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三角函式與緩入緩出影片及C#實作(圖文講解)

2020-09-12 10:56:18 .NET開發


日常經常能看到緩入緩出的影片效果,如:

1,帶緩入緩出效果的滾動條:

2,帶緩入緩出效果的呼吸燈:

像上面這種效果,就是用到了三角函式相關的知識,下面將從頭開始一步步去講解如何實作這種效果,


 

 

一、基礎知識

(一)三角函式

常用的三角函式有正弦函式(sin)、余弦函式(cos)、正切函式(tan),在影片效果中常用的是正弦函式和余弦函式,由于兩者可以互相轉化,所以本文將以正弦函式來進行講解,

如下圖所示直角三角形ABC:

則:

sin(A)=a/c

即:角A的正弦值=角A的對邊/斜邊

(二)正弦曲線

將三角函式與影片橋接起來的便是三角函式曲線,

以正弦函式為例,其正弦曲線公式為:y = A*sin(B*x + C) + D

其中y、x分別是縱坐標、橫坐標,

1,在默認狀態時,即:y=sin(x) 時,其曲線如下圖所示:

2,正弦曲線公式中的引數 “A” 控制曲線的振幅,A 值越大,振幅越大,A 值越小,振幅越小,

如:y=2*sin(x),其曲線如下圖所示(藍線為 y=sin(x)):

3,引數 “B" 控控制曲線的周期,B 值越大,那么周期越短,B 值越小,周期越長,

如:y=sin(2x),其曲線如下圖所示(藍線為 y=sin(x)):

4,引數 “C" 控控制曲線左右移動,C 值為正數,曲線左移,C 值為負數,曲線右移;

如:y=sin(x+1),其曲線如下圖所示(藍線為 y=sin(x)):

5,引數 “D" 控控制曲線上下移動,D 值為正數,曲線上移,D 值為負數,曲線下移;

如:y=sin(x)+1,其曲線如下圖所示(藍線為 y=sin(x)):

(三)角度與弧度

因為在使用代碼去計算正弦值時,其單位一般是弧度,像C#中的”Math.Sin()“函式,而直觀的效果卻是角度,所以需要講解一下角度與弧度,

1,角度

定義:兩條射線從圓心向圓周射出,形成一個夾角和夾角正對的一段弧,當這段弧長正好等于圓周長的360分之中的一個時,兩條射線的夾角的大小為1度,

示意圖如下:

2,弧度

定義:弧度:兩條射線從圓心向圓周射出,形成一個夾角和夾角正對的一段弧,當這段弧長正好等于圓的半徑時,兩條射線的夾角大小為1弧度,

示意圖如下:

其中:AB=OA=r

3,角度與弧度的差別

最基本的差別在于角所對的弧長大小不同,度的是等于圓周長的360分之中的一個,而弧度的是等于半徑,

4,角度與弧度的轉換

因為:弧度角=弧長/半徑

所以:

a,周角(360度)=周長/半徑=2πr/r=2π

b,平角(180度)=π

由b可知:180度=π弧度

所以:

c,1度=π/180 弧度(≈0.017453弧度)
d,1弧度=180/π 度(≈57.3度)

可得轉換公式:

弧度=度*π/180
度=弧度*180/π


 

三、影片實作

實作的思路簡單而言便是利用正弦曲線的”y“和”x“值的變化,對于緩入緩出影片,就是速度的變化,

速度的定義和公式:速度在數值上等于物體運動的位移跟發生這段位移所用的時間的比值,速度的計算公式為v=Δs/Δt

控制速度,無非是”距離“與”時間“這兩個量的變化,

在實作應用中,往往不會同時變化兩個量,而是固定一個量,變化一個量,

在實際程式實作時,一般是固定“時間”,只變化“距離”,此處的”時間“可以理解為”時間間隔“,即在時間間隔不變的情況下,需要考慮每個時間間隔內運行的距離,

那么在正弦曲線上的體現便是等x間隔下,y的取值,

(一)簡單實作

(1)實作思路:

1,通過y=sin(x)的曲線可知:y值的范圍是(-1~+1)

2,將曲線上移,上移距離為1,即:y=sin(x)+1,此時y值的范圍:(0~2)

3,為使y值范圍變為(0~1),對函式除2,即:y=(sin(x)+1)/2

如圖(藍線為 y=sin(x)):

4,將y值乘以緩入緩出影片的擺動距離

(2)C#實作:

1,控制元件布局及屬性

2,核心代碼

 1 void pShowD()
 2 {
 3     //i是度數,不是弧度
 4     int i = 0;
 5     //移動距離要減去滑塊本身的寬度
 6     double dMoveDistance = panel_Board.Width - panel_Slider.Width;
 7     while (true)
 8     {
 9         i++;
10         if (i > 360)
11         {
12             //一個周期是360度
13             i = 0;
14         }
15         //固定時間間隔
16         Thread.Sleep(10);
17         //通過公式:弧度=度*π/180,將度數i轉為Math.Sin()所需要的弧度數
18         double dz = dMoveDistance * (1 + Math.Sin(i * Math.PI / 180)) / 2;
19         pSetLeft(Convert.ToInt32(dz));
20 
21     }
22 }
23 
24 void pSetLeft(int i)
25 {
26     if (panel_Slider.InvokeRequired)
27     {
28         panel_Slider.Invoke(new Action<int>(pSetLeft), new object[] { i });
29     }
30     else
31     {
32         panel_Slider.Left = i;
33     }
34 }
簡單實作

3,運行效果

(二)簡單實作優化

通過觀察上面的實作,可以發現雖然實作了緩入緩出效果,但是其”滑塊“(panel_Slider)的起始位置卻不是最左側,而是從中間開始,

根據上面的公式也可以看出來,當x=0時,y=(sin(x)+1)/2=1/2,即:整個擺動距離的二分之一,

(1)優化思路

為了讓滑塊從最左側開始,則需要將曲線向右移動,移動距離是π/2,

其曲線公式變為:y=(sin(x-π/2)+1)/2

如圖(藍線為 y=sin(x)):

(2)C#實作

1,布局同上,

2,核心代碼

 1 void pShowD2()
 2 {
 3     //i是度數,不是弧度
 4     int i = 0;
 5     //移動距離要減去滑塊本身的寬度
 6     double dMoveDistance = panel_Board.Width - panel_Slider.Width;
 7     while (true)
 8     {
 9         i++;
10         if (i > 360)
11         {
12             //一個周期是360度
13             i = 0;
14         }
15         //固定時間間隔
16         Thread.Sleep(10);
17         //通過公式:弧度=度*π/180,將度數i轉為Math.Sin()所需要的弧度數
18         //因為i是度數,所以是(i-90)
19         double dz = dMoveDistance * (1 + Math.Sin((i-90) * Math.PI / 180)) / 2;
20         pSetLeft(Convert.ToInt32(dz));
21 
22     }
23 }
24 
25 void pSetLeft(int i)
26 {
27     if (panel_Slider.InvokeRequired)
28     {
29         panel_Slider.Invoke(new Action<int>(pSetLeft), new object[] { i });
30     }
31     else
32     {
33         panel_Slider.Left = i;
34     }
35 }
簡單實作(優化)

3,運行效果

(三)擴展實作

在實際應用中,影片往往需要在”固定時間“內完成,

以前面實作為例,使滑塊從左端滑到右端的時長固定為1秒,該怎么實作呢?

 (1)實作思路

整體思路與之前的并沒有什么大的區別,仍是固定”時間“,變化”距離“,

在前面的”簡單實作(優化)“的基礎上,需要增加下面的一些修改和補充:

1,假設”時間間隔“為:Interval,那么,在指定的1秒內,共會變化(Step=1/Interval)次,

2,那么,每次變化時度數的變化便不再是”1“,又一個周期是滑塊一個來回,所以,第次變化的度數便是:Per=2π/2*Step=180/Step,

(2)C#實作

在實作時加入了勻速的對比,

1,布局及屬性

2,核心代碼

 1 void pShowD2()
 2 {
 3     //當前滑塊的位置
 4     double d = 0;
 5     //true/false:向右滑/向左滑
 6     bool bToRight = true;
 7     //時間間隔,單位:ms
 8     int iInterval = 10;
 9     //從左到右所需要的總時間,單位:ms
10     int iAnimateTime = 1000;
11     //移動距離要減去滑塊本身的寬度
12     double dMoveDistance = panel_Board.Width - panel_Slider.Width;
13     //需要變化的次數
14     double dStep = Convert.ToDouble(iAnimateTime) / iInterval;
15     //每次變化所增加的距離
16     double dPerX = dMoveDistance / dStep;
17     while (true)
18     {
19         d = bToRight ? d + dPerX : d - dPerX;
20         if (d > dMoveDistance)
21         {
22             bToRight = false;
23         }
24         if (d < 0)
25         {
26             bToRight = true;
27         }
28 
29         Thread.Sleep(iInterval);
30         int iZ = Convert.ToInt32(d);
31         pSetLeft2(iZ);
32 
33     }
34 }
35 void pSetLeft2(int i)
36 {
37     if (panel_S2.InvokeRequired)
38     {
39         panel_S2.Invoke(new Action<int>(pSetLeft2), new object[] { i });
40     }
41     else
42     {
43         panel_S2.Left = i;
44     }
45 }
1,勻速
 1 void pShowD()
 2 {
 3     //d是度數,不是弧度
 4     double d = 0;
 5     //時間間隔,單位:ms
 6     int iInterval = 10;
 7     //從左到右所需要的總時間,單位:ms
 8     int iAnimateTime = 1000;
 9     //移動距離要減去滑塊本身的寬度
10     double dMoveDistance = panel_Board.Width - panel_Slider.Width;
11     //需要變化的次數
12     double dStep = Convert.ToDouble(iAnimateTime) / iInterval;
13     //每次變化所增加的度數
14     double dPer = 180.0 / dStep;
15     while (true)
16     {
17         d += dPer;
18         if (d > 360)
19         {
20             //一個周期是360度
21             d = 0;
22         }
23         //固定時間間隔
24         Thread.Sleep(iInterval);
25         //通過公式:弧度=度*π/180,將度數i轉為Math.Sin()所需要的弧度數
26         double dz = dMoveDistance * (1 + Math.Sin((d - 90) * Math.PI / 180)) / 2;
27         pSetLeft(Convert.ToInt32(dz));
28 
29     }
30 }
31 
32 void pSetLeft(int i)
33 {
34     if (panel_Slider.InvokeRequired)
35     {
36         panel_Slider.Invoke(new Action<int>(pSetLeft), new object[] { i });
37     }
38     else
39     {
40         panel_Slider.Left = i;
41     }
42 }
2,緩入緩出

3,運行效果

 


 

四、結束語

本篇主要講的是三角函式與緩入緩出影片,但三角函式在影片中的作用不僅僅如此,比如直接使用正弦曲線的形狀來繪制波浪效果——在充電、進度條等地方可以使用該效果,

而且即然知道在曲線在影片中的作用,那么便可以通過不同的函式曲線實作不同的影片效果,比如另一個非常好用的”貝塞爾曲線“,可以實作更復雜、更優雅的影片效果,

 

如有錯誤和不足之處歡迎大家批評指正,

 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/net/13456.html

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