HTML5 手勢檢測原理和實現

關於作者

周林(eeandrew)，微博(eeandrew)，陸金所前端程序員，專註 Hybrid APP 性能優化和新技術探索。歡迎任何形式的提問和討論。

前言

隨著 Hybrid 應用的豐富，HTML5 工程師們已經不滿足於把桌面端體驗簡單移植到移動端，他們覬覦移動原生應用人性化的操作體驗，特別是原生應用與生俱來的豐富的手勢系統。HTML5 沒有提供開箱即用的手勢系統，但是提供了更底層一些的對 touch 事件的監聽。基於此，我們可以做出自己的手勢庫。

手勢

常用的 HTML5 手勢可以分為兩類，單點手勢和兩點手勢。單點手勢有 tap(單擊)，double tap(雙擊)，long tap(長按)，swipe(揮)，move(移動)。兩點手勢有 pinch(縮放)，rotate(旋轉)。

接下來我們實現一個檢測這些手勢的 js 庫，並利用這個手勢庫做出炫酷的交互效果。

移動

關於移動手勢檢測我們在這篇博文中做過詳細介紹，這裡不再贅述。總結一下就是在每次touchmove事件發生時，把兩個位移點之間的坐標位置相減，就可以了。

單擊(tap)

手勢檢測的關鍵是用 touchstart，touchmove，touchend 三個事件對手勢進行分解 。

那麼怎麼分解單擊事件呢？

1. 在 touchstart 發生時進入單擊檢測，只有一個接觸點。因為單擊事件限制為一個手指的動作。

2. 沒有發生 touchmove 事件或者 touchmove 在一個很小的範圍(如下圖)。限制 touchmove 在一個很小範圍，是為了給用戶一定的冗餘空間，因為不能保證用戶手指在接觸屏幕的時候不發生輕微的位移。

3 touchend 發生在 touchstart後的很短時間內(如下圖)。這個時間段的閾值是毫秒級，用來限制手指和屏幕接觸的時間。因為單擊事件從開始到結束是很快的。

有了上面的流程，就可以開始實現 tap 事件監測了。

_getTime() {nn return new Date().getTime(); nn}nn_onTouchStart(e) {nn //記錄touch開始的位置nn this.startX = e.touches[0].pageX;nn this.startY = e.touches[0].pageY;nn if(e.touches.length > 1) {nn //多點監測nn ...nn }else {nn //記錄touch開始的時間nn this.startTime = this._getTime();nn }nn }nn_onTouchMove(e) {nn ...nn //記錄手指移動的位置nn this.moveX = e.touches[0].pageX;nn this.moveY = e.touches[0].pageY;nn ...nn}nn_onTouchEnd(e) {nn let timestamp = this._getTime();nn if(this.moveX !== null && Math.abs(this.moveX - this.startX) > 10 ||nn this.moveY !== null && Math.abs(this.moveY - this.startY) > 10) {nn ...nn }else {nn //手指移動的位移要小於10像素並且手指和屏幕的接觸時間要短語500毫秒nn if(timestamp - this.startTime < 500) {nn this._emitEvent(onTap)nn }nn }nn}n

雙擊(double tap)

和單擊一樣，雙擊事件也需要我們對手勢進行量化分解。

1. 雙擊事件是一個手指的行為。所以在 touchstart 時，我們要判斷此時屏幕有幾個接觸點。

2. 雙擊事件中包含兩次獨立的單擊行為。理想情況下，這兩次點擊應該落在屏幕上的同一個點上。為了給用戶一定的冗餘空間，將兩次點擊的坐標點距離限制在10個像素以內。

3 雙擊事件本質是兩次快速的單擊。也即是說，兩次點擊的間隔時間很短。通過一定的測試量化後，我們把兩次單擊的時間間隔設為300毫秒。

注意雙擊事件中我們檢測了相鄰兩個 touchstart 事件的位移和時間間隔

_onTouchStart(e) {nn if(e.touches.length > 1) {nn ...nn } else {nn if(this.previousTouchPoint) {nn //兩次相鄰的touchstart之間距離要小於10，同時時間間隔小於300msnn if( Math.abs(this.startX -this.previousTouchPoint.startX) < 10 &&nn Math.abs(this.startY - this.previousTouchPoint.startY) < 10 && nn Math.abs(this.startTime - this.previousTouchTime) < 300) {nn this._emitEvent(onDoubleTap);nn }nn }nn //保存上一次touchstart的時間和位置信息nn this.previousTouchTime = this.startTime;nn this.previousTouchPoint = {nn startX : this.startX,nn startY : this.startYnn };nn }nn}n

長按(long press)

長按應該是最容易分解的手勢。我們可以這樣分解：在 touchstart 發生後的很長一段時間內，如果沒有發生 touchmove 或者 touchend 事件，那麼就觸髮長按手勢。

1. 長按是一個手指的行為，需要檢測屏幕上是否只有一個接觸點。

2. 如果手指在空間上發生了移動，那麼長按事件取消。

3. 如果手指在屏幕上停留的時間超過800ms，那麼觸髮長按手勢。

4. 如果手指在屏幕上停留的時間小於800ms，也即 touchend 在 touchstart 發生後的800ms內觸發，那麼長按事件取消。

_onTouchStart(e) {nn clearTimeout(this.longPressTimeout);nn if(e.touches.length > 1) {nn }else {nn this.longPressTimeout = setTimeout(()=>{nn this._emitEvent(onLongPress);nn });nn }nn}nn_onTouchMove(e) {nn ...nn clearTimeout(this.longPressTimeout);nn ...nn}nn_onTouchEnd(e) {nn ...nn clearTimeout(this.longPressTimeout);nn ...nn}n

縮放(pinch)

縮放是一個非常有趣的手勢，還記得第一代iPhone雙指縮放圖片給你帶來的震撼嗎？雖然如此，縮放手勢的檢測卻相對簡單。

1. 縮放是兩個手指的行為，需要檢測屏幕上是否有兩個接觸點。

2. 縮放比例的量化，是通過兩次縮放行為之間的距離的比值得到，如下圖。

所以縮放的核心是獲取兩個接觸點之間的直線距離。

//勾股定理nn_getDistance(xLen,yLen) {n return Math.sqrt(xLen * xLen + yLen * yLen);n }n

這裡的xLen是兩個接觸點x坐標差的絕對值，yLen相應的就是y坐標差的絕對值。

_onTouchStart(e) {nn if(e.touches.length > 1) {nn let point1 = e.touches[0];nn let point2 = e.touches[1];nn let xLen = Math.abs(point2.pageX - point1.pageX);nn let yLen = Math.abs(point2.pageY - point1.pageY);nn this.touchDistance = this._getDistance(xLen, yLen);nn } else {nn ...nn }nn}n

在_onTouchStart函數中獲取並且保存 touchstart 發生時兩個接觸點之間的距離。

_onTouchMove(e) {nn if(e.touches.length > 1) {nn let xLen = Math.abs(e.touches[0].pageX - e.touches[1].pageX);nn let yLen = Math.abs(e.touches[1].pageY - e.touches[1].pageY);nn let touchDistance = this._getDistance(xLen,yLen);nn if(this.touchDistance) {nn let pinchScale = touchDistance / this.touchDistance;nn this._emitEvent(onPinch,{scale:pinchScale - this.previousPinchScale});nn this.previousPinchScale = pinchScale;nn }nn }else {nn ...nn }nn}n

旋轉(rotate)

旋轉手勢需要檢測兩個比較重要的值，一是旋轉的角度，二是旋轉的方向(順時針或逆時針)。

其中旋轉角度和方向的計算需要通過向量的計算來獲取，本文不再展開，感興趣的同學可以查看這裡。

首先，需要獲取向量的旋轉方向和角度

//這兩個方法屬於向量計算，具體原理請閱讀本文最後的參考文獻nn _getRotateDirection(vector1,vector2) {nn return vector1.x * vector2.y - vector2.x * vector1.y;nn } nn _getRotateAngle(vector1,vector2) {nn let direction = this._getRotateDirection(vector1,vector2);nn direction = direction > 0 ? -1 : 1;nn let len1 = this._getDistance(vector1.x,vector1.y);nn let len2 = this._getDistance(vector2.x,vector2.y);nn let mr = len1 * len2;nn if(mr === 0) return 0;nn let dot = vector1.x * vector2.x + vector1.y * vector2.y;nn let r = dot / mr;nn if(r > 1) r = 1;nn if(r < -1) r = -1;nn return Math.acos(r) * direction * 180 / Math.PI;nn }n

然後，我們在手指發生移動時，調用獲取旋轉方向和角度的方法。

_onTouchStart(e) {nn ... nn if(e.touches.length > 1) {nn this.touchVector = {nn x: point2.pageX - this.startX,nn y: point2.pageY - this.startYnn };nn }nn ...nn}nn_onTouchMove(e) {nn ...nn if(this.touchVector) {nn let vector = {nn x: e.touches[1].pageX - e.touches[0].pageX,nn y: e.touches[1].pageY - e.touches[0].pageYnn };nn let angle = this._getRotateAngle(vector,this.touchVector);nn this._emitEvent(onRotate,{nn anglenn });nn this.touchVector.x = vector.x;nn this.touchVector.y = vector.y;nn }nn ...nn}n

實戰

好了，我們的手勢系統到這裡就完成了。接下來要在實戰中檢驗這套系統是否可靠，做一個簡單的圖片瀏覽器，支持圖片縮放，旋轉，移動，長按。

首先，做好dom規劃，和[之前]一樣，我們的事件監聽機制並不直接作用在圖片上，而是作用在圖片的父元素上。

然後，可以開始使用上面的手勢檢測系統了。

render() {nn return (nn <Gestures onPinch={this.onPinch} onMove={this.onMove} onRotate={this.onRotate} onDoubleTap={this.onDoubleTap} onLongPress={this.onLongPress}>nn <div className="wrapper" >n <img src="http://read.pudn.com/downloads94/sourcecode/graph/texture_mapping/374111/shuzituxiang/len_std.jpg"></img>n </div>nn </Gestures>nn );nn }n

由於我們的手勢系統檢測的增量，因此不能直接把增量應用在對象上，而是需要把這些增量累加。以旋轉為例：

onRotate(event) {nn //對增量進行累加nn this.angle += event.anglenn this.setState({nn angle:this.anglenn });nn }n

至此，我們的手勢檢測就完成了。

源碼：https://github.com/eeandrew/gestures

在線demo: http://eeandrew.github.io/demos/gestures/index.html