Core Animation

:示例中部分代码的完整版可以在这里找到。

UIView Animation

简单动画

对于 UIView 上简单的动画,iOS 提供了很方便的函数:

+ animateWithDuration:animations:

第一个参数是动画的持续时间,第二个参数是一个 block,在 animations block 中对 UIView 的属性进行调整,设置 UIView 动画结束后最终的效果,iOS 就会自动补充中间帧,形成动画。

可以更改的属性有:

  • frame
  • bounds
  • center
  • transform
  • alpha
  • backgroundColor
  • contentStretch

这些属性大都是 View 的基本属性,下面是一个例子,这个例子中的动画会同时改变 View 的 framebackgroundColoralpha

[UIView animateWithDuration:2.0 animations:^{
    myView.frame = CGRectMake(50, 200, 200, 200);
    myView.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    myView.alpha = 0.7;
}];

其中有一个比较特殊的 transform 属性,它的类型是 CGAffineTransform,即 2D 仿射变换,这是个数学中的概念,用一个三维矩阵来表述 2D 图形的矢量变换。用 transform 属性对 View 进行:

  • 旋转
  • 缩放
  • 其他自定义 2D 变换

iOS 提供了下面的函数可以创建简单的 2D 变换:

  • CGAffineTransformMakeScale
  • CGAffineTransformMakeRotation
  • CGAffineTransformMakeTranslation

例如下面的代码会将 View 缩小至原来的 1/4 大小:

[UIView animateWithDuration:2.0 animations:^{
    myView.transform = CGAffineTransformMakeScale(0.5, 0.5);
}];

调节参数

完整版的 animate 函数其实是这样的:

+ animateWithDuration:delay:options:animations:completion:

可以通过 delay 参数调节让动画延迟产生,同时还一个 options 选项可以调节动画进行的方式。可用的 options 可分为两类:

控制过程

例如 UIViewAnimationOptionRepeat 可以让动画反复进行, UIViewAnimationOptionAllowUserInteraction 可以让允许用户对动画进行过程中同 View 进行交互(默认是不允许的)

控制速度

动画的进行速度可以用速度曲线来表示(参考这里),提供的选项例如 UIViewAnimationOptionCurveEaseIn 是先慢后快,UIViewAnimationOptionCurveEaseOut 是先快后慢。

不同的选项直接可以通过“与”操作进行合并,同时使用,例如:

UIViewAnimationOptionRepeat | UIViewAnimationOptionAllowUserInteraction

关键帧动画

上面介绍的动画中,我们只能控制开始和结束时的效果,然后由系统补全中间的过程,有些时候我们需要自己设定若干关键帧,实现更复杂的动画效果,这时候就需要关键帧动画的支持了。下面是一个示例:

[UIView animateKeyframesWithDuration:2.0 delay:0.0 options:UIViewKeyframeAnimationOptionRepeat | UIViewKeyframeAnimationOptionAutoreverse animations:^{
    [UIView addKeyframeWithRelativeStartTime:0.0 relativeDuration:0.5 animations:^{
        self.myView.frame = CGRectMake(10, 50, 100, 100);
    }];
    [UIView addKeyframeWithRelativeStartTime: 0.5 relativeDuration:0.3 animations:^{
        self.myView.frame = CGRectMake(20, 100, 100, 100);
    }];
    [UIView addKeyframeWithRelativeStartTime:0.8 relativeDuration:0.2 animations:^{
        self.myView.transform = CGAffineTransformMakeScale(0.5, 0.5);
    }];
} completion:nil];

这个例子添加了三个关键帧,在外面的 animateKeyframesWithDuration 中我们设置了持续时间为 2.0 秒,这是真实意义上的时间,里面的 startTimerelativeDuration 都是相对时间。以第一个为例,startTime 为 0.0,relativeTime 为 0.5,这个动画会直接开始,持续时间为 2.0 X 0.5 = 1.0 秒,下面第二个的开始时间是 0.5,正好承接上一个结束,第三个同理,这样三个动画就变成连续的动画了。

View 的转换

iOS 还提供了两个函数,用于进行两个 View 之间通过动画换场:

+ transitionWithView:duration:options:animations:completion:
+ transitionFromView:toView:duration:options:completion:

需要注意的是,换场动画会在这两个 View 共同的父 View 上进行,在写动画之前,先要设计好 View 的继承结构。

同样,View 之间的转换也有很多选项可选,例如 UIViewAnimationOptionTransitionFlipFromLeft 从左边翻转,UIViewAnimationOptionTransitionCrossDissolve 渐变等等。

CALayer Animation

UIView 的动画简单易用,但是能实现的效果相对有限,上面介绍的 UIView 的几种动画方式,实际上是对底层 CALayer 动画的一种封装。直接使用 CALayer 层的动画方法可以实现更多高级的动画效果。

注意:使用 CALayer 动画之前,首先需要引入 QuartzCore.framework。

基本动画(CABasicAnimation)

CABasicAnimation 用于创建一个 CALayer 上的基本动画效果,下面是一个例子:

CABasicAnimation *animation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position.x"];
animation.toValue = @200;
animation.duration = 0.8;
animation.repeatCount = 5;
animation.beginTime = CACurrentMediaTime() + 0.5;
animation.fillMode = kCAFillModeRemoved;
[self.myView.layer addAnimation:animation forKey:nil];
KeyPath

这里我们使用了 animationWithKeyPath 这个方法来改变 layer 的属性,可以使用的属性有很多,具体可以参考这里这里。其中很多属性在前面介绍的 UIView 动画部分我们也看到过,进一步验证了 UIView 的动画方法是对底层 CALayer 的一种封装。

需要注意的一点是,上面我们使用了 position 属性, layer 的这个 position 属性和 View 的 frame 以及 bounds 属性都不相同,而是和 Layer 的 anchorPoint 有关,可以由下面的公式计算得到:

position.x = frame.origin.x + 0.5 * bounds.size.width;  
position.y = frame.origin.y + 0.5 * bounds.size.height; 

关于 anchorPointposition 属性的以及具体计算的原理可以参考这篇文章

属性

CABasicAnimation 的属性有下面几个:

  • beginTime
  • duration
  • fromValue
  • toValue
  • byValue
  • repeatCount
  • autoreverses
  • timingFunction

可以看到,其中 beginTime,duration,repeatCount 等属性和上面在 UIView 中使用到的 duration,UIViewAnimationOptionRepeat 等选项是相对应的,不过这里的选项能够提供更多的扩展性。

需要注意的是 fromValuetoValuebyValue 这几个选项,支持的设置模式有下面几种:

  • 设置 fromValue 和 toValue:从 fromValue 变化到 toValue
  • 设置 fromValue 和 byValue:从 fromValue 变化到 fromValue + byValue
  • 设置 byValue 和 toValue:从 toValue - byValue 变化到 toValue
  • 设置 fromValue: 从 fromValue 变化到属性当前值
  • 设置 toValue:从属性当前值变化到 toValue
  • 设置 byValue:从属性当前值变化到属性当前值 + toValue

看起来挺复杂,其实概括起来基本就是,如果某个值不设置,就是用这个属性当前的值。

另外,可以看到上面我们使用的:

animation.toValue = @200;

而不是直接使用 200,因为 toValue 之类的属性为 id 类型,或者像这样使用 @ 符号,或者使用:

animation.toValue = [NSNumber numberWithInt:200];

最后一个比较有意思的是 timingFunction 属性,使用这个属性可以自定义动画的运动曲线(节奏,pacing),系统提供了五种值可以选择:

  • kCAMediaTimingFunctionLinear 线性动画
  • kCAMediaTimingFunctionEaseIn 先快后慢
  • kCAMediaTimingFunctionEaseOut 先慢后快
  • kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut 先慢后快再慢
  • kCAMediaTimingFunctionDefault 默认,也属于中间比较快

此外,我们还可以使用 [CAMediaTimingFunction functionWithControlPoints] 方法来自定义运动曲线,这个网站提供了一个将参数调节可视化的效果,关于动画时间系统的具体介绍可以参考这篇文章

关键帧动画(CAKeyframeAnimation)

同 UIView 中的类似,CALayer 层也提供了关键帧动画的支持,CAKeyFrameAnimation 和 CABasicAnimation 都继承自 CAPropertyAnimation,因此它有具有上面提到的那些属性,此外,CAKeyFrameAnimation 还有特有的几个属性。

values 和 keyTimes

使用 valueskeyTimes 可以共同确定一个动画的若干关键帧,示例代码如下:

CAKeyframeAnimation *anima = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"transform.rotation"];//在这里@"transform.rotation"==@"transform.rotation.z"
NSValue *value1 = [NSNumber numberWithFloat:-M_PI/180*4];
NSValue *value2 = [NSNumber numberWithFloat:M_PI/180*4];
NSValue *value3 = [NSNumber numberWithFloat:-M_PI/180*4];
anima.values = @[value1,value2,value3];
// anima.keyTimes = @[@0.0, @0.5, @1.0];
anima.repeatCount = MAXFLOAT;

[_demoView.layer addAnimation:anima forKey:@"shakeAnimation"];

可以看到上面这个动画共有三个关键帧,如果没有指定 keyTimes 则各个关键帧会平分整个动画的时间(duration)。

path

使用 path 属性可以设置一个动画的运动路径,注意 path 只对 CALayer 的 anchorPoint 和position 属性起作用,另外如果你设置了 path ,那么 values 将被忽略。

CAKeyframeAnimation *anima = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(SCREEN_WIDTH/2-100, SCREEN_HEIGHT/2-100, 200, 200)];
anima.path = path.CGPath;
anima.duration = 2.0f;
[_demoView.layer addAnimation:anima forKey:@"pathAnimation"];

组动画(CAAnimationGroup)

组动画可以将一组动画组合在一起,所有动画对象可以同时运行,示例代码如下:

CAAnimationGroup *group = [[CAAnimationGroup alloc] init];
CABasicAnimation *animationOne = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.scale"];

animationOne.toValue = @2.0;
animationOne.duration = 1.0;

CABasicAnimation *animationTwo = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position.x"];
animationTwo.toValue = @400;
animationTwo.duration = 1.0;

[group setAnimations:@[animationOne, animationTwo]];
[self.myView.layer addAnimation:group forKey:nil];

需要注意的是,一个 group 组内的某个动画的持续时间(duration),如果超过了整个组的动画持续时间,那么多出的动画时间将不会被展示。例如一个 group 的持续时间是 5s,而组内一个动画持续时间为 10s ,那么这个 10s 的动画只会展示前 5s 。

切换动画(CATransition)

CATransition 可以用于 View 或 ViewController 直接的换场动画:

self.myView.backgroundColor = [UIColor blueColor];
CATransition *trans = [CATransition animation];
trans.duration = 1.0;
trans.type = @"push";

[self.myView.layer addAnimation:trans forKey:nil];

// 这句放在下面也可以
// self.myView.backgroundColor = [UIColor blueColor];

为什么改变颜色放在前后都可以呢?具体的解释可以参考 SO 上的这个回答。简单来说就是动画和绘制之间并不冲突。

更高级的动画效果

CADisplayLink

CADisplayLink 是一个计时器对象,可以周期性的调用某个 selecor 方法。相比 NSTimer ,它可以让我们以和屏幕刷新率同步的频率(每秒60次)来调用绘制函数,实现界面连续的不停重绘,从而实现动画效果。

示例代码(修改自这里):

#import "BlockView.h"

@implementation BlockView

- (void)startAnimationFrom:(CGFloat)from To:(CGFloat)to
{
    self.from = from;
    self.to = to;
    if (self.displayLink == nil) {
        self.displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(tick:)];
        [self.displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop]
                               forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    }
}

// 重复调用这个方法以重绘整个 View
- (void)tick:(CADisplayLink *)displayLink
{
    [self setNeedsDisplay];
}

- (void)endAnimation
{
    [self.displayLink invalidate];
    self.displayLink = nil;
}

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    CALayer *layer = self.layer.presentationLayer;
    CGFloat progress = 1 - (layer.position.y - self.to) / (self.from - self.to);
    CGFloat height = CGRectGetHeight(rect);
    CGFloat deltaHeight = height / 2 * (0.5 - fabs(progress - 0.5));
    CGPoint topLeft = CGPointMake(0, deltaHeight);
    CGPoint topRight = CGPointMake(CGRectGetWidth(rect), deltaHeight);
    CGPoint bottomLeft = CGPointMake(0, height);
    CGPoint bottomRight = CGPointMake(CGRectGetWidth(rect), height);
    UIBezierPath* path = [UIBezierPath bezierPath];
    [[UIColor blueColor] setFill];
    [path moveToPoint:topLeft];
    [path addQuadCurveToPoint:topRight controlPoint:CGPointMake(CGRectGetMidX(rect), 0)];
    [path addLineToPoint:bottomRight];
    [path addQuadCurveToPoint:bottomLeft controlPoint:CGPointMake(CGRectGetMidX(rect), height - deltaHeight)];
    [path closePath];
    [path fill];
}

@end

UIDynamicAnimator

UIDynamicAnimator 是 iOS 7 引入的一个新类,可以创建出具有物理仿真效果的动画,具体提供了下面几种物理仿真行为:

  • UIGravityBehavior:重力行为
  • UICollisionBehavior:碰撞行为
  • UISnapBehavior:捕捉行为
  • UIPushBehavior:推动行为
  • UIAttachmentBehavior:附着行为
  • UIDynamicItemBehavior:动力元素行为

示例代码如下(来自这里)

self.animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithReferenceView:self.view];

UIGravityBehavior* gravityBehavior = [[UIGravityBehavior alloc] initWithItems:@[self.myView]];
[self.animator addBehavior:gravityBehavior];

UICollisionBehavior* collisionBehavior = [[UICollisionBehavior alloc] initWithItems:@[self.myView]];
collisionBehavior.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = YES;
[self.animator addBehavior:collisionBehavior];

可以发现这段代码和我们之前写的动画代码有很大不同,在这里 behavior 是用于控制 View 行为的,我们做的操作是把各种不同的 behavior 加到 animator 中。这段代码实现了 View 因为“重力”原因“掉到”地上,落地的同时还有一个碰撞效果。

CAEmitterLayer

CAEmitterLayer 是 Core Animation 提供的一个粒子发生器系统,可以用于创建各种粒子动画,例如烟雾,焰火等效果。

CAEmitterLayer 需要调节的参数很多,可以实现的效果也非常炫酷,具体可参考下面几个网址:

LTMorphingLabel 这个项目使用 CAEmitterLayer 实现了各种高端炫酷掉渣天的效果,大家想学习的话可以去看看它的代码。


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