розглянемо кілька практичних прикладів застосування обчислення довжини шляху у веб-розробці:

1. Синхронізовані анімації

Уявіть, що ви хочете анімувати автомобіль, що їде по дорозі, і синхронізувати його з індикатором прогресу, що заповнюється у верхній частині екрана. Знання довжини дороги (шлях руху) дозволяє вам відобразити позицію автомобіля до відсотка завершення індикатора прогресу.

            
const car = document.getElementById('car');
const roadPath = document.getElementById('roadPath');
const progressBar = document.getElementById('progressBar');

const roadLength = roadPath.getTotalLength();

car.addEventListener('animationiteration', () => {
  // Reset the animation and progress bar when the animation repeats.
  car.style.offsetDistance = '0%';
  progressBar.style.width = '0%';
});

function updateProgressBar() {
  const carOffset = parseFloat(car.style.offsetDistance) / 100;
  const distanceTraveled = carOffset * roadLength;
  const progressPercentage = (distanceTraveled / roadLength) * 100;
  progressBar.style.width = progressPercentage + '%';
}

car.addEventListener('animationframe', updateProgressBar);

//CSS for setting up motion path animation on the car element. 
//This is just an example of how the car can be animated and it uses 'animationiteration' event

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі ми отримуємо довжину `roadPath` за допомогою `getTotalLength()`. Усередині функції `updateProgressBar` (яку потрібно було б запустити подією анімації або `requestAnimationFrame`), ми обчислюємо відстань, пройдену автомобілем, на основі його `offset-distance`. Потім ми обчислюємо відповідний відсоток прогресу та оновлюємо ширину індикатора прогресу.

2. Інтерактивні шляхи руху

Розглянемо інтерактивну часову шкалу, де користувачі можуть клацати вздовж шляху, щоб показати інформацію про різні події. Обчисливши відстань від початку шляху до точки клацання, ви можете визначити, яка подія знаходиться найближче, і відобразити її деталі.

            
const timelinePath = document.getElementById('timelinePath');
const eventMarkers = document.querySelectorAll('.event-marker'); // Assumes each event has a marker element.
const timelineLength = timelinePath.getTotalLength();

// Mock data
const eventData = [
  { distance: timelineLength * 0.2, description: 'Event 1 Description' },
  { distance: timelineLength * 0.5, description: 'Event 2 Description' },
  { distance: timelineLength * 0.8, description: 'Event 3 Description' }
];


timelinePath.addEventListener('click', (event) => {
  const clickX = event.offsetX;
  const clickY = event.offsetY;

  let closestEvent = null;
  let minDistance = Infinity;

  for (const event of eventData) {
    const distance = Math.abs(calculateDistanceFromClick(clickX, clickY, timelinePath, event.distance)); // Implement this function. Calculates the actual distance along the path. See Below!
    if (distance < minDistance) {
      minDistance = distance;
      closestEvent = event;
    }
  }

  // Display closest event information.
  if(closestEvent){
  console.log('Closest event:', closestEvent.description);
  //Update some HTML element here to show it (not shown)!
  }
});


function calculateDistanceFromClick(clickX, clickY, pathElement, targetDistance) {
    let closestPoint = findPointOnPathByDistance(pathElement, targetDistance);
    if(!closestPoint) return Infinity;

    const dx = clickX - closestPoint.x;
    const dy = clickY - closestPoint.y;
    return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
}

function findPointOnPathByDistance(pathElement, distance) {
  // Use binary search to find the point on the path that corresponds to the given distance.
  // This can be implemented by progressively subdividing the path and calculating the distance 
  // to the midpoint.  If the distance to the midpoint is greater than the target distance, search
  // the first half of the path. Otherwise, search the second half.

  // (This is a complex function to implement, but it is much more precise than just sampling point across the entire path. The latter would be much more expensive in terms of performance.
  // An example (but potentially inefficient implementation) to find points and compute the actual coordinate (SVGPoint) would involve:
    // let point = pathElement.getPointAtLength(distance);
  
    //However that method above has performance issues if you do it many times because it forces the browser to re-render.
    //For this specific case, you'd want to compute a few of these, save them, and use them as reference points to interpolate among.
    //Returning `null` here to indicate that the point cannot be found.
    return null; // placeholder.
}



            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі ми прикріплюємо слухач подій клацання до `timelinePath`. Коли користувач клацає, ми обчислюємо відстань від початку шляху до точки клацання. Потім ми перебираємо масив `eventData` (який зберігає розташування кожної події вздовж шляху) і знаходимо найближчу подію на основі обчисленої відстані. Нарешті, ми відображаємо інформацію про найближчу подію.

3. Динамічні шаблони тире

Ви можете створювати візуально привабливі ефекти, анімуючи властивості `stroke-dasharray` та `stroke-dashoffset` шляху SVG на основі його довжини. Це дозволяє створювати пунктирні лінії, які, здається, малюються самі вздовж шляху.

            
<svg width="200" height="200">
  <path id="dashedPath" d="M10,10 C20,20 40,20 50,10 A30,30 0 0 1 150,10 L190,190" stroke="blue" stroke-width="3" fill="transparent"/>
</svg>

            

              
                Copy
              
            
          

            
const dashedPath = document.getElementById('dashedPath');
const pathLength = dashedPath.getTotalLength();

// Set initial dash array and offset.
dashedPath.style.strokeDasharray = pathLength;
dashedPath.style.strokeDashoffset = pathLength;

//Animate stroke-dashoffset to create the drawing effect
// Using CSS animations is usually much smoother than Javascript for these low-level properties.

// Example using CSS animations:
// Add this to your CSS:
// #dashedPath {
//  animation: drawLine 5s linear forwards;
// }

//@keyframes drawLine {
//  to {
//   stroke-dashoffset: 0;
//  }
//}

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі ми отримуємо довжину `dashedPath` і встановлюємо `stroke-dasharray` рівним довжині шляху. Ми також встановлюємо `stroke-dashoffset` на те саме значення спочатку. Анімуючи `stroke-dashoffset` від довжини шляху до 0, ми створюємо ілюзію, що пунктирна лінія малюється сама вздовж шляху. Потім це можна налаштувати та налаштувати за допомогою інших значень і зміщень за бажанням.

Додаткові міркування

1. Оптимізація продуктивності

Обчислення довжини шляху може бути обчислювально дорогим, особливо для складних шляхів або при частому виконанні. Розгляньте ці методи оптимізації:

• Кешуйте довжини шляху: Обчисліть довжину шляху один раз і збережіть її у змінній для повторного використання. Уникайте перерахунку довжини, якщо шлях не змінюється.
• Обмежте або дроселюйте обчислення: Якщо обчислення довжини шляху запускаються введенням даних користувачем або подіями, використовуйте зменшення або дроселювання, щоб обмежити частоту обчислень.
• Спростіть шляхи: Спростіть складні шляхи, щоб зменшити кількість сегментів і необхідних обчислень.
• Використовуйте апаратне прискорення: Переконайтеся, що анімації апаратно прискорені за допомогою перетворень CSS та непрозорості.

2. Адаптивні шляхи

Якщо ваші шляхи руху визначені у SVG та масштабуються адаптивно, довжина шляху змінюватиметься в залежності від розміру вікна перегляду. Вам потрібно динамічно перераховувати довжину шляху щоразу, коли змінюється розмір вікна перегляду.

            
const path = document.getElementById('responsivePath');

function updatePathLength() {
  const pathLength = path.getTotalLength();
  // Use pathLength for animations or calculations.
  console.log("pathLength: " + pathLength);
}

window.addEventListener('resize', updatePathLength);

// Initial calculation on page load.
updatePathLength();

            

              
                Copy
              
            
          

3. Доступність

Переконайтеся, що анімації, які використовують шляхи руху, доступні для всіх користувачів:

• Надайте альтернативи: Запропонуйте альтернативні способи доступу до інформації, переданої анімацією, наприклад, текстові описи або інтерактивні елементи.
• Поважайте налаштування користувачів: Поважайте налаштування користувачів для зменшення руху (використовуючи медіа-запит `prefers-reduced-motion`). Якщо користувач віддає перевагу зменшеному руху, вимкніть або спростіть анімацію.
• Використовуйте чіткі та узгоджені візуальні підказки: Використовуйте чіткі та узгоджені візуальні підказки, щоб вказати мету та стан анімації. Уникайте анімацій, які відволікають або дезорієнтують.
• Перевірте з допоміжними технологіями: Перевірте свої анімації з допоміжними технологіями, такими як зчитувачі з екрану, щоб переконатися, що вони доступні для користувачів з обмеженими можливостями.

Альтернативні бібліотеки та інструменти Motion Path

Кілька бібліотек і інструментів JavaScript можуть спростити створення та керування шляхами руху CSS та анімаціями:

• GreenSock Animation Platform (GSAP): Потужна та універсальна бібліотека анімації, яка надає розширені функції для створення складних анімацій шляху руху. GSAP пропонує плагіни для малювання на шляхах SVG та точний контроль над часом та розгладженням анімації.
• Anime.js: Легка бібліотека анімації JavaScript із простим та інтуїтивно зрозумілим API. Anime.js підтримує анімації шляхів руху, накладку та різні функції розгладження.
• Velocity.js: Механізм анімації, який забезпечує високу продуктивність і широкий спектр ефектів анімації. Velocity.js підтримує анімації шляхів руху та бездоганно інтегрується з jQuery.
• Mo.js: Декларативна бібліотека графіки руху для веб-мережі. Mo.js дозволяє створювати складні та інтерактивні анімації за допомогою модульного та розширюваного API.
• ScrollMagic: Бібліотека JavaScript, яка дозволяє запускати анімації на основі положення прокрутки користувача. ScrollMagic можна використовувати для створення анімацій шляхів руху на основі прокручування та інтерактивних взаємодій.

Висновок

Обчислення довжини шляхів руху CSS має важливе значення для створення точних, адаптивних та доступних веб-анімацій. Розуміючи різні методи та методи, описані в цій статті, ви можете розкрити весь потенціал шляхів руху та створити візуально захоплюючі та інтерактивні веб-інтерфейси. Незалежно від того, чи вирішите ви використовувати JavaScript та `getTotalLength()` для точності або наблизити довжину за допомогою власного коду, можливість вимірювати відстані шляху дає вам змогу точно налаштовувати свої анімації та забезпечувати винятковий досвід користувачів на всіх пристроях та платформах. Ознайомтеся з потужністю шляхів руху та вдосконалюйте свої веб-дизайни за допомогою захоплюючих та значущих анімацій.