站長資訊網(wǎng)什么是白噪聲？CSS中如何利用柏林噪聲繪制炫酷圖形？下面本篇文章給大家介紹一下利用噪聲構(gòu)建美妙的 CSS 圖形的方法，希望對大家有所幫助！
在平時，我非常喜歡利用 CSS 去構(gòu)建一些有意思的圖形。【推薦學(xué)習(xí)：css視頻教程】
我們首先來看一個簡單的例子。首先，假設(shè)我們實現(xiàn)一個 10×10 的格子：
此時，我們可以利用一些隨機效果，優(yōu)化這個圖案。譬如，我們給它隨機添加不同的顏色：
雖然利用了隨機，隨機填充了每一個格子的顏色，看著有那么點意思，但是這只是一幅雜亂無章的圖形，并沒有什么藝術(shù)感。
這是為什么呢？因為這里的隨機屬于完全隨機，屬于一種白噪聲。
什么是白噪聲？
噪聲（Noise）實際上就是一個隨機數(shù)生成器。
那么，什么是白噪聲呢？如果從程序員的角度去理解的話，可以理解為我們在 JavaScript 中使用的 random() 函數(shù)，生成的數(shù)大致在 0~1 內(nèi)是完全隨機的。
而噪聲的基礎(chǔ)是隨機數(shù)，譬如我們給上述的圖形每一個格子添加了一個隨機顏色，得到的就是一幅雜亂無章的圖形塊，沒有太多美感可言。
白噪聲或白雜訊，是一種功率譜密度為常數(shù)的隨機信號。換句話說，此信號在各個頻段上的功率譜密度是一樣的，由于白光是由各種頻率（顏色）的單色光混合而成，因而此信號的這種具有平坦功率譜的性質(zhì)被稱作是“白色的”，此信號也因此被稱作白噪聲。
因為，利用白噪聲產(chǎn)生的圖形，看起不自然，也不太具備美感。
觀察現(xiàn)實生活中的自然噪聲，它們不會長成上面的樣子。例如木頭的紋理、山脈的起伏，它們的形狀是趨于分形狀（fractal）的，即包含了不同程度的細節(jié)，這些隨機的成分并不是完全獨立的，它們之間有一定的關(guān)聯(lián)。和顯然，白噪聲沒有做到這一點。
柏林噪聲
這樣，我們就自然而然的引入了柏林噪聲。
Perlin 噪聲 ( Perlin noise ) 指由 Ken Perlin 發(fā)明的自然噪聲生成算法。
在介紹它之前，我們先看看，上述的圖形，如果我們不使用白噪聲（完全隨機），而是使用柏林噪聲，會是什么樣子呢？
它可能是這樣：
這里我制作了一張動圖，大家可以感受下，每次點擊都是一次利用了柏林噪聲隨機，賦予每個格子不同隨機顏色的結(jié)果：
可以看到，利用柏林噪聲隨機效果產(chǎn)生的圖形，彼此之間并非毫無關(guān)聯(lián)，它們之間的變化是連續(xù)的，彼此之間并沒有發(fā)生跳變。這種隨機效果，類似于自然界中的隨機效果，譬如上面說的，木頭紋理、山脈起伏的變化。
上面說的，噪聲實際上就是一個隨機數(shù)生成器。而這里：
-
白噪聲的問題在于，它實在太過于隨機，毫無規(guī)律可言
-
而柏林噪聲基于隨機，并在此基礎(chǔ)上利用緩動曲線進行平滑插值，使得最終得到噪聲效果更加趨于自然
具體的實現(xiàn)方式在這里 Improved Noise reference implementation，可以看看，源碼其實不是很多：
// This code implements the algorithm I describe in a corresponding SIGGRAPH 2002 paper. // JAVA REFERENCE IMPLEMENTATION OF IMPROVED NOISE - COPYRIGHT 2002 KEN PERLIN. public final class ImprovedNoise { static public double noise(double x, double y, double z) { int X = (int)Math.floor(x) & 255, // FIND UNIT CUBE THAT Y = (int)Math.floor(y) & 255, // CONTAINS POINT. Z = (int)Math.floor(z) & 255; x -= Math.floor(x); // FIND RELATIVE X,Y,Z y -= Math.floor(y); // OF POINT IN CUBE. z -= Math.floor(z); double u = fade(x), // COMPUTE FADE CURVES v = fade(y), // FOR EACH OF X,Y,Z. w = fade(z); int A = p[X ]+Y, AA = p[A]+Z, AB = p[A+1]+Z, // HASH COORDINATES OF B = p[X+1]+Y, BA = p[B]+Z, BB = p[B+1]+Z; // THE 8 CUBE CORNERS, return lerp(w, lerp(v, lerp(u, grad(p[AA ], x , y , z ), // AND ADD grad(p[BA ], x-1, y , z )), // BLENDED lerp(u, grad(p[AB ], x , y-1, z ), // RESULTS grad(p[BB ], x-1, y-1, z ))),// FROM 8 lerp(v, lerp(u, grad(p[AA+1], x , y , z-1 ), // CORNERS grad(p[BA+1], x-1, y , z-1 )), // OF CUBE lerp(u, grad(p[AB+1], x , y-1, z-1 ), grad(p[BB+1], x-1, y-1, z-1 )))); } static double fade(double t) { return t * t * t * (t * (t * 6 - 15) + 10); } static double lerp(double t, double a, double b) { return a + t * (b - a); } static double grad(int hash, double x, double y, double z) { int h = hash & 15; // CONVERT LO 4 BITS OF HASH CODE double u = h<8 ? x : y, // INTO 12 GRADIENT DIRECTIONS. v = h<4 ? y : h==12||h==14 ? x : z; return ((h&1) == 0 ? u : -u) + ((h&2) == 0 ? v : -v); } static final int p[] = new int[512], permutation[] = { 151,160,137,91,90,15, 131,13,201,95,96,53,194,233,7,225,140,36,103,30,69,142,8,99,37,240,21,10,23, 190, 6,148,247,120,234,75,0,26,197,62,94,252,219,203,117,35,11,32,57,177,33, 88,237,149,56,87,174,20,125,136,171,168, 68,175,74,165,71,134,139,48,27,166, 77,146,158,231,83,111,229,122,60,211,133,230,220,105,92,41,55,46,245,40,244, 102,143,54, 65,25,63,161, 1,216,80,73,209,76,132,187,208, 89,18,169,200,196, 135,130,116,188,159,86,164,100,109,198,173,186, 3,64,52,217,226,250,124,123, 5,202,38,147,118,126,255,82,85,212,207,206,59,227,47,16,58,17,182,189,28,42, 223,183,170,213,119,248,152, 2,44,154,163, 70,221,153,101,155,167, 43,172,9, 129,22,39,253, 19,98,108,110,79,113,224,232,178,185, 112,104,218,246,97,228, 251,34,242,193,238,210,144,12,191,179,162,241, 81,51,145,235,249,14,239,107, 49,192,214, 31,181,199,106,157,184, 84,204,176,115,121,50,45,127, 4,150,254, 138,236,205,93,222,114,67,29,24,72,243,141,128,195,78,66,215,61,156,180 }; static { for (int i=0; i < 256 ; i++) p[256+i] = p[i] = permutation[i]; } }
當(dāng)然，本文不是專門來論述柏林噪聲如何實現(xiàn)的，上述代碼誰看了都頭大。我們只需要知道，我們可以借助柏林噪聲去構(gòu)建更有規(guī)律的圖形效果。讓我們的圖形更具美感。
利用 CSS-doodle，在 CSS 中利用柏林噪聲
那么，在 CSS 中我們?nèi)绾稳ナ褂?strong>柏林噪聲呢？
一種方式是找一些現(xiàn)成的庫，譬如 p5.js 里面的 noise 函數(shù)。
當(dāng)然，這里，我習(xí)慣使用 CSS-doodle，這個 CSS 圖形構(gòu)建庫我在多篇文章中已經(jīng)都有介紹過。
簡單而言，CSS-doodle 它是一個基于 Web-Component 的庫。允許我們快速的創(chuàng)建基于 CSS Grid 布局的頁面，并且提供各種便捷的指令及函數(shù)（隨機、循環(huán)等等），讓我們能通過一套規(guī)則，得到不同 CSS 效果。可以簡單看看它的主頁 — Home Page of CSS-doodle，只需要 5min 也許就能快速上手。
譬如上述的圖形，它的全部代碼：
<css-doodle grid="10x10"> :doodle { @size: 50vmin; gap: 1px; } background: hsl(@rn(255, 1, 2), @rn(10%, 90%), @rn(10%, 90%)); </css-doodle>
沒錯，只需要這么寥寥幾句，就可以勾勒出這樣一幅圖案：
CSS Pattern — CSS Doodle
https://codepen.io/Chokcoco/pen/eYMNWNq
簡單解釋下：
-
css-doodle是基于 Web-Component 封裝的，基本所有的代碼都寫在<css-doodle>標簽內(nèi)，當(dāng)然也可以寫一些原生 CSS/JavaScript 輔助 -
使用
grid="10x10"即可生成一個 10×10 的 Grid 網(wǎng)格，再配合@size: 50vmin，表示生成一個寬高大小為50vmin的 10×10 Grid 網(wǎng)格布局，其中gap: 1px表示 Gird 網(wǎng)格布局的 gap -
最后，整個代碼的核心部分即是
background: hsl(@rn(255, 1, 2), @rn(10%, 90%), @rn(10%, 90%))，這里即表示對每個 grid item 賦予背景色，其中@rn()，就是最核心的部分，利用了柏林噪聲算法，有規(guī)律的將背景色 map 到每一個 grid 上
當(dāng)然，最新的 CSS-doodle 文檔上暫時還查不到 @rn() function 的用法。為此我特意請教了下該庫的作者袁川老師。
得到的回復(fù)是，官網(wǎng)近期會重構(gòu)，所以目前沒有更新最新的語法。同時，@rn() 的實現(xiàn)使用的就是柏林噪聲的實現(xiàn)。同時，函數(shù)相當(dāng)于是類似 p5.js 里面的 noise 函數(shù)同時做了 map，map 到前面函數(shù)參數(shù)設(shè)定的 from 到 to 范圍內(nèi)。
這里的 @rn() 柏林噪聲隨機會根據(jù) Grid 網(wǎng)格，Map 到每一個網(wǎng)格上，使之相鄰的 Grid item 之間的值，存在一定的關(guān)聯(lián)。
舉個栗子，我們有個 10×10 的 Grid 布局，給其每個 Grid item，添加一個偽元素，偽元素的內(nèi)容，使用 @r(100) 進行填充，注意，@r() 函數(shù)是沒有規(guī)律的完全隨機，那么生成的數(shù)字大概是這樣的：
可以看到，它們每個各自之間的數(shù)字，是完全隨機毫無關(guān)聯(lián)的。
如果我們使用有關(guān)聯(lián)的柏林噪聲隨機呢？使用 @rn(100) 填充每個格子的話，大概是這樣：
觀察一下，很容易發(fā)現(xiàn)，相鄰的盒子之間，或者多個連續(xù)的格子之間，存在一定的關(guān)聯(lián)性，這就使得，我們利用它創(chuàng)造出來的圖形，會具備一定的規(guī)律。
可以簡單看看源碼的實現(xiàn)，當(dāng)前，前提是你需要對 CSS-doodle 的用法有一定的了解：
rn({ x, y, context, position, grid, extra, shuffle }) { let counter = 'noise-2d' + position; let [ni, nx, ny, nm, NX, NY] = last(extra) || []; let isSeqContext = (ni && nm); return (...args) => { let {from = 0, to = from, frequency = 1, amplitude = 1} = get_named_arguments(args, [ 'from', 'to', 'frequency', 'amplitude' ]); if (args.length == 1) { [from, to] = [0, from]; } if (!context[counter]) { context[counter] = new Perlin(shuffle); } frequency = clamp(frequency, 0, Infinity); amplitude = clamp(amplitude, 0, Infinity); let transform = [from, to].every(is_letter) ? by_charcode : by_unit; let t = isSeqContext ? context[counter].noise((nx - 1)/NX * frequency, (ny - 1)/NY * frequency, 0) : context[counter].noise((x - 1)/grid.x * frequency, (y - 1)/grid.y * frequency, 0); let fn = transform((from, to) => map2d(t * amplitude, from, to, amplitude)); let value = fn(from, to); return push_stack(context, 'last_rand', value); }; },
語法大概是 @rn(from, to, frequency, amplitude)，其中 from、to 表示隨機范圍，而 frequency 表示噪聲的頻率，amplitude 表示噪聲的振幅。這兩個參數(shù)可以理解為控制隨機效果的頻率和幅度。
其中 new Perlin(shuffle) 即運用到了柏林噪聲算法。
Show Time
OK，上文介紹了很多與噪聲和 CSS-doodle 相關(guān)的知識，下面我們回歸 CSS，回歸本文的主體。
在上述圖形的基礎(chǔ)上，我們可以再添加上隨機的 scale()、以及 skew()。如果是完全隨機的話，代碼是這樣的：
<css-doodle grid="20"> :doodle { grid-gap: 1px; width: 600px; height: 600px; } background: hsl(@r(360), 80%, 80%); transform: scale(@r(1.1, .3, 3)) skew(@r(-45deg, 45deg, 3)); </css-doodle>
html, body { width: 100%; height: 100%; background-color: #000; }
上述代碼表示的是一個 20×20 的 Grid 網(wǎng)格，每個 Grid item 都設(shè)置了完全隨機的背景色、scale() 以及 skew()。當(dāng)然，這里我們用的是 @r()而不是 @rn()，每個格子的每個屬性的隨機，沒有任何的關(guān)聯(lián)，那么我們會得到這樣一幅圖案：
好吧，這是什么鬼，毫無美感可言。我們只需要在上述代碼的基礎(chǔ)上，將普通的完全隨機，改為柏林噪聲隨機 @rn()：
<css-doodle grid="20"> :doodle { grid-gap: 1px; width: 600px; height: 600px; } background: hsl(@rn(360), 80%, 80%); transform: scale(@rn(1.1, .3, 3)) skew(@rn(-45deg, 45deg, 3)); </css-doodle>
此時，就能得到完全不一樣的效果：
這是由于，每個 Grid item 的隨機效果，都基于它們在 Grid 布局中的位置，彼此存在關(guān)聯(lián)，這就是柏林噪聲隨機的效果。
我可以再添加上 hue-rotate 動畫：
html, body { width: 100%; height: 100%; background-color: #000; animation: change 10s linear infinite; } @keyframes change { 10% { filter: hue-rotate(360deg); } }
看看效果，并且，在 CSS-doodle 中，由于隨機效果，每次刷新，都可以得到不一樣的圖案：
CSS Doodle – CSS Pattern2
https://codepen.io/Chokcoco/pen/mdxJrGR
當(dāng)然，這個樣式還可以搭配各式各樣其他的 idea，像是這樣：
CSS Doodle – CSS Pattern 3
https://codepen.io/Chokcoco/pen/wvmazOy
又或者是這樣：
CSS Doodle – CSS Pattern 4
https://codepen.io/Chokcoco/pen/dymoOGN
emmm，又或者這樣：
CSS Doodle – CSS Pattern 5
https://codepen.io/Chokcoco/pen/PoRqdYP
是的，我們可以把柏林噪聲隨機應(yīng)用在各種屬性上，我們可以放飛想象，去嘗試各種不一樣的搭配。下面這個， 就是把柏林噪聲運用在點陣定位上：
<css-doodle grid="30x30"> :doodle { @size: 90vmin; perspective: 10px; } position: absolute; top: 0; left: 0; width: 2px; height: 2px; border-radius: 50%; top: @rn(1%, 100%, 1.5); left: @rn(1%, 100%, 1.5); transform: scale(@rn(.1, 5, 2)); background: hsl(@rn(1, 255, 3), @rn(10%, 90%), @rn(10%, 90%)); </css-doodle>
CodePen Demo — CSS Doodle – CSS Pattern6
https://codepen.io/Chokcoco/pen/GRxJXVE
亦或者配合運用在 transform: rotate() 上：
<css-doodle grid="20x5"> @place-cell: center; @size: calc(@i * 1.5%); :doodle { width: 60vmin; height: 60vmin; } z-index: calc(999 - @i); border-radius: 50%; border: 1px @p(dashed, solid, double) hsl(@rn(255), 70%, @rn(60, 90%)); border-bottom-color: transparent; border-left-color: transparent; transform: rotate(@rn(-720deg, 720deg)) scale(@rn(.8, 1.2, 3)); </css-doodle>
效果如下：
當(dāng)然，每一次隨機，都會是不一樣的結(jié)果：
CodePen Demo — CSS doodle – CSS Pattern7
https://codepen.io/Chokcoco/pen/ZExGjoy
好吧，我個人想象力有限，大家可以自行找到任一 DEMO，F(xiàn)ork 后自己去嘗試碰撞出不一樣的火花。
原文地址：https://segmentfault.com/a/1190000042103702
作者：chokcoco
（學(xué)習(xí)視頻分享：web前端入門）
