CSS Houdini实现动态波浪纹
CSS Houdini 号称 CSS 领域最令人振奋的革新。CSS 本身长期欠缺语法特性，可拓展性几乎为零，并且新特性的支持效率太低，兼容性差。而 Houdini 直接将 CSS 的 API 暴露给开发者，以往完全黑盒的浏览器解析流开始对外开放，开发者可以自定义属于自己的 CSS 属性。
背景
我们知道，浏览器在渲染页面时，首先会解析页面的 HTML 和 CSS，生成渲染树（rendering tree），再经由布局（layout）和绘制（painting），呈现出整个页面内容。在 Houdini 出现之前，这个流程上我们能操作的空间少之甚少，尤其是 layout 和 painting 环节，可以说是完全封闭，极大地限制了 CSS 的灵活性。社区中 sass、less、stylus 等 CSS 预处理技术的出现大多都源于这个原因，它们都希望通过预编译，突破 CSS 的局限性，让 CSS 拥有更强大的组织和编写能力。所以慢慢地，我们都不再手写 CSS，更方便、更灵活的 CSS 扩展语言成了 web 开发的主角。看到这样的情况，CSS Houdini 终于坐不住了。
什么是 CSS Houdini？
CSS Houdini 对外开放了浏览器解析流程的一系列 API，这些 API 允许开发者介入浏览器的 CSS engine 运作，带来了更多的 CSS 解决方案。
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CSS Houdini 主要提供了以下几个 API：
CSS Properties and Values API
允许在 CSS 中定义变量和使用变量，是目前兼容性最好的一个 API；
Layout API
允许开发者编写自己的 Layout Module，自定义诸如 display 这类的布局属性；
Painting API
允许开发者编写自己的 Paint Module，自定义诸如 background-image 这类的绘制属性。
基础：三步用上 Painting API
1、HTML 中通过 Worklets 载入样式的自定义代码：
<div class="rect"></div>
<script>
if ("paintWorklet" in CSS) {
CSS.paintWorklet.addModule("paintworklet.js");
}
</script>
Worklets 也是 Houdini 提供的 API 之一，负责加载和执行样式的自定义 JS 代码。它类似于 Web Worker，是一个运行于主代码之外的独立工作进程，但比 Worker 更为轻量，负责 CSS 渲染任务最为合适。
2、新建一个 paintworklet.js，利用 registerPaint 方法注册一个 paint 类 rect，定义 paint 属性的绘制逻辑：
registerPaint(
"rect",
class {
static get inputProperties() {
return ["--rect-color"];
}
paint(ctx, geom, properties) {
const color = properties.get("--rect-color")[0];
ctx.fillStyle = color;
ctx.fillRect(0, 0, geom.width, geom.height);
}
}
);
上边定义了一个名为 rect 的 paint 属性类，当 rect 被使用时，会实例化 rect 并自动触发 paint 方法执行渲染。paint 方法中，我们获取节点 CSS 定义的 --rect-color 变量，并将元素的背景填充为指定颜色。ctx 参数是一个 Canvas 的 Context 对象，因此 paint 的逻辑跟 Canvas 的绘制方式一样。
3、CSS 中使用的时候，只需要调用 paint 方法：
.rect {
width: 100vw;
height: 100vh;
background-image: paint(rect);
--rect-color: rgb(255, 64, 129);
}
这是一个自定义 CSS 背景色属性的简单实现，看得出利用 CSS Houdini，我们可以像操作 canvas 一样灵活自如地实现我们想要的样式功能。
进阶：实现动态波纹
根据上述步骤，我们演示一下如何用 CSS Painting API 实现一个动态波浪的效果：
<!-- index.html -->
<div id="wave"></div>
<style>
#wave {
width: 20%;
height: 70vh;
margin: 10vh auto;
background-color: #ff3e81;
background-image: paint(wave);
}
</style>
<script>
if ("paintWorklet" in CSS) {
CSS.paintWorklet.addModule("paintworklet.js");
const wave = document.querySelector("#wave");
let tick = 0;
requestAnimationFrame(function raf(now) {
tick += 1;
wave.style.cssText = `--animation-tick: ${tick};`;
requestAnimationFrame(raf);
});
}
</script>
// paintworklet.js
registerPaint('wave', class {
static get inputProperties() {
return ['--animation-tick'];
}
paint(ctx, geom, properties) {
let tick = Number(properties.get('--animation-tick'));
const {
width,
height
} = geom;
const initY = height * 0.4;
tick = tick * 2;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0, initY + Math.sin(tick / 20) * 10);
for (let i = 1; i <= width; i++) {
ctx.lineTo(i, initY + Math.sin((i + tick) / 20) * 10);
}
ctx.lineTo(width, height);
ctx.lineTo(0, height);
ctx.lineTo(0, initY + Math.sin(tick / 20) * 10);
ctx.closePath();
ctx.fillStyle = 'rgba(255, 255, 255, 0.5)';
ctx.fill();
}
})
paintworklet 中，利用 sin 函数绘制波浪线，由于 AnimationWorklets 尚处于实验阶段，开放较少，这里我们在 worklet 外部用 requestAnimationFrame API 来做动画驱动，让波浪纹动起来。完成后能看到下边这样的效果。
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然而事实上这个效果略显僵硬，sin 函数太过于规则了，现实中的波浪应该是不规则波动的，这种不规则主要体现在两个方面：
1）波纹高度（Y）随位置（X）变化而不规则变化
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把图按照 x-y 正交分解之后，我们希望的不规则，可以认为是固定某一时刻，随着 x 轴变化，波纹高度 y 呈现不规则变化；
2）固定某点（X 固定），波纹高度（Y）随时间推进而不规则变化
动态过程需要考虑时间维度，我们希望的不规则，还需要体现在时间的影响中，比如风吹过的前一秒和后一秒，同一个位置的波浪高度肯定是不规则变化的。
提到不规则，有朋友可能想到了用 Math.random 方法，然而这里的不规则并不适合用随机数来实现，因为前后两次取的随机数是不连续的，而前后两个点的波浪是连续的。这个不难理解，你见过长成锯齿状的波浪吗？又或者你见过上一刻 10 米高、下一刻就掉到 2 米的波浪吗？
为了实现这种连续不规则的特征，我们弃用 sin 函数，引入了一个包 simplex-noise。由于影响波高的有两个维度，位置 X 和时间 T，这里需要用到 noise2D 方法，它提前在一个三维的空间中，构建了一个连续的不规则曲面：
// paintworklet.js
import SimplexNoise from 'simplex-noise';
const sim = new SimplexNoise(() => 1);
registerPaint('wave', class {
static get inputProperties() {
return ['--animation-tick'];
}
paint(ctx, geom, properties) {
const tick = Number(properties.get('--animation-tick'));
this.drawWave(ctx, geom, 'rgba(255, 255, 255, 0.4)', 0.004, tick, 15, 0.4);
this.drawWave(ctx, geom, 'rgba(255, 255, 255, 0.5)', 0.006, tick, 12, 0.4);
}
/**
* 绘制波纹
*/
drawWave(ctx, geom, fillColor, ratio, tick, amp, ih) {
const {
width,
height
} = geom;
const initY = height * ih;
const speedT = tick * ratio;
ctx.beginPath();
for (let x = 0, speedX = 0; x <= width; x++) {
speedX += ratio * 1;
var y = initY + sim.noise2D(speedX, speedT) * amp;
ctx[x === 0 ? 'moveTo' : 'lineTo'](x, y);
}
ctx.lineTo(width, height);
ctx.lineTo(0, height);
ctx.lineTo(0, initY + sim.noise2D(0, speedT) * amp);
ctx.closePath();
ctx.fillStyle = fillColor;
ctx.fill();
}
})
修改峰值和偏置项等参数，可以再画多一个不一样的波浪纹，效果如下，完工！
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