使用 CSS 构建强大且酷炫的粒子动画

阅读原文时间：2023年07月09日阅读：1

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。

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。

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：

grid="100x100" 表示实现一个 100x100 的 Grid 布局
@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
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。

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 top、left 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

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：