HTML5 手势检测原理和实现

前言

随着 Hybrid 应用的丰富，HTML5 工程师们已经不满足于把桌面端体验简单移植到移动端，他们觊觎移动原生应用人性化的操作体验，特别是原生应用与生俱来的丰富的手势系统。HTML5 没有提供开箱即用的手势系统，但是提供了更底层一些的对 touch 事件的监听。基于此，我们可以做出自己的手势库。

手势

常用的 HTML5 手势可以分为两类，单点手势和两点手势。单点手势有 tap（单击），double tap（双击），long tap（长按），swipe（挥），move（移动）。两点手势有 pinch（缩放），rotate（旋转）。

接下来我们实现一个检测这些手势的 javaScript 库，并利用这个手势库做出炫酷的交互效果。

移动

关于移动手势检测我们这里不再赘述。总结一下就是在每次touchmove事件发生时，把两个位移点之间的坐标位置相减，就可以了。

单击（tap）

手势检测的关键是用 touchstart，touchmove，touchend 三个事件对手势进行分解。

那么怎么分解单击事件呢？

1. 在 touchstart 发生时进入单击检测，只有一个接触点。因为单击事件限制为一个手指的动作。

2. 没有发生 touchmove 事件或者 touchmove 在一个很小的范围（如下图）。限制 touchmove 在一个很小范围，是为了给用户一定的冗余空间，因为不能保证用户手指在接触屏幕的时候不发生轻微的位移。

3.touchend 发生在 touchstart后的很短时间内（如下图）。这个时间段的阈值是毫秒级，用来限制手指和屏幕接触的时间。因为单击事件从开始到结束是很快的。

有了上面的流程，就可以开始实现 tap 事件监测了。

_getTime() {

  return new Date().getTime(); 

}

_onTouchStart(e) {

    //记录touch开始的位置

    this.startX = e.touches[0].pageX;

    this.startY = e.touches[0].pageY;

    if(e.touches.length > 1) {

      //多点监测

      ...

    }else {

      //记录touch开始的时间

      this.startTime = this._getTime();

    }

 }

_onTouchMove(e) {

  ...

  //记录手指移动的位置

  this.moveX = e.touches[0].pageX;

  this.moveY = e.touches[0].pageY;

  ...

}

_onTouchEnd(e) {

  let timestamp = this._getTime();

  if(this.moveX !== null && Math.abs(this.moveX - this.startX) > 10 ||

    this.moveY !== null && Math.abs(this.moveY - this.startY) > 10) {

      ...

  }else {

    //手指移动的位移要小于10像素并且手指和屏幕的接触时间要短语500毫秒

    if(timestamp - this.startTime < 500) {

      this._emitEvent(&#39;onTap&#39;)

    }

  }

}

双击（double tap）

和单击一样，双击事件也需要我们对手势进行量化分解。

1. 双击事件是一个手指的行为。所以在 touchstart 时，我们要判断此时屏幕有几个接触点。

2. 双击事件中包含两次独立的单击行为。理想情况下，这两次点击应该落在屏幕上的同一个点上。为了给用户一定的冗余空间，将两次点击的坐标点距离限制在10个像素以内。
   

3. 双击事件本质是两次快速的单击。也即是说，两次点击的间隔时间很短。通过一定的测试量化后，我们把两次单击的时间间隔设为300毫秒。
   

注意双击事件中我们检测了相邻两个 touchstart 事件的位移和时间间隔。

_onTouchStart(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

  ...

  } else {

    if(this.previousTouchPoint) {

      //两次相邻的touchstart之间距离要小于10，同时时间间隔小于300ms

      if( Math.abs(this.startX -this.previousTouchPoint.startX) < 10  &&

          Math.abs(this.startY - this.previousTouchPoint.startY) < 10 && 

          Math.abs(this.startTime - this.previousTouchTime) < 300) {

            this._emitEvent(&#39;onDoubleTap&#39;);

          }

    }

    //保存上一次touchstart的时间和位置信息

    this.previousTouchTime = this.startTime;

    this.previousTouchPoint = {

        startX : this.startX,

        startY : this.startY

     };

  }

}

长按（long press）

长按应该是最容易分解的手势。我们可以这样分解：在 touchstart 发生后的很长一段时间内，如果没有发生 touchmove 或者 touchend 事件，那么就触发长按手势。

1. 长按是一个手指的行为，需要检测屏幕上是否只有一个接触点。

2. 如果手指在空间上发生了移动，那么长按事件取消。

3. 如果手指在屏幕上停留的时间超过800ms，那么触发长按手势。

4. 如果手指在屏幕上停留的时间小于800ms，也即 touchend 在 touchstart 发生后的800ms内触发，那么长按事件取消。
   

_onTouchStart(e) {

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  if(e.touches.length > 1) {

  }else {

    this.longPressTimeout = setTimeout(()=>{

      this._emitEvent('onLongPress');

    });

  }

}

_onTouchMove(e) {

  ...

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  ...

}

_onTouchEnd(e) {

  ...

  clearTimeout(this.longPressTimeout);

  ...

}

缩放（pinch）

缩放是一个非常有趣的手势，还记得第一代iPhone双指缩放图片给你带来的震撼吗？虽然如此，缩放手势的检测却相对简单。

1. 缩放是两个手指的行为，需要检测屏幕上是否有两个接触点。

2. 缩放比例的量化，是通过两次缩放行为之间的距离的比值得到，如下图。
   

所以缩放的核心是获取两个接触点之间的直线距离。

//勾股定理

_getDistance(xLen,yLen) {
   return Math.sqrt(xLen * xLen + yLen * yLen);
  }

这里的xLen是两个接触点x坐标差的绝对值，yLen相应的就是y坐标差的绝对值。

_onTouchStart(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

    let point1 = e.touches[0];

    let point2 = e.touches[1];

    let xLen = Math.abs(point2.pageX - point1.pageX);

    let yLen = Math.abs(point2.pageY - point1.pageY);

    this.touchDistance = this._getDistance(xLen, yLen);

  } else {

    ...

  }

}

在_onTouchStart函数中获取并且保存 touchstart 发生时两个接触点之间的距离。

_onTouchMove(e) {

  if(e.touches.length > 1) {

      let xLen = Math.abs(e.touches[0].pageX - e.touches[1].pageX);

      let yLen = Math.abs(e.touches[1].pageY - e.touches[1].pageY);

      let touchDistance = this._getDistance(xLen,yLen);

      if(this.touchDistance) {

        let pinchScale = touchDistance / this.touchDistance;

          this._emitEvent('onPinch',{scale:pinchScale - this.previousPinchScale});

          this.previousPinchScale = pinchScale;

      }

  }else {

    ...

  }

}

旋转(rotate)

旋转手势需要检测两个比较重要的值，一是旋转的角度，二是旋转的方向（顺时针或逆时针）。

其中旋转角度和方向的计算需要通过向量的计算来获取，本文不再展开。

首先，需要获取向量的旋转方向和角度。

//这两个方法属于向量计算，具体原理请阅读本文最后的参考文献

  _getRotateDirection(vector1,vector2) {

    return vector1.x * vector2.y - vector2.x * vector1.y;

  }  

  _getRotateAngle(vector1,vector2) {

    let direction = this._getRotateDirection(vector1,vector2);

    direction = direction > 0 ? -1 : 1;

    let len1 = this._getDistance(vector1.x,vector1.y);

    let len2 = this._getDistance(vector2.x,vector2.y);

    let mr = len1 * len2;

    if(mr === 0) return 0;

    let dot = vector1.x * vector2.x + vector1.y * vector2.y;

    let r = dot / mr;

    if(r > 1) r = 1;

    if(r < -1) r = -1;

    return Math.acos(r) * direction * 180 / Math.PI;

  }

然后，我们在手指发生移动时，调用获取旋转方向和角度的方法。

_onTouchStart(e) {

  ...  

  if(e.touches.length > 1) {

    this.touchVector = {

       x: point2.pageX - this.startX,

       y: point2.pageY - this.startY

     };

  }

  ...

}

_onTouchMove(e) {

  ...

  if(this.touchVector) {

        let vector = {

          x: e.touches[1].pageX - e.touches[0].pageX,

          y: e.touches[1].pageY - e.touches[0].pageY

        };

        let angle = this._getRotateAngle(vector,this.touchVector);

        this._emitEvent('onRotate',{

          angle

        });

        this.touchVector.x = vector.x;

        this.touchVector.y = vector.y;

      }

  ...

}

实战

好了，我们的手势系统到这里就完成了。接下来要在实战中检验这套系统是否可靠，做一个简单的图片浏览器，支持图片缩放，旋转，移动，长按。

首先，做好DOM规划，和“之前”一样，我们的事件监听机制并不直接作用在图片上，而是作用在图片的父元素上。

然后，可以开始使用上面的手势检测系统了。

render() {

    return (

      <Gestures onPinch={this.onPinch} onMove={this.onMove} onRotate={this.onRotate} onDoubleTap={this.onDoubleTap} onLongPress={this.onLongPress}>

        <p className="wrapper" >

          ![](http://www.php.cn/)

        </p>

      </Gestures>

    );

  }

由于我们的手势系统检测的增量，因此不能直接把增量应用在对象上，而是需要把这些增量累加。以旋转为例：

onRotate(event) {

    //对增量进行累加

    this.angle += event.angle

    this.setState({

      angle:this.angle

    });

  }

至此，我们的手势检测就完成了。

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