讓互動更加生動！有意思的滑鼠跟隨 3D 旋轉動效

chokcoco發表於2022-04-26
3D

今天，群友問了這樣一個問題，如下所示的滑鼠跟隨互動效果，如何實現：

簡單分析一下，這個互動效果主要有兩個核心：

  1. 藉助了 CSS 3D 的能力
  2. 元素的旋轉需要和滑鼠的移動相結合

本文，就將講述如何使用純 CSS 實現類似的互動效果，以及，藉助 JavaScript 繫結滑鼠事件，快速還原上述效果。

純 CSS 實現元素的 3D 旋轉

如果不借助 JavaScript，僅僅只是 CSS，如何實現類似的 3D 旋轉效果呢？

這裡會運用到一種名為正反旋轉相消或者是正負旋轉相消的小技巧。嗯，名字起的很奇怪，好像數學概念一樣。

在動畫中，旋轉是非常常用的屬性，

{
  transform: rotate(90deg);
}

如果我們給不同的層級的元素，新增不同方向的旋轉，會發生什麼呢？

首先假設一下場景，我們有這樣的一層 HTML 結構：

<div class="reverseRotate">
    <div class="rotate">
        <div class="content">正負旋轉相消3D動畫</div>
    </div>
</div>

樣式如下：

image

.content 內是我們的主要內容，好了，現在想象一下，如果父元素 .rotate 進行正向 linear 360° 旋轉，最外層的父級元素 .reverseRotate 進行反向 linear 360° 旋轉，效果會是啥樣？

CSS 程式碼如下：

.rotate {
    animation: rotate 5s linear infinite;
}
.reverseRotate {
    animation: reverseRotate 5s linear infinite;
}
@keyframes rotate {
    100% {
        transform: rotate(360deg);
    }
}
@keyframes reverseRotate {
    100% {
        transform: rotate(-360deg);
    }
}

我們可以得到這樣一種動畫（注意，下圖是 GIF 不是 PNG）：

神奇！因為一正一反的旋轉，且緩動函式一樣，所以整個 .content 看上去依然是靜止的！注意，這裡整個 .content 靜止的非常重要。

有讀者看到這裡就要罵人了，作者你個智障，靜止了不就沒動畫了嗎？哪來的動畫技巧？

別急！雖然看上去是靜止的，但是其實祖先兩個元素都是在旋轉的！這會看上去風平浪靜的效果底下其實是暗流湧動。用開發者工具選取最外層祖先元素是這樣的：

既然如此，我們繼續思考，如果我在其中旋轉的一個父元素上，新增一些別的動畫會是什麼效果？想想就很刺激。

首先，我們先給這幾個元素新增 CSS 3D 轉換：

div {
    transform-style: preserve-3d;
    perspective: 100px;
}

接著，嘗試修改上面的旋轉動畫，在內層旋轉上額外新增一個 rotateX：

@keyframes rotate {
    0% {
        transform: rotateX(0deg) rotateZ(0deg);
    }
    50% {
        transform: rotateX(40deg) rotateZ(180deg);
    }
    100% {
        transform: rotateX(0deg) rotateZ(360deg);
    }
}

效果如下：

Wow，這裡需要好好理解一下。由於內容 .content 層是靜止的但其實外層兩個圖層都在旋轉，通過設定額外的 rotateX(40deg)，相當於疊加多了一個動畫，由於正反旋轉抵消了，所有整個動畫只能看到旋轉的 rotateX(40deg) 這個動畫，產生了上述的效果。

這樣，在沒有 JavaScript 介入的情況下，我們就模擬了題圖所示的 3D 效果。當然，僅僅是這樣，與使用者的聯動是不夠的，如果一定要結合滑鼠移動，我們就需要 JavaScript 的一些輔助了。

藉助 Javascript 實現滑鼠跟隨 3D 旋轉動效

我們的目標是實現這樣一個動畫效果：

這裡，我們其實有兩個核心元素：

  1. 滑鼠活動區域
  2. 旋轉物體本身

滑鼠在滑鼠活動區域內的移動，會影響旋轉物體本身的 3D 旋轉，而旋轉的方向其實可以被分解為 X 軸方向與 Y 軸方向。

我們來看一下，假設我們的 HTML 結構如下：

<body>
    <div id="element"></div>
</body>

得到這樣一個圖形：

這裡，body 的範圍就是整個滑鼠可活動區域，也是我們新增滑鼠的 mousemove 事件的宿主 target，而 #element 就是需要跟隨滑鼠一起轉動的旋轉物體本身。

因為整個效果是需要基於 CSS 3D 的，我們首先加上簡單的 CSS 3D 效果：

body {
    width: 100vw;
    height: 100vh;
    transform-style: preserve-3d;
    perspective: 500px;
}

div {
    width: 200px;
    height: 200px;
    background: #000;
    transform-style: preserve-3d;
}

效果如下：

沒有什麼不一樣。這是因為還沒有新增任何的 3D 變換，我們給元素新增 X、Y 兩個方向的 rotate() 試一下（注意，這裡預設的旋轉圓心即是元素中心）：

div {
     transform: rotateX(15deg) rotateY(30deg);
}

效果如下，是有那麼點意思了：

好，接下來，我們的目標就是通過結合 mouseover 事件，讓元素動起來。

控制 X 方向的移動

當然，為了更加容易理解，我們把動畫拆分為 X、Y 兩個方向上的移動。首先看 X 方向上的移動：

這裡，我們需要以元素的中心為界：

  1. 當滑鼠在中心右側連續移動，元素繞 Y 軸移動，並且值從 0 開始，越來越大，範圍為(0, +∞)deg
  2. 反之，當滑鼠在中心左側連續移動，元素繞 Y 軸移動，並且值從 0 開始，越來越小，範圍為(-∞, 0)deg

這樣，我們可以得到這樣一個公式：

rotateY = (滑鼠 x 座標 - 元素左上角 x 座標 - 元素寬度的一半)deg

通過繫結 onmousemove 事件，我們嘗試一下：

const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcY = e.clientX - box.x - (box.width / 2);
    
  element.style.transform  = "rotateY(" + calcY + "deg) ";
}

效果如下：

好吧，旋轉的太誇張了，因此，我們需要加一個倍數進行控制：

const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcY = (e.clientX - box.x - (box.width / 2)) / multiple;
    
  element.style.transform  = "rotateY(" + calcY + "deg) ";
}

通過一個倍數約束後，效果好了不少：

控制 Y 方向的移動

同理，我們利用上述的方式，同樣可以控制 Y 方向上的移動：

const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcX = (e.clientY - box.y - (box.height / 2)) / multiple;
    
  element.style.transform  = "rotateX(" + calcX + "deg) ";
};

效果如下：

當然，在這裡，我們會發現方向是元素運動的方向是反的，所以需要做一下取反處理，修改下 calcX 的值，乘以一個 -1 即可：

let calcX = (e.clientY - box.y - (box.height / 2)) / multiple * -1;

結合 X、Y 方向的移動

OK，到這裡，我們只需要把上述的結果合併一下即可，同時，上面我們使用的是 onmousemove 觸發每一次動畫移動。現代 Web 動畫中，我們更傾向於使用 requestAnimationFrame 去優化我們的動畫，確保每一幀渲染一次動畫即可。

完整的改造後的程式碼如下：

const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

function transformElement(x, y) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcX = -(y - box.y - (box.height / 2)) / multiple;
  let calcY = (x - box.x - (box.width / 2)) / multiple;
  
  element.style.transform  = "rotateX("+ calcX +"deg) "
                        + "rotateY("+ calcY +"deg)";
}

mouseOverContainer.addEventListener('mousemove', (e) => {
  window.requestAnimationFrame(function(){
    transformElement(e.clientX, e.clientY);
  });
});

至此，我們就能簡單的實現題圖所示的滑鼠跟隨 3D 旋轉動效：

設定平滑出入

現在，還有最後一個問題，就是當我們的滑鼠離開活動區域時，元素的 transform 將停留在最後一幀，正確的表現應該是復原到原狀。因此，我們還需要新增一些事件監聽做到元素的平滑復位。

通過一個 mouseleave 事件配合元素的 transition 即可。

div {
    // 與上述保持一致...
    transition: all .1s;
}
mouseOverContainer.addEventListener('mouseleave', (e) => {
  window.requestAnimationFrame(function(){
    element.style.transform = "rotateX(0) rotateY(0)";
  });
});

至此，我們就可以完美的實現平滑出入，整體效果最終如下：

完整的程式碼，你可以戳這裡：CodePen Demo -- CSS 3D Rotate With Mouse Move

最後

怎樣，其實也不是很難吧？好了，本文到此結束，希望本文對你有所幫助 :)

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