HTML5 手勢檢測原理和實現

周林發表於2016-08-13
HTML

前言

隨著 Hybrid 應用的豐富，HTML5 工程師們已經不滿足於把桌面端體驗簡單移植到移動端，他們覬覦移動原生應用人性化的操作體驗，特別是原生應用與生俱來的豐富的手勢系統。HTML5 沒有提供開箱即用的手勢系統，但是提供了更底層一些的對 touch 事件的監聽。基於此，我們可以做出自己的手勢庫。

手勢

常用的 HTML5 手勢可以分為兩類，單點手勢和兩點手勢。單點手勢有 tap（單擊），double tap（雙擊），long tap（長按），swipe（揮），move（移動）。兩點手勢有 pinch（縮放），rotate（旋轉）。

接下來我們實現一個檢測這些手勢的 javaScript 庫，並利用這個手勢庫做出炫酷的互動效果。

圖片描述

移動

關於移動手勢檢測我們這裡不再贅述。總結一下就是在每次touchmove事件發生時，把兩個位移點之間的座標位置相減，就可以了。

單擊（tap）

手勢檢測的關鍵是用 touchstart，touchmove，touchend 三個事件對手勢進行分解。

那麼怎麼分解單擊事件呢？

  1. 在 touchstart 發生時進入單擊檢測，只有一個接觸點。因為單擊事件限制為一個手指的動作。
  2. 沒有發生 touchmove 事件或者 touchmove 在一個很小的範圍（如下圖）。限制 touchmove 在一個很小範圍，是為了給使用者一定的冗餘空間，因為不能保證使用者手指在接觸螢幕的時候不發生輕微的位移。

圖片描述

3.touchend 發生在 touchstart後的很短時間內（如下圖）。這個時間段的閾值是毫秒級，用來限制手指和螢幕接觸的時間。因為單擊事件從開始到結束是很快的。
圖片描述

有了上面的流程，就可以開始實現 tap 事件監測了。

_getTime() {

  return new Date().getTime(); 

}

_onTouchStart(e) {

    //記錄touch開始的位置

    this.startX = e.touches[0].pageX;

    this.startY = e.touches[0].pageY;

    if(e.touches.length > 1) {

      //多點監測

      ...

    }else {

      //記錄touch開始的時間

      this.startTime = this._getTime();

    }

 }

_onTouchMove(e) {

  ...

  //記錄手指移動的位置

  this.moveX = e.touches[0].pageX;

  this.moveY = e.touches[0].pageY;

  ...

}

_onTouchEnd(e) {

  let timestamp = this._getTime();

  if(this.moveX !== null && Math.abs(this.moveX - this.startX) > 10 ||

    this.moveY !== null && Math.abs(this.moveY - this.startY) > 10) {

      ...

  }else {

    //手指移動的位移要小於10畫素並且手指和螢幕的接觸時間要短語500毫秒

    if(timestamp - this.startTime < 500) {

      this._emitEvent('onTap')

    }

  }

}

雙擊（double tap）

和單擊一樣，雙擊事件也需要我們對手勢進行量化分解。

  1. 雙擊事件是一個手指的行為。所以在 touchstart 時，我們要判斷此時螢幕有幾個接觸點。
  2. 雙擊事件中包含兩次獨立的單擊行為。理想情況下，這兩次點選應該落在螢幕上的同一個點上。為了給使用者一定的冗餘空間，將兩次點選的座標點距離限制在10個畫素以內。
    圖片描述
  3. 雙擊事件本質是兩次快速的單擊。也即是說，兩次點選的間隔時間很短。通過一定的測試量化後，我們把兩次單擊的時間間隔設為300毫秒。
    圖片描述

注意雙擊事件中我們檢測了相鄰兩個 touchstart 事件的位移和時間間隔。

_onTouchStart(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

  ...

  } else {

    if(this.previousTouchPoint) {

      //兩次相鄰的touchstart之間距離要小於10，同時時間間隔小於300ms

      if( Math.abs(this.startX -this.previousTouchPoint.startX) < 10  &&

          Math.abs(this.startY - this.previousTouchPoint.startY) < 10 && 

          Math.abs(this.startTime - this.previousTouchTime) < 300) {

            this._emitEvent('onDoubleTap');

          }

    }

    //儲存上一次touchstart的時間和位置資訊

    this.previousTouchTime = this.startTime;

    this.previousTouchPoint = {

        startX : this.startX,

        startY : this.startY

     };

  }

}

長按（long press）

長按應該是最容易分解的手勢。我們可以這樣分解：在 touchstart 發生後的很長一段時間內，如果沒有發生 touchmove 或者 touchend 事件，那麼就觸發長按手勢。

  1. 長按是一個手指的行為，需要檢測螢幕上是否只有一個接觸點。
  2. 如果手指在空間上發生了移動，那麼長按事件取消。
  3. 如果手指在螢幕上停留的時間超過800ms，那麼觸發長按手勢。
  4. 如果手指在螢幕上停留的時間小於800ms，也即 touchend 在 touchstart 發生後的800ms內觸發，那麼長按事件取消。
    圖片描述
_onTouchStart(e) {

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  if(e.touches.length > 1) {

  }else {

    this.longPressTimeout = setTimeout(()=>{

      this._emitEvent('onLongPress');

    });

  }

}

_onTouchMove(e) {

  ...

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  ...

}

_onTouchEnd(e) {

  ...

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  ...

}

縮放（pinch）

縮放是一個非常有趣的手勢，還記得第一代iPhone雙指縮放圖片給你帶來的震撼嗎？雖然如此，縮放手勢的檢測卻相對簡單。

  1. 縮放是兩個手指的行為，需要檢測螢幕上是否有兩個接觸點。
  2. 縮放比例的量化，是通過兩次縮放行為之間的距離的比值得到，如下圖。
    圖片描述

所以縮放的核心是獲取兩個接觸點之間的直線距離。

//勾股定理

_getDistance(xLen,yLen) {
   return Math.sqrt(xLen * xLen + yLen * yLen);
  }

這裡的xLen是兩個接觸點x座標差的絕對值，yLen相應的就是y座標差的絕對值。

_onTouchStart(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

    let point1 = e.touches[0];

    let point2 = e.touches[1];

    let xLen = Math.abs(point2.pageX - point1.pageX);

    let yLen = Math.abs(point2.pageY - point1.pageY);

    this.touchDistance = this._getDistance(xLen, yLen);

  } else {

    ...

  }

}

在_onTouchStart函式中獲取並且儲存 touchstart 發生時兩個接觸點之間的距離。

_onTouchMove(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

      let xLen = Math.abs(e.touches[0].pageX - e.touches[1].pageX);

      let yLen = Math.abs(e.touches[1].pageY - e.touches[1].pageY);

      let touchDistance = this._getDistance(xLen,yLen);

      if(this.touchDistance) {

        let pinchScale = touchDistance / this.touchDistance;

          this._emitEvent('onPinch',{scale:pinchScale - this.previousPinchScale});

          this.previousPinchScale = pinchScale;

      }

  }else {

    ...

  }

}

旋轉(rotate)

旋轉手勢需要檢測兩個比較重要的值，一是旋轉的角度，二是旋轉的方向（順時針或逆時針）。

其中旋轉角度和方向的計算需要通過向量的計算來獲取，本文不再展開。

圖片描述

首先，需要獲取向量的旋轉方向和角度。

//這兩個方法屬於向量計算，具體原理請閱讀本文最後的參考文獻

  _getRotateDirection(vector1,vector2) {

    return vector1.x * vector2.y - vector2.x * vector1.y;

  }  

  _getRotateAngle(vector1,vector2) {

    let direction = this._getRotateDirection(vector1,vector2);

    direction = direction > 0 ? -1 : 1;

    let len1 = this._getDistance(vector1.x,vector1.y);

    let len2 = this._getDistance(vector2.x,vector2.y);

    let mr = len1 * len2;

    if(mr === 0) return 0;

    let dot = vector1.x * vector2.x + vector1.y * vector2.y;

    let r = dot / mr;

    if(r > 1) r = 1;

    if(r < -1) r = -1;

    return Math.acos(r) * direction * 180 / Math.PI;

  }

然後，我們在手指發生移動時，呼叫獲取旋轉方向和角度的方法。

_onTouchStart(e) {

  ...  

  if(e.touches.length > 1) {

    this.touchVector = {

       x: point2.pageX - this.startX,

       y: point2.pageY - this.startY

     };

  }

  ...

}

_onTouchMove(e) {

  ...

  if(this.touchVector) {

        let vector = {

          x: e.touches[1].pageX - e.touches[0].pageX,

          y: e.touches[1].pageY - e.touches[0].pageY

        };

        let angle = this._getRotateAngle(vector,this.touchVector);

        this._emitEvent('onRotate',{

          angle

        });

        this.touchVector.x = vector.x;

        this.touchVector.y = vector.y;

      }

  ...

}

實戰

好了，我們的手勢系統到這裡就完成了。接下來要在實戰中檢驗這套系統是否可靠，做一個簡單的圖片瀏覽器，支援圖片縮放，旋轉，移動，長按。

首先，做好DOM規劃，和“之前”一樣，我們的事件監聽機制並不直接作用在圖片上，而是作用在圖片的父元素上。

圖片描述

然後，可以開始使用上面的手勢檢測系統了。

render() {

    return (

      <Gestures onPinch={this.onPinch} onMove={this.onMove} onRotate={this.onRotate} onDoubleTap={this.onDoubleTap} onLongPress={this.onLongPress}>

        <div className="wrapper" >

          ![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2362670-f8b44d4b9101e8d6.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

        </div>

      </Gestures>

    );

  }

由於我們的手勢系統檢測的增量，因此不能直接把增量應用在物件上，而是需要把這些增量累加。以旋轉為例：

onRotate(event) {

    //對增量進行累加

    this.angle += event.angle

    this.setState({

      angle:this.angle

    });

  }

至此，我們的手勢檢測就完成了。

原始碼：https://github.com/eeandrew/gestures

線上Demo: http://eeandrew.github.io/demos/gestures/index.html

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