在上一篇水文中，老周演示了 WS28XX 的基本使用。在文末老周說了本篇介紹顏色漸變動畫的簡單實現(xiàn)。

在正式開始前，說一下題外話。

第一件事，最近樹莓派的價格猛漲，相信有關注的朋友都知道了。所以，如果你不是急著用，可以先別買。或者，可以選擇 Raspberry Pi 400，這個配置比 4B 高一點，這個目前價格比較正常。Pi 400 就是那個藏在鍵盤里的樹莓派。其實，官網(wǎng)上面的價格已經(jīng)調(diào)回原來的價格了，只是某寶上的那些 Jian 商，還在漲價。

第二件事，樹莓派上的應用是不是可以用 C 來寫？這是廢話了。樹莓派上運行的是 Linux 系統(tǒng)，當然可以了。有伙伴會說，用.NET體驗如何？老周可以告訴你：完全沒問題，這個庫大部分API老周都做過實驗。.net Iot 庫的性能你不用擔心，因為最近幾年.NET的性能提升很大，更何況.NET只是封裝了底層API的調(diào)用，當指令傳遞到系統(tǒng)驅動層，其效率和 C 是一樣的。你不妨想想，連 Python 這種性能差得沒有天敵的編程語言都能玩物聯(lián)網(wǎng)，.NET 你還怕啥呢。盡管目前開源的庫不多，但官方給的 Devices 也基本覆蓋各種傳感器模塊。

-------------------------------------------------------------------------------------

好了，F(xiàn)話就聊到這兒，接下來正片開始。

讓WS28XX 控制燈帶產(chǎn)生動畫，其本質上就是每隔一段時間更新一下每個燈珠的顏色。由于人眼的反應速度和處理能力比不上貓，所以我們會看到動畫。咱們看到的是動畫，但老周估計喵喵們看到的是PPT。

所以，所謂顏色漸變動畫，首先，你要確定兩種顏色——起始色和最終色，比如從綠色變成紅色，綠色是起始，紅色是終點。

然后，我們要算出起始色與終點色之間，R、G、B 各值間的差值。

假設，我們的延時 d = 40 ms（精確到毫秒就夠，不用考慮微秒納秒，反正你眼睛看不到），然后咱們要從紅色變成藍色。

紅：R=255, G=0, B=0

藍：R=0, G=0, B=255

計算差距，終點減去起點，不管正負。

dif_R = 0-255 = -255

dif_G = 0-0 = 0

dif_B = 255-0 = 255

這樣我們就看到，從紅到藍，R的值是遞減的，G不變，B的值是遞增的。我們先不去想算法對不對，不妨繼續(xù)推算：

第一輪循環(huán)，R=255-1=254， G=0，B=0+1=1，Sleep 40；

第二輪循環(huán)，R=255-2=253，G=0，B=0+2=2，Sleep 40；

第三輪循環(huán)，R=255-3=252，G=0，B=0+3=3，Sleep 40

……

直到把目標值變成 R=0，G=0，B=255。每一輪循環(huán)之間，會暫停 40 ms。

可是，算法還真不能這么簡單，咱們忽略了一個問題，請看下面的舉例：

假設要從 R=120，G=200，B=10 變成 R=255，G=100，B=60

計算差值：difR = 255-120=135，difG=100-200=-100，difB=60-10=50。RGB之間的差值并不相等，如果我們每輪循環(huán)都 +1 或 -1，那么會存在一個問題：有的值可能早已到達終值，而有的值還沒到達終值。這種情況燈光的漸變過程會看起來不太順暢。

所以，我們必須解決的問題就是要在 N 輪循環(huán)之后，RGB三個值要同時到達終值。這么一來，差值大的要漸變得快一些，差值小的要漸變得慢一些。跑得快的等一下跑得慢的，形成統(tǒng)一戰(zhàn)線，同時到達終點。

因此，漸變過程中循環(huán)的次數(shù)必須統(tǒng)一，但每次循環(huán)里面，RGB改變的量不同，但N輪循環(huán)過后會同時到達終值。

舉例，從 R1=100，G1=0，B1=230 變?yōu)?R2=20，G2=72，B2=57

那么，差值：

　　dR = 20-100=-80

　　dG = 72-0=72

　　dB = 57-230=-173

假如循環(huán)次數(shù)為80次，可以理解為分 80 個步長來完成，設 step = 80。接下來就得算出這80步中，每一步里RGB各值要變化多少（單位步長）。

　　pR = dR / 80=-80/80 = -1

　　pG = dG / 80 = 72 / 80 = 0.9

　　pB = dB / 80 = -173 / 80 = -2.16

再設某一輪循環(huán)（某一步）為 i ，于是

for i = 0; i <= 80; i++

　　R = R1 + i * -1;

　　G = G1 + i * 0.9;

　　B = B1 + i * -2.16;

R1、G1、B1 指的是起始顏色的值，在一次循環(huán)中，讓初始值加上 i 與單位步長（pR、pG、pB）的乘積。

這么一搞，就能保證在 N 個循環(huán)后，三個值能同時到達終值。

------------------------------------------------------------------------------------------

OK，有了上面的推演過程，我們可以把它翻譯成代碼。我直接封裝為一個類。

public class GradLeds
    {
        Ws28xx _leds;
        public GradLeds(Ws28xx ws) => _leds = ws;

        public void Run(Color start, Color end, int steps = 120, int delay_ms = 30)
        {
            if (steps <= 0)
                throw new Exception("steps 不能小于/等于0");
            if (delay_ms <= 0)
                throw new Exception("延時必須大于0");

            // 計算RGB的差值，不論正負
            float dR = (float)end.R - start.R;
            float dG = (float)end.G - start.G;
            float dB = (float)end.B - start.B;
            // 計算每一個步長（step）要增長的值
            float ir = dR / steps;
            float ig = dG / steps;
            float ib = dB / steps;

            // 通過寬度獲取燈珠數(shù)
            int ledNum = _leds.Image.Width;
            for (var a = 0; a <= steps; a++)
            {
                // 如果運行狀態(tài)為false，退出循環(huán)
                if(AppContext.TryGetSwitch("running",out bool b) && !b)
                {
                    break;
                }
                Color tc = Color.FromArgb(
                        (int)(start.R + a * ir),
                        (int)(start.G + a * ig),
                        (int)(start.B + a * ib)
                );
                // 填充所有燈珠
                for (var n = 0; n < ledNum; n++)
                {
                    _leds.Image.SetPixel(n, 0, tc);
                }
                _leds.Update();
                // 延時
                Thread.Sleep(delay_ms);
            }
        }
    }

在這個類中，我用到了 AppContext，如果你看過老周在幾千年前寫的博文，應該會記得這個 AppContext類，它可以用來設置一些全局開關，開關名是字符串，值是布爾值。直接用這個類，我們不需要刻意去寫個類，再弄個靜態(tài)字段來當全局變量了，更何況靜態(tài)成員是不能跨 AppDomain 共享值的，如果多線程還得考慮同步。

在 AppContext 中老周會設置一個開關，名為 running，如果是 true，說明程序在運行；若為 false，則說明程序要退出了，就不會再漸變了。

因為這個漸變過程會持續(xù)幾秒時間甚至更長，如果程序要退出，就不要再循環(huán)了，而是趕緊終止操作。

start 和 end 表示起始顏色和終點顏色，steps 表示要進行多少步（循環(huán)數(shù)），delay_ms 參數(shù)表示每一輪循環(huán)之間的延時。

回到主程序，調(diào)用測試。

using System.Device.Spi;
using Iot.Device.Ws28xx;
using Grdtest;
using System.Drawing;

// 初始化SPI總線
SpiConnectionSettings settings = new(0)
{
    Mode = SpiMode.Mode0,
    DataBitLength = 8,
    ClockFrequency = 2400_000
};
using SpiDevice device = SpiDevice.Create(settings);

// WS28XX，30個燈珠
Ws28xx ws = new Ws2812b(device, 30);
GradLeds grdled = new(ws);

int steps = 90; //90個循環(huán)
int delay = 25; //延時（毫秒）
// 設置運行狀態(tài)
AppContext.SetSwitch("running", true);

// 按Ctrl+C時程序要退出，處理一下
Console.CancelKeyPress += async (_, e) =>
{
    e.Cancel = true;    //阻上程序馬上退出
    // 關閉開關，表示程序不再運行了
    AppContext.SetSwitch("running", false);
    await Task.Delay(150);  //保險一點，等一會兒
    e.Cancel = false;   //告訴系統(tǒng)，可以退出了
};

// 主循環(huán)
while (AppContext.TryGetSwitch("running", out bool b) && b)
{
    // 從紅變藍
    grdled.Run(Color.Red, Color.Blue, steps, delay);
    // 從藍變黃
    grdled.Run(Color.Blue, Color.Yellow, steps, delay);
    // 從黃變深粉色
    grdled.Run(Color.Yellow, Color.DeepPink, steps, delay);
    // 從深粉色變白色
    grdled.Run(Color.DeepPink, Color.White, steps, delay);
    // 從白變回紅
    grdled.Run(Color.White, Color.Red, steps, delay);
}

// 黑燈收工
ws.Image.Clear(Color.Black);
ws.Update();

最后這兩句是當退出 while 循環(huán)后，讓所有燈珠熄燈（黑色表示燈滅）。

ws.Image.Clear(Color.Black);
ws.Update();

好了，咱們來看看效果，這個效果應該能接受。

其他動畫算法，大伙伴們不妨自己動手去試試。算法不一定要從網(wǎng)上抄，可以根據(jù)自己的理解去設計?？梢宰龀鲎约旱膭?chuàng)意，你愛咋玩就咋玩。

最新評論