CSS `Layout Worklet` 实现自定义 3D 布局算法 (如球体布局)

各位观众老爷，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊点儿刺激的——CSS Layout Worklet，这玩意儿能让你在前端玩出3D布局的花儿来，比如，把一堆元素摆成一个球体。是不是听起来就很有意思？

咱们先打个预防针，Layout Worklet这东西，说白了，就是让你用JavaScript来定义CSS的布局算法。这意味着你需要懂点儿JS，还得对CSS的布局机制有点儿感觉。如果这两样你都觉得有点儿陌生，别怕，跟着我的节奏，一步一步来，保证你也能学会。

第一部分：Layout Worklet是个啥？

Layout Worklet，顾名思义，是个“布局小工”。它允许你使用JavaScript代码定义自定义的CSS布局算法，然后让浏览器用这些算法来渲染你的网页。这跟传统的CSS布局（比如Flexbox、Grid）不一样，那些都是浏览器内置的，你只能按规则来。而Layout Worklet，你可以自己写规则，想怎么摆就怎么摆。

为啥要用它？

突破CSS限制： CSS布局再强大，也有它的局限性。有些特殊的布局效果，比如复杂的3D排列，用CSS实现起来非常困难，甚至不可能。Layout Worklet就能帮你突破这些限制。
性能优化： 有时候，用JS直接操作DOM来布局，性能会很差。Layout Worklet运行在独立的线程中，不会阻塞主线程，可以提高页面渲染性能。
创造性： 你可以创造出独一无二的布局效果，让你的网站与众不同。

第二部分：如何使用Layout Worklet？

使用Layout Worklet，主要分为以下几个步骤：

编写Layout Worklet脚本： 用JavaScript编写你的布局算法。这个脚本需要定义一个Layout类，并实现static get inputProperties()方法和layout()方法。
注册Layout Worklet： 在你的主JavaScript文件中，使用CSS.layoutWorklet.addModule()方法注册你的Layout Worklet脚本。
在CSS中使用自定义布局： 在CSS中，使用layout()函数来调用你的自定义布局。

2.1 编写Layout Worklet脚本

咱们先来创建一个简单的Layout Worklet脚本，让它把元素水平排列。

// my-layout.js
class MyLayout {
  static get inputProperties() {
    // 声明你的布局需要哪些CSS属性作为输入
    return ['--item-width'];
  }

  async layout(children, edges, constraint, styleMap) {
    const itemWidth = parseInt(styleMap.get('--item-width').toString());
    let x = 0;
    for (const child of children) {
      // 设置每个子元素的位置和大小
      child.style.top = '0px';
      child.style.left = `${x}px`;
      child.style.width = `${itemWidth}px`;
      child.style.height = '100px'; // 固定高度
      x += itemWidth;
    }

    // 返回布局的尺寸
    return { inlineSize: x, blockSize: 100 };
  }
}

registerLayout('my-layout', MyLayout);

inputProperties()：这个静态方法定义了你的布局需要哪些CSS属性作为输入。在这里，我们声明需要一个名为--item-width的CSS变量，用来控制每个元素的宽度。
layout()：这个方法是布局算法的核心。它接收以下参数：
- children：一个包含所有子元素的数组。
- edges：一个包含所有边缘框信息的数组（不常用）。
- constraint：一个包含布局约束信息的对象，比如容器的宽度和高度。
- styleMap：一个包含所有CSS属性值的StylePropertyMapReadOnly对象。
registerLayout()：这个函数将你的布局注册到浏览器中，让CSS可以调用它。

2.2 注册Layout Worklet

在你的主JavaScript文件中，你需要注册你的Layout Worklet脚本：

// main.js
if ('layoutWorklet' in CSS) {
  CSS.layoutWorklet.addModule('my-layout.js')
  .then(() => {
    console.log('Layout Worklet registered successfully!');
  })
  .catch(error => {
    console.error('Failed to register Layout Worklet:', error);
  });
} else {
  console.warn('Layout Worklet is not supported in this browser.');
}

2.3 在CSS中使用自定义布局

现在，你可以在CSS中使用你的自定义布局了：

/* style.css */
.container {
  display: layout(my-layout);
  --item-width: 100px; /* 设置元素的宽度 */
  width: 500px; /* 设置容器的宽度 */
  height: 100px;
}

.item {
  /* 注意：这里不需要设置left和top，因为Layout Worklet会控制它们 */
  background-color: #eee;
  border: 1px solid #ccc;
  box-sizing: border-box; /* 保证宽度包含border */
}

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Layout Worklet Demo</title>
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
  <div class="container">
    <div class="item">Item 1</div>
    <div class="item">Item 2</div>
    <div class="item">Item 3</div>
    <div class="item">Item 4</div>
    <div class="item">Item 5</div>
  </div>
  <script src="main.js"></script>
</body>
</html>

在这个例子中，.container使用了layout(my-layout)，这意味着它的子元素将使用my-layout这个自定义布局来排列。--item-width设置了每个元素的宽度，width设置了容器的宽度。

第三部分：3D球体布局

好了，铺垫了这么多，终于要开始玩点儿高级的了。咱们的目标是把一堆元素摆成一个球体。

3.1 数学基础

在开始写代码之前，我们需要一点儿数学知识。球体上的点可以用以下公式表示：

x = r * sin(θ) * cos(φ)
y = r * sin(θ) * sin(φ)
z = r * cos(θ)

其中：

r 是球的半径
θ 是垂直方向的角度（范围：0 到 π）
φ 是水平方向的角度（范围：0 到 2π）

3.2 Layout Worklet脚本

// sphere-layout.js
class SphereLayout {
  static get inputProperties() {
    return ['--sphere-radius', '--item-size'];
  }

  async layout(children, edges, constraint, styleMap) {
    const radius = parseInt(styleMap.get('--sphere-radius').toString()) || 100;
    const itemSize = parseInt(styleMap.get('--item-size').toString()) || 50;
    const itemCount = children.length;

    // 计算每个元素的角度
    const thetaStep = Math.PI / (itemCount + 1); // 避免元素堆积在两极
    const phiStep = Math.PI * 2 / itemCount; // 均匀分布

    let containerWidth = 0;
    let containerHeight = 0;

    for (let i = 0; i < itemCount; i++) {
      const theta = thetaStep * (i + 1);
      const phi = phiStep * i;

      // 计算元素的3D坐标
      const x = radius * Math.sin(theta) * Math.cos(phi);
      const y = radius * Math.sin(theta) * Math.sin(phi);
      const z = radius * Math.cos(theta);

      // 将3D坐标转换为2D坐标，并居中
      const elementX = x + radius - itemSize / 2; // 居中
      const elementY = y + radius - itemSize / 2; // 居中

      // 设置元素的位置和大小
      const child = children[i];
      child.style.left = `${elementX}px`;
      child.style.top = `${elementY}px`;
      child.style.width = `${itemSize}px`;
      child.style.height = `${itemSize}px`;
      child.style.position = 'absolute'; // 关键：设置为absolute

      containerWidth = Math.max(containerWidth, elementX + itemSize);
      containerHeight = Math.max(containerHeight, elementY + itemSize);
    }

    return { inlineSize: containerWidth, blockSize: containerHeight };
  }
}

registerLayout('sphere-layout', SphereLayout);

--sphere-radius：球的半径。
--item-size：每个元素的大小。
我们根据元素的数量，计算出每个元素应该放置的角度。
使用球体公式计算出每个元素的3D坐标。
将3D坐标转换为2D坐标，并居中。
关键： 将每个元素的position设置为absolute，这样才能自由地定位它们。

3.3 CSS

/* sphere.css */
.sphere-container {
  display: layout(sphere-layout);
  --sphere-radius: 150px;
  --item-size: 40px;
  width: 300px; /* 至少等于 2 * radius */
  height: 300px; /* 至少等于 2 * radius */
  position: relative; /* 关键：设置为relative */
}

.sphere-item {
  width: var(--item-size);
  height: var(--item-size);
  background-color: #3498db;
  border-radius: 50%;
  color: white;
  text-align: center;
  line-height: var(--item-size);
  font-size: 16px;
}

关键： sphere-container需要设置position: relative，这样sphere-item的absolute定位才能相对于容器。

3.4 HTML

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Sphere Layout Demo</title>
  <link rel="stylesheet" href="sphere.css">
  <style>
    body {
      display: flex;
      justify-content: center;
      align-items: center;
      min-height: 100vh;
      background-color: #f0f0f0;
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="sphere-container">
    <div class="sphere-item">1</div>
    <div class="sphere-item">2</div>
    <div class="sphere-item">3</div>
    <div class="sphere-item">4</div>
    <div class="sphere-item">5</div>
    <div class="sphere-item">6</div>
    <div class="sphere-item">7</div>
    <div class="sphere-item">8</div>
    <div class="sphere-item">9</div>
    <div class="sphere-item">10</div>
  </div>
  <script>
    if ('layoutWorklet' in CSS) {
      CSS.layoutWorklet.addModule('sphere-layout.js')
        .then(() => {
          console.log('Sphere Layout Worklet registered successfully!');
        })
        .catch(error => {
          console.error('Failed to register Sphere Layout Worklet:', error);
        });
    } else {
      console.warn('Layout Worklet is not supported in this browser.');
    }
  </script>
</body>
</html>

3.5 效果

运行这段代码，你应该能看到一堆小圆点，排列成一个球体的形状。

第四部分：进阶技巧

使用CSS.registerProperty()注册自定义属性： 如果你想让你的CSS变量更规范，可以使用CSS.registerProperty()注册它们。这样可以指定变量的类型、默认值、是否继承等。
利用animationWorklet实现动画： Layout Worklet可以和Animation Worklet结合使用，实现更复杂的动画效果。
考虑性能： 尽量减少layout()方法的计算量，避免阻塞主线程。

第五部分：注意事项

兼容性： Layout Worklet的兼容性还不是很好，需要考虑polyfill。
调试： 调试Layout Worklet比较麻烦，需要使用浏览器的开发者工具。
学习成本： Layout Worklet的学习成本较高，需要有一定的JavaScript和CSS基础。

第六部分：总结

Layout Worklet是一个强大的工具，可以让你实现各种自定义的布局效果。虽然学习成本较高，但一旦掌握，就能让你在前端领域更上一层楼。

表格总结常用函数和关键点

函数/属性	描述
`registerLayout()`	注册 Layout Worklet
`static get inputProperties()`	定义 Layout Worklet 需要的 CSS 变量
`layout()`	Layout Worklet 的核心函数，实现布局算法
`CSS.layoutWorklet.addModule()`	注册 Layout Worklet 脚本
`position: absolute`	子元素需要 absolute 定位才能被 Layout Worklet 精确控制位置
`position: relative`	父元素需要 relative 定位，作为 absolute 定位子元素的参考

常见问题解答

为什么我的Layout Worklet不起作用？
- 确保你的浏览器支持Layout Worklet。
- 检查你的Layout Worklet脚本是否有语法错误。
- 确保你已经正确注册了Layout Worklet。
- 检查你的CSS是否正确使用了layout()函数。
- 确保你的CSS变量已经正确设置。
Layout Worklet的性能怎么样？
- Layout Worklet运行在独立的线程中，不会阻塞主线程。
- 但如果layout()方法的计算量太大，仍然会影响性能。
- 尽量减少layout()方法的计算量。
Layout Worklet可以实现哪些布局效果？
- 理论上，Layout Worklet可以实现任何你能够用JavaScript描述的布局效果。
- 比如，圆形布局、螺旋布局、蜂窝布局等等。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家能够通过Layout Worklet，创造出更多炫酷的网页效果！感谢大家的观看，我们下期再见！

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