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LED阵列的波环向外扩散显示效果

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 楼主| keer_zu 发表于 2025-5-23 12:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
led阵列, ma, matrix, ID, ST, IDT

代码如下：

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  1. #include <FastLED.h>
    


  2. 

  3. #define MATRIX_WIDTH   16
    

  4. #define MATRIX_HEIGHT  16
    

  5. #define NUM_LEDS       (MATRIX_WIDTH * MATRIX_HEIGHT)
    

  6. #define LED_PIN        16
    

  7. #define BRIGHTNESS     80      // 更低亮度更柔和
    

  8. #define MAX_WAVES      5       // 最大同时存在的波环数
    


  9. 

  10. CRGB leds[NUM_LEDS];
    


  11. 

  12. // 波环结构体
    

  13. struct Wave {
    

  14.   float radius;      // 当前半径
    

  15.   float intensity;   // 当前强度
    

  16.   bool active;       // 是否激活
    

  17. };
    

  18. Wave waves[MAX_WAVES];
    


  19. 

  20. // 效果参数
    

  21. const float WAVE_SPEED = 0.4;   // 波传播速度（更慢）
    

  22. const float WAVE_WIDTH = 4.0;   // 波环宽度（更宽）
    

  23. const float DECAY_RATE = 0.96;  // 衰减速率（更平缓）
    

  24. const uint16_t WAVE_INTERVAL = 3000; // 新波生成间隔（ms）
    

  25. const uint8_t BASE_HUE = 160;   // 基础色调（淡蓝）
    


  26. 

  27. // 预计算数据
    

  28. float distanceMap[MATRIX_WIDTH][MATRIX_HEIGHT];
    

  29. float maxRadius;
    


  30. 

  31. // 蛇形矩阵坐标转换
    

  32. uint16_t XY(uint8_t x, uint8_t y) {
    

  33.   return (y % 2 == 0) ? (y * MATRIX_WIDTH) + x 
    

  34.                       : (y * MATRIX_WIDTH) + (MATRIX_WIDTH - 1 - x);
    

  35. }
    


  36. 

  37. void setup() {
    

  38.   FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
    

  39.   FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
    

  40.   
    

  41.   // 预计算距离矩阵
    

  42.   float centerX = (MATRIX_WIDTH-1)/2.0;
    

  43.   float centerY = (MATRIX_HEIGHT-1)/2.0;
    

  44.   for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  45.     for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  46.       float dx = x - centerX;
    

  47.       float dy = y - centerY;
    

  48.       distanceMap[x][y] = sqrt(dx*dx + dy*dy);
    

  49.     }
    

  50.   }
    

  51.   maxRadius = distanceMap[0][0]; // 最大半径（到角落的距离）
    


  52. 

  53.   // 初始化波环
    

  54.   for(auto &w : waves) w.active = false;
    

  55. }
    


  56. 

  57. void spawnWave() {
    

  58.   for(auto &w : waves){
    

  59.     if(!w.active){
    

  60.       w.radius = 0.0;
    

  61.       w.intensity = 1.0;
    

  62.       w.active = true;
    

  63.       return;
    

  64.     }
    

  65.   }
    

  66. }
    


  67. 

  68. void loop() {
    

  69.   static uint32_t lastWaveTime = 0;
    

  70.   
    

  71.   // 生成新波环
    

  72.   if(millis() - lastWaveTime > WAVE_INTERVAL){
    

  73.     spawnWave();
    

  74.     lastWaveTime = millis();
    

  75.   }
    


  76. 

  77.   // 清空LED
    

  78.   memset8(leds, 0, NUM_LEDS * 3);
    


  79. 

  80.   // 更新所有波环
    

  81.   for(auto &w : waves){
    

  82.     if(w.active){
    

  83.       // 更新波环参数
    

  84.       w.radius += WAVE_SPEED;
    

  85.       w.intensity *= DECAY_RATE;
    


  86. 

  87.       // 波环失效条件
    

  88.       if(w.radius > maxRadius*1.2 || w.intensity < 0.05){
    

  89.         w.active = false;
    

  90.         continue;
    

  91.       }
    


  92. 

  93.       // 绘制波环
    

  94.       for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  95.         for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  96.           float dist = distanceMap[x][y];
    

  97.           
    

  98.           // 计算波环影响
    

  99.           float delta = abs(dist - w.radius);
    

  100.           float effect = exp(-pow(delta/WAVE_WIDTH, 2)) * w.intensity;
    

  101.           
    

  102.           // 叠加颜色（加法混合）
    

  103.           float hue = BASE_HUE + w.radius*0.3; // 色相渐变
    

  104.           uint8_t val = constrain(effect * 255, 0, 255);
    

  105.           leds[XY(x,y)] += CHSV(hue, 200, val);
    

  106.         }
    

  107.       }
    

  108.     }
    

  109.   }
    


  110. 

  111.   // 添加中心常亮
    

  112.   leds[XY(MATRIX_WIDTH/2, MATRIX_HEIGHT/2)] = CHSV(BASE_HUE, 255, 50);
    


  113. 

  114.   FastLED.show();
    

  115.   FastLED.delay(30); // 更流畅的动画
    

  116. }
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 楼主| keer_zu 发表于 2025-5-23 12:48 | 显示全部楼层
连续的波：

变量：
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  1. 

  2. //===================== wave ====================================
    

  3. #define MAX_WAVES      4       // 最大同时存在的波环数
    


  4. 

  5. struct Wave {
    

  6.   float radius;
    

  7.   float intensity;
    

  8.   bool active;
    

  9.   uint8_t generation;
    

  10.   bool hasTriggered;
    

  11. };
    

  12. Wave waves[MAX_WAVES];
    


  13. 

  14. const float WAVE_SPEED = 0.4;
    

  15. const float WAVE_WIDTH = 3.5;
    

  16. const float DECAY_RATE = 0.96;
    

  17. const float TRIGGER_DISTANCE = 2.5;
    


  18. 

  19. float distanceMap[MATRIX_WIDTH][MATRIX_HEIGHT];
    

  20. float maxRadius;
    

  21. uint8_t center_x, center_y; // 修改变量名
    

  22. void spawnWave(uint8_t gen);
    

  23. //===============================================================


初始化：

复制
  1.   //==================== wave ======================
    

  2.     // 修改中心坐标变量名
    

  3.   center_x = (MATRIX_WIDTH-1)/2;
    

  4.   center_y = (MATRIX_HEIGHT-1)/2;
    

  5.   
    

  6.   for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  7.     for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  8.       float dx = x - center_x; // 修改变量名
    

  9.       float dy = y - center_y; // 修改变量名
    

  10.       distanceMap[x][y] = sqrt(dx*dx + dy*dy);
    

  11.     }
    

  12.   }
    

  13.   maxRadius = distanceMap[0][0];
    


  14. 

  15.   waves[0] = {0.0, 1.0, true, 0, false};
    

  16.   for(uint8_t i=1; i<MAX_WAVES; i++) waves[i].active = false;
    


  17. 

  18.   //================================================




实现：
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  1. 

  2. //======================  wave ======================
    


  3. 


  4. 

  5. // 生成新波环（参数：代数）
    

  6. void spawnWave(uint8_t gen) {
    

  7.   for(auto &w : waves){
    

  8.     if(!w.active){
    

  9.       w.radius = 0.0;
    

  10.       w.intensity = 1.0 - gen*0.15; // 每代强度递减
    

  11.       w.active = true;
    

  12.       w.generation = gen;
    

  13.       return;
    

  14.     }
    

  15.   }
    

  16. }
    


  17. 

  18. void wave_vision() {
    

  19.   static uint32_t lastFrame = millis();
    

  20.   float deltaTime = (millis() - lastFrame)/1000.0;
    

  21.   lastFrame = millis();
    


  22. 

  23.   fadeToBlackBy(leds, NUM_LEDS, 30);
    


  24. 

  25.   for(uint8_t i=0; i<MAX_WAVES; i++){
    

  26.     if(waves[i].active){
    

  27.       Wave &w = waves[i];
    

  28.       w.radius += WAVE_SPEED * (1.0 + deltaTime);
    

  29.       w.intensity *= DECAY_RATE;
    


  30. 

  31.       if(w.generation == 0 && !w.hasTriggered && w.radius >= TRIGGER_DISTANCE){
    

  32.         spawnWave(1);
    

  33.         w.hasTriggered = true;
    

  34.       }
    


  35. 

  36.       if(w.radius > maxRadius || w.intensity < 0.1){
    

  37.         if(w.generation == 0){
    

  38.           w.radius = 0.0;
    

  39.           w.intensity = 1.0;
    

  40.           w.hasTriggered = false;
    

  41.         }else{
    

  42.           w.active = false;
    

  43.         }
    

  44.       }
    


  45. 

  46.       for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  47.         for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  48.           float dist = distanceMap[x][y];
    

  49.           float delta = abs(dist - w.radius);
    

  50.           float effect = exp(-pow(delta/WAVE_WIDTH, 2)) * w.intensity;
    

  51.           
    

  52.           // 修改中心区域判断条件变量名
    

  53.           if(x >= center_x-1 && x <= center_x && 
    

  54.              y >= center_y-1 && y <= center_y){ // 变量名修改
    

  55.             effect *= 0.2;
    

  56.           }
    

  57.           
    

  58.           leds[XY(x,y)] += CHSV(160 + w.generation*20, 200, effect * 200);
    

  59.         }
    

  60.       }
    

  61.     }
    

  62.   }
    


  63. 

  64.   // 修改中心区域强制降亮部分变量名
    

  65.   for(uint8_t dx=0; dx<2; dx++){
    

  66.     for(uint8_t dy=0; dy<2; dy++){
    

  67.       uint16_t idx = XY(center_x-dx, center_y-dy); // 变量名修改
    

  68.       leds[idx].nscale8(50);
    

  69.     }
    

  70.   }
    


  71. 

  72.   FastLED.show();
    

  73.   FastLED.delay(30);
    

  74. }
    


  75.

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 楼主| keer_zu 发表于 2025-5-23 13:02 | 显示全部楼层
宽度调整、密度增加和随机性改进：

代码如下：

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  1. #include <FastLED.h>
    


  2. 

  3. #define MATRIX_WIDTH   16
    

  4. #define MATRIX_HEIGHT  16
    

  5. #define NUM_LEDS       (MATRIX_WIDTH * MATRIX_HEIGHT)
    

  6. #define LED_PIN        16
    

  7. #define BRIGHTNESS     90
    

  8. #define MAX_WAVES      6  // 增加最大波环数量
    


  9. 

  10. CRGB leds[NUM_LEDS];
    


  11. 

  12. struct Wave {
    

  13.   float radius;
    

  14.   float intensity;
    

  15.   bool active;
    

  16.   uint8_t generation;
    

  17.   bool hasTriggered;
    

  18.   float speedVariation;   // 速度随机因子
    

  19.   float widthVariation;   // 宽度随机因子
    

  20.   float angleOffset;      // 角度偏移（用于形状随机）
    

  21. };
    

  22. Wave waves[MAX_WAVES];
    


  23. 

  24. // 调整后的参数
    

  25. const float BASE_WAVE_SPEED = 0.45;  // 基础速度
    

  26. const float BASE_WAVE_WIDTH = 2.4f;   // 基础宽度（减小）
    

  27. const float DECAY_RATE = 0.955f;
    

  28. const float TRIGGER_DISTANCE = 1.8f;  // 缩短触发距离增加密度
    


  29. 

  30. float distanceMap[MATRIX_WIDTH][MATRIX_HEIGHT];
    

  31. float maxRadius;
    

  32. uint8_t center_x, center_y;
    


  33. 

  34. uint16_t XY(uint8_t x, uint8_t y) {
    

  35.   return (y % 2 == 0) ? (y * MATRIX_WIDTH) + x 
    

  36.                       : (y * MATRIX_WIDTH) + (MATRIX_WIDTH - 1 - x);
    

  37. }
    


  38. 

  39. // 带随机扰动的距离计算
    

  40. float perturbedDistance(uint8_t x, uint8_t y, Wave &w) {
    

  41.   float dx = x - center_x;
    

  42.   float dy = y - center_y;
    

  43.   
    

  44.   // 添加基于角度的随机扰动
    

  45.   float angle = atan2(dy, dx) + w.angleOffset;
    

  46.   float perturbation = 0.4f * sin(angle * 3 + w.radius * 0.5f);
    

  47.   
    

  48.   return sqrt(dx*dx + dy*dy) * (1.0f + perturbation * 0.08f);
    

  49. }
    


  50. 

  51. void setup() {
    

  52.   FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
    

  53.   FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
    

  54.   
    

  55.   center_x = (MATRIX_WIDTH-1)/2;
    

  56.   center_y = (MATRIX_HEIGHT-1)/2;
    

  57.   
    

  58.   // 预计算基础距离
    

  59.   for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  60.     for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  61.       float dx = x - center_x;
    

  62.       float dy = y - center_y;
    

  63.       distanceMap[x][y] = sqrt(dx*dx + dy*dy);
    

  64.     }
    

  65.   }
    

  66.   maxRadius = distanceMap[0][0];
    


  67. 

  68.   // 初始化第一个波环
    

  69.   waves[0] = {
    

  70.     0.0f, 
    

  71.     1.0f, 
    

  72.     true, 
    

  73.     0, 
    

  74.     false,
    

  75.     random8(95, 105)/100.0f,  // 初始速度随机
    

  76.     random8(95, 105)/100.0f,  // 初始宽度随机
    

  77.     random8(0, 628)/100.0f     // 初始角度偏移（0-2π）
    

  78.   };
    

  79.   for(uint8_t i=1; i<MAX_WAVES; i++) waves[i].active = false;
    

  80. }
    


  81. 

  82. void spawnWave(uint8_t gen) {
    

  83.   for(uint8_t i=0; i<MAX_WAVES; i++){
    

  84.     if(!waves[i].active){
    

  85.       waves[i] = {
    

  86.         0.0f,
    

  87.         1.0f - gen*0.12f,
    

  88.         true,
    

  89.         gen,
    

  90.         false,
    

  91.         random8(95, 105)/100.0f,  // 速度随机因子
    

  92.         random8(90, 110)/100.0f,  // 宽度随机因子
    

  93.         random8(0, 628)/100.0f    // 新随机角度
    

  94.       };
    

  95.       return;
    

  96.     }
    

  97.   }
    

  98. }
    


  99. 

  100. void loop() {
    

  101.   static uint32_t lastFrame = millis();
    

  102.   float deltaTime = (millis() - lastFrame)/1000.0f;
    

  103.   lastFrame = millis();
    


  104. 

  105.   fadeToBlackBy(leds, NUM_LEDS, 25);  // 加快淡出速度增加密度感
    


  106. 

  107.   for(uint8_t i=0; i<MAX_WAVES; i++){
    

  108.     if(waves[i].active){
    

  109.       Wave &w = waves[i];
    

  110.       
    

  111.       // 应用随机速度
    

  112.       w.radius += BASE_WAVE_SPEED * w.speedVariation * (1.0f + deltaTime);
    

  113.       w.intensity *= DECAY_RATE;
    


  114. 

  115.       // 触发新波环
    

  116.       if(w.generation == 0 && !w.hasTriggered && w.radius >= TRIGGER_DISTANCE){
    

  117.         spawnWave(1);
    

  118.         w.hasTriggered = true;
    

  119.       }
    


  120. 

  121.       // 波环生命周期管理
    

  122.       if(w.radius > maxRadius || w.intensity < 0.12f){
    

  123.         if(w.generation == 0){
    

  124.           // 重置核心波环并重新随机参数
    

  125.           w.radius = 0.0f;
    

  126.           w.intensity = 1.0f;
    

  127.           w.hasTriggered = false;
    

  128.           w.speedVariation = random8(95, 105)/100.0f;
    

  129.           w.widthVariation = random8(90, 110)/100.0f;
    

  130.           w.angleOffset = random8(0, 628)/100.0f;
    

  131.         }else{
    

  132.           w.active = false;
    

  133.         }
    

  134.       }
    


  135. 

  136.       // 绘制波环
    

  137.       for(uint8_t y=0; y<MATRIX_HEIGHT; y++){
    

  138.         for(uint8_t x=0; x<MATRIX_WIDTH; x++){
    

  139.           // 使用扰动后的距离计算
    

  140.           float dist = perturbedDistance(x, y, w);
    

  141.           float delta = abs(dist - w.radius);
    

  142.           
    

  143.           // 应用随机宽度
    

  144.           float effectiveWidth = BASE_WAVE_WIDTH * w.widthVariation;
    

  145.           float effect = exp(-pow(delta/effectiveWidth, 2.2f)) * w.intensity;
    

  146.           
    

  147.           // 中心抑制
    

  148.           if(x >= center_x-1 && x <= center_x && y >= center_y-1 && y <= center_y){
    

  149.             effect *= 0.15f;
    

  150.           }
    

  151.           
    

  152.           // 颜色混合（添加轻微随机色相偏移）
    

  153.           uint8_t hue = 160 + w.generation*18 + w.radius*0.8f;
    

  154.           leds[XY(x,y)] += CHSV(hue, 210, effect * 220);
    

  155.         }
    

  156.       }
    

  157.     }
    

  158.   }
    


  159. 

  160.   // 强化中心暗区
    

  161.   for(uint8_t dx=0; dx<2; dx++){
    

  162.     for(uint8_t dy=0; dy<2; dy++){
    

  163.       uint16_t idx = XY(center_x-dx, center_y-dy);
    

  164.       leds[idx].nscale8(40);  // 更暗的中心
    

  165.     }
    

  166.   }
    


  167. 

  168.   FastLED.show();
    

  169.   FastLED.delay(28);  // 稍快的刷新率
    

  170. }
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