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CSS `Web MIDI API` 触发的 `CSS Animations` `Audio Visualization`

各位前端的小伙伴们，早上好/下午好/晚上好！ 今天咱们来聊点儿有意思的，用Web MIDI API“指挥”CSS Animations跳舞，再让Audio Visualization跟着音乐摇摆，打造一个视听盛宴！ 这可不是什么高深的魔法，只要掌握了几个关键的“咒语”，你也能成为这场演出的导演。

第一幕：Web MIDI API，乐队的指挥棒

首先，咱们得有个“指挥棒”，也就是Web MIDI API。这玩意儿能让你的浏览器和MIDI设备（比如电子琴、MIDI键盘）“勾搭”上。

  • 什么是MIDI？

    MIDI，全称Musical Instrument Digital Interface（乐器数字接口），简单来说，就是一种让电子乐器之间互相“说话”的协议。它不传输声音，而是传输音符、力度、控制信号等信息。

  • Web MIDI API怎么用？

    1. 检查浏览器支持：

      if (navigator.requestMIDIAccess) {
    console.log('Web MIDI API is supported!');
} else {
    console.log('Web MIDI API is not supported in this browser.');
}

      如果浏览器不支持，那咱们就只能换个浏览器或者放弃了。

    2. 请求MIDI访问权限：

      navigator.requestMIDIAccess()
    .then(onMIDISuccess, onMIDIFailure);

function onMIDISuccess(midiAccess) {
    console.log('MIDI Access Granted!');
    // 获取MIDI输入设备
    const inputs = midiAccess.inputs;
    for (let input of inputs.values()) {
        input.onmidimessage = getMIDIMessage; // 绑定消息处理函数
    }
}

function onMIDIFailure(msg) {
    console.error(`Failed to get MIDI access - ${msg}`);
}

      这段代码会弹出个窗口，问你是否允许网页访问你的MIDI设备。记得点“允许”哦！

    3. 处理MIDI消息：

      function getMIDIMessage(message) {
    const command = message.data[0];
    const note = message.data[1];
    const velocity = (message.data.length > 2) ? message.data[2] : 0;

    switch (command) {
        case 144: // Note On (按下琴键)
            noteOn(note, velocity);
            break;
        case 128: // Note Off (松开琴键)
            noteOff(note, velocity);
            break;
        // 其他MIDI消息类型...
    }
}

      getMIDIMessage函数会接收来自MIDI设备的消息。message.data是个数组，包含了MIDI消息的各种信息。command表示消息类型（例如Note On、Note Off），note表示音符（例如C4、D#5），velocity表示力度。

第二幕：CSS Animations，舞台上的舞者

有了MIDI数据，咱们就可以让CSS Animations动起来了。

  • CSS Animations基础：

    如果你还不熟悉CSS Animations，先来复习一下：

    @keyframes example {
    from {
        transform: translateX(0);
    }
    to {
        transform: translateX(100px);
    }
}

.element {
    animation-name: example;
    animation-duration: 2s;
    animation-iteration-count: infinite;
}

    这段代码定义了一个名为example的动画，让.element元素从左向右移动。

  • 用JavaScript控制CSS Animations：

    咱们可以用JavaScript来动态修改CSS Animations的属性，比如animation-duration、animation-delay等等。

    const element = document.querySelector('.element');

function noteOn(note, velocity) {
    // 根据音符和力度调整动画速度
    const duration = velocity / 10; // Velocity范围通常是0-127
    element.style.animationDuration = `${duration}s`;
    element.classList.add('animate'); // 触发动画
}

function noteOff(note, velocity) {
    element.classList.remove('animate'); // 停止动画
}

    这段代码中，noteOn函数会根据琴键的力度来调整动画的持续时间，noteOff函数会停止动画。记得在CSS中定义.animate类，并设置适当的animation-play-state属性。

    .element {
    animation-name: example;
    animation-duration: 2s;
    animation-iteration-count: infinite;
    animation-play-state: paused; /* 初始状态暂停 */
}

.element.animate {
    animation-play-state: running; /* 激活状态运行 */
}

第三幕：Audio Visualization，律动的色彩

光有舞蹈还不够，咱们还得加上炫酷的视觉效果！Audio Visualization就是把音频数据转换成可视化的图像。

  • Web Audio API基础：

    Web Audio API可以让你在浏览器中处理音频。

    1. 创建AudioContext：

      const audioContext = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)();

    2. 获取音频源：

      你可以从文件、麦克风、或者网络流中获取音频源。这里咱们假设已经有了一个audio元素：

      <audio id="myAudio" src="your-audio.mp3" controls></audio>
      const audioElement = document.getElementById('myAudio');
const source = audioContext.createMediaElementSource(audioElement);

    3. 创建AnalyserNode：

      AnalyserNode可以让你分析音频数据。

      const analyser = audioContext.createAnalyser();
analyser.fftSize = 2048; // FFT (快速傅里叶变换) 尺寸，越大越精细，但性能消耗也越高
const bufferLength = analyser.frequencyBinCount; // 频谱数据长度，fftSize的一半
const dataArray = new Uint8Array(bufferLength); // 用于存储频谱数据的数组

      fftSize决定了频谱分析的精度。bufferLength是频谱数据的长度。dataArray用于存储频谱数据。

    4. 连接AudioNode：

      source.connect(analyser);
analyser.connect(audioContext.destination); // 连接到扬声器
audioElement.play(); // 开始播放音频

  • 绘制频谱：

    有了频谱数据，咱们就可以用Canvas绘制出各种各样的视觉效果了。

    <canvas id="myCanvas" width="500" height="200"></canvas>
    const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

function draw() {
    requestAnimationFrame(draw); // 循环绘制

    analyser.getByteFrequencyData(dataArray); // 获取频谱数据

    ctx.fillStyle = 'rgb(0, 0, 0)';
    ctx.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

    const barWidth = (canvas.width / bufferLength) * 2.5;
    let barHeight;
    let x = 0;

    for (let i = 0; i < bufferLength; i++) {
        barHeight = dataArray[i];

        ctx.fillStyle = `rgb(${barHeight + 100},50,50)`;
        ctx.fillRect(x, canvas.height - barHeight / 2, barWidth, barHeight / 2);

        x += barWidth + 1;
    }
}

draw();

    这段代码会不断地从AnalyserNode获取频谱数据，并用Canvas绘制出柱状图。你可以根据自己的喜好调整颜色、形状、动画等等，创造出独一无二的视觉效果。

第四幕：整合，视听的盛宴

现在，咱们把MIDI控制和Audio Visualization结合起来，让它们协同工作。

  • 同步MIDI和音频：

    你可以根据MIDI音符来触发不同的音频效果，比如改变音调、添加混响等等。

    function noteOn(note, velocity) {
    // 调整音频效果
    const frequency = 440 * Math.pow(2, (note - 69) / 12); // 计算音符频率
    // ... 使用Web Audio API调整音频效果，例如改变音调、添加混响等等
}

  • 根据音频数据控制CSS Animations：

    你可以根据音频的频谱数据来控制CSS Animations的属性，比如元素的颜色、大小、位置等等。

    function draw() {
    requestAnimationFrame(draw);

    analyser.getByteFrequencyData(dataArray);

    // 根据频谱数据调整CSS动画
    const average = dataArray.reduce((a, b) => a + b, 0) / bufferLength; // 计算频谱平均值
    element.style.transform = `scale(${1 + average / 255})`; // 根据平均值缩放元素
}

代码示例：一个简单的MIDI控制CSS动画的例子

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>MIDI Controlled Animation</title>
    <style>
        .box {
            width: 100px;
            height: 100px;
            background-color: red;
            position: relative;
            transition: transform 0.2s ease-in-out; /* 添加过渡效果 */
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div class="box"></div>

    <script>
        const box = document.querySelector('.box');

        if (navigator.requestMIDIAccess) {
            navigator.requestMIDIAccess()
                .then(onMIDISuccess, onMIDIFailure);
        } else {
            console.log('Web MIDI API is not supported in this browser.');
        }

        function onMIDISuccess(midiAccess) {
            console.log('MIDI Access Granted!');
            const inputs = midiAccess.inputs;
            for (let input of inputs.values()) {
                input.onmidimessage = getMIDIMessage;
            }
        }

        function onMIDIFailure(msg) {
            console.error(`Failed to get MIDI access - ${msg}`);
        }

        function getMIDIMessage(message) {
            const command = message.data[0];
            const note = message.data[1];
            const velocity = (message.data.length > 2) ? message.data[2] : 0;

            switch (command) {
                case 144: // Note On
                    noteOn(note, velocity);
                    break;
                case 128: // Note Off
                    noteOff(note, velocity);
                    break;
            }
        }

        function noteOn(note, velocity) {
            // 根据音符调整盒子的大小
            const scale = 1 + velocity / 127 * 0.5; // 将velocity映射到0-0.5的缩放比例
            box.style.transform = `scale(${scale})`;
            box.style.backgroundColor = `rgb(${velocity}, 0, 0)`; // 根据velocity改变颜色
        }

        function noteOff(note, velocity) {
            // 恢复盒子的大小
            box.style.transform = 'scale(1)';
            box.style.backgroundColor = 'red';
        }
    </script>
</body>
</html>

一些小技巧和注意事项：

  • 性能优化： 大量的CSS动画和Audio Visualization会消耗大量的CPU和GPU资源。尽量减少不必要的动画和计算，使用requestAnimationFrame来优化绘制过程。
  • 兼容性： Web MIDI API和Web Audio API的兼容性可能存在问题。在使用前最好进行兼容性检测，并提供备选方案。
  • 用户体验： 确保你的网站在各种设备和浏览器上都能正常运行。提供友好的用户界面和交互方式。
  • 节流和防抖： MIDI消息触发频率非常高，可能导致性能问题。可以使用节流（throttle）和防抖（debounce）技术来限制函数的执行频率。
  • 错误处理： 别忘了处理各种可能出现的错误，比如MIDI设备未连接、音频文件加载失败等等。

表格：MIDI消息类型

消息类型 命令码 (十六进制) 描述
Note On 0x90 按下琴键。通常需要两个数据字节：音符 (0-127) 和力度 (0-127)。力度为0表示Note Off。
Note Off 0x80 松开琴键。通常需要两个数据字节：音符 (0-127) 和力度 (0-127)。
Control Change 0xB0 控制变化，例如音量、颤音、调制轮等等。需要两个数据字节：控制器编号 (0-127) 和控制值 (0-127)。
Program Change 0xC0 更改乐器音色。需要一个数据字节：音色编号 (0-127)。
Pitch Bend 0xE0 音高弯曲。需要两个数据字节：低字节 (0-127) 和高字节 (0-127)。将这两个字节组合成一个14位的值，范围是0-16383，中间值为8192。
System Exclusive 0xF0 系统独占消息，用于传输厂商特定的数据。

总结：

Web MIDI API + CSS Animations + Audio Visualization = 无限可能！只要你有创意，就能创造出各种各样令人惊艳的视听效果。 记住，编程的乐趣在于探索和尝试。 大胆地去尝试，去犯错，去学习，你会发现编程世界充满了惊喜！

希望今天的讲座对大家有所帮助！ 下次有机会再和大家分享更多有趣的技术。 祝大家编程愉快！

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