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iOS动画篇:核心动画

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明仔Su
2016.04.27 10:12* 字数 2917

基本概念

1、什么是核心动画

  Core Animation(核心动画)是一组功能强大、效果华丽的动画API,无论在iOS系统或者在你开发的App中,都有大量应用。
  核心动画所在的位置如下图所示:


Core Animation.png


  可以看到,核心动画位于UIKit的下一层,相比UIView动画,它可以实现更复杂的动画效果。

  核心动画作用在CALayer(Core animation layer)上,CALayer从概念上类似UIView,我们可以将UIView看成是一种特殊的CALayer(可以响应事件)。
  实际上,每一个view都有其对应的layer,这个layer是root layer:

    @property(nonatomic,readonly,strong)                 CALayer  *layer;

  给view加上动画,本质上是对其layer进行操作,layer包含了各种支持动画的属性,动画则包含了属性变化的值、变化的速度、变化的时间等等,两者结合产生动画的过程。

  核心动画和UIView动画的对比:UIView动画可以看成是对核心动画的封装,和UIView动画不同的是,通过核心动画改变layer的状态(比如position),动画执行完毕后实际上是没有改变的(表面上看起来已改变)。

  总体来说核心动画的优点有:

  1)性能强大,使用硬件加速,可以同时向多个图层添加不同的动画效果
  2)接口易用,只需要少量的代码就可以实现复杂的动画效果。
  3)运行在后台线程中,在动画过程中可以响应交互事件(UIView动画默认动画过程中不响应交互事件)。

2、核心动画类的层次结构

Core Animation classes and protocol.png


  CAAnimation是所有动画对象的父类,实现CAMediaTiming协议,负责控制动画的时间、速度和时间曲线等等,是一个抽象类,不能直接使用。
  CAPropertyAnimation :是CAAnimation的子类,它支持动画地显示图层的keyPath,一般不直接使用。
  iOS9.0之后新增CASpringAnimation类,它实现弹簧效果的动画,是CABasicAnimation的子类。

  综上,核心动画类中可以直接使用的类有:

  CABasicAnimation
  CAKeyframeAnimation
  CATransition
  CAAnimationGroup
  CASpringAnimation

3、核心动画类的核心方法

  1.初始化CAAnimation对象
  一般使用animation方法生成实例

     + (instancetype)animation;

  如果是CAPropertyAnimation的子类,还可以通过animationWithKeyPath生成实例

     + (instancetype)animationWithKeyPath:(nullable NSString *)path;

  2.设置动画的相关属性
  设置动画的执行时间,执行曲线,keyPath的目标值,代理等等

  3.动画的添加和移除
  调用CALayer的addAnimation:forKey:方法将动画添加到CALayer中,这样动画就开始执行了

     - (void)addAnimation:(CAAnimation *)anim forKey:(nullable NSString *)key;

  调用CALayer的removeAnimation方法停止CALayer中的动画

     - (void)removeAnimationForKey:(NSString *)key;
     - (void)removeAllAnimations;
4、核心动画类的常用属性

  keyPath:可以指定keyPath为CALayer的属性值,并对它的值进行修改,以达到对应的动画效果,需要注意的是部分属性值是不支持动画效果的。
  以下是具有动画效果的keyPath:

     //CATransform3D Key Paths : (example)transform.rotation.z
     //rotation.x
     //rotation.y
     //rotation.z
     //rotation 旋轉
     //scale.x
     //scale.y
     //scale.z
     //scale 缩放
     //translation.x
     //translation.y
     //translation.z
     //translation 平移

     //CGPoint Key Paths : (example)position.x
     //x
     //y

     //CGRect Key Paths : (example)bounds.size.width
     //origin.x
     //origin.y
     //origin
     //size.width
     //size.height
     //size

     //opacity
     //backgroundColor
     //cornerRadius 
     //borderWidth
     //contents 

     //Shadow Key Path:
     //shadowColor 
     //shadowOffset 
     //shadowOpacity 
     //shadowRadius

  duration:动画的持续时间
  repeatCount:动画的重复次数
  timingFunction:动画的时间节奏控制

     timingFunctionName的enum值如下:
     kCAMediaTimingFunctionLinear 匀速
     kCAMediaTimingFunctionEaseIn 慢进
     kCAMediaTimingFunctionEaseOut 慢出
     kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut 慢进慢出
     kCAMediaTimingFunctionDefault 默认值(慢进慢出)

  fillMode:视图在非Active时的行为
  removedOnCompletion:动画执行完毕后是否从图层上移除,默认为YES(视图会恢复到动画前的状态),可设置为NO(图层保持动画执行后的状态,前提是fillMode设置为kCAFillModeForwards)
  beginTime:动画延迟执行时间(通过CACurrentMediaTime() + your time 设置)
  delegate:代理

    代理方法如下:
     - (void)animationDidStart:(CAAnimation *)anim;  //动画开始
     - (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag; //动画结束

CABasicAnimation

  CABasicAnimation可以设定keyPath的起点,终点的值,动画会沿着设定点进行移动,CABasicAnimation可以看成是只有两个关键点的特殊的CAKeyFrameAnimation。

下面以改变视图的position为例演示其使用:

- (void)position {
    CABasicAnimation * ani = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    ani.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:self.centerShow.center];
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut];
    [self.cartCenter.layer addAnimation:ani forKey:@"PostionAni"];
}

  动画效果:


position.gif

  下面是部分keyPath对应的动画效果(图片名为其对应的keyPath):


positionX.gif

positionY.gif

rotation.gif

rotationX.gif

rotationY.gif

rotationZ.gif

scale.gif

translation.gif

transform的组合效果.gif

bounds.gif

size.gif

sizeW.gif

sizeH.gif

opacity.gif

backgroundColor.gif

cornerRadius.gif

borderWidth.gif

contents.gif

shadowColor.gif

shadowOffset.gif

shadowOpacity.gif

shadowRadius.gif

CAKeyframeAnimation

  可以设定keyPath起点、中间关键点(不止一个)、终点的值,每一帧所对应的时间,动画会沿着设定点进行移动。

  CAKeyframeAnimation的重要属性:

  values:关键帧数组对象,里面每一个元素即为一个关键帧,动画会在对应的时间段内,依次执行数组中每一个关键帧的动画。
  path:动画路径对象,可以指定一个路径,在执行动画时路径会沿着路径移动,Path在动画中只会影响视图的Position。
  keyTimes:设置关键帧对应的时间点,范围:0-1。如果没有设置该属性,则每一帧的时间平分。

  下面以让视图绕圈为例演示其使用:

  1、设置values使其沿正方形运动
- (void)valueKeyframeAni {
    CAKeyframeAnimation * ani = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    ani.duration = 4.0;
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut];
    NSValue * value1 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 200)];
    NSValue *value2=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(250, 200)];
    NSValue *value3=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(250, 300)];
    NSValue *value4=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 300)];
    NSValue *value5=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 200)];
    ani.values = @[value1, value2, value3, value4, value5];
    [self.centerShow.layer addAnimation:ani forKey:@"PostionKeyframeValueAni"];
}

  动画效果:


valueKeyframeAni.gif
  2、设置path使其绕圆圈运动
- (void)pathKeyframeAni {
    CAKeyframeAnimation * ani = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
    CGPathAddEllipseInRect(path, NULL, CGRectMake(130, 200, 100, 100));
    ani.path = path;
    CGPathRelease(path);
    ani.duration = 4.0;
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    [self.centerShow.layer addAnimation:ani forKey:@"PostionKeyframePathAni"];
}

  动画效果:


pathKeyframeAni.gif

CATransition

  转场动画,比UIVIew转场动画具有更多的动画效果,比如Nav的默认Push视图的效果就是通过CATransition的kCATransitionPush类型来实现。

  CAKeyframeAnimation的重要属性:

  type:过渡动画的类型

    type的enum值如下:
    kCATransitionFade 渐变
    kCATransitionMoveIn 覆盖
    kCATransitionPush 推出
    kCATransitionReveal 揭开

  还有一些私有动画类型,效果很炫酷,不过不推荐使用。
  私有动画类型的值有:"cube"、"suckEffect"、"oglFlip"、 "rippleEffect"、"pageCurl"、"pageUnCurl"等等。

  subtype: 过渡动画的方向

    subtype的enum值如下:
    kCATransitionFromRight 从右边
    kCATransitionFromLeft 从左边
    kCATransitionFromTop 从顶部
    kCATransitionFromBottom 从底部

  以渐变效果为例

- (void)transitionAni {
    CATransition * ani = [CATransition animation];
    ani.type = kCATransitionFade;
    ani.subtype = kCATransitionFromLeft;
    ani.duration = 1.5;
    self.centerShow.image = [UIImage imageNamed:@"Raffle"];
    [self.centerShow.layer addAnimation:ani forKey:@"transitionAni"];
}

  动画效果:


kCATransitionFade.gif

以下是另外三种转场类型的动画效果(图片名称对应其type类型):


kCATransitionMoveIn.gif

kCATransitionPush.gif

kCATransitionReveal.gif

以下是部分私有转场类型的动画效果(图片名称对应其type类型):


transitionAni - rippleEffect.gif

transitionAni - cube.gif

transitionAni - pageCurl.gif

transitionAni - suckEffect.gif

CASpringAnimation

  CASpringAnimation是iOS9新加入动画类型,是CABasicAnimation的子类,用于实现弹簧动画。

  CASpringAnimation的重要属性:

  mass:质量(影响弹簧的惯性,质量越大,弹簧惯性越大,运动的幅度越大)
  stiffness:弹性系数(弹性系数越大,弹簧的运动越快)
  damping:阻尼系数(阻尼系数越大,弹簧的停止越快)
  initialVelocity:初始速率(弹簧动画的初始速度大小,弹簧运动的初始方向与初始速率的正负一致,若初始速率为0,表示忽略该属性)
  settlingDuration:结算时间(根据动画参数估算弹簧开始运动到停止的时间,动画设置的时间最好根据此时间来设置)

  CASpringAnimation和UIView的SpringAnimation对比:

  1.CASpringAnimation 可以设置更多影响弹簧动画效果的属性,可以实现更复杂的弹簧动画效果,且可以和其他动画组合。
  2.UIView的SpringAnimation实际上就是通过CASpringAnimation来实现。

  以实现视图的bounds变化的弹簧动画效果为例:

- (void)springAni {
    CASpringAnimation * ani = [CASpringAnimation animationWithKeyPath:@"bounds"];
    ani.mass = 10.0; //质量,影响图层运动时的弹簧惯性,质量越大,弹簧拉伸和压缩的幅度越大
    ani.stiffness = 5000; //刚度系数(劲度系数/弹性系数),刚度系数越大,形变产生的力就越大,运动越快
    ani.damping = 100.0;//阻尼系数,阻止弹簧伸缩的系数,阻尼系数越大,停止越快
    ani.initialVelocity = 5.f;//初始速率,动画视图的初始速度大小;速率为正数时,速度方向与运动方向一致,速率为负数时,速度方向与运动方向相反
    ani.duration = ani.settlingDuration;
    ani.toValue = [NSValue valueWithCGRect:self.centerShow.bounds];
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut];
    [self.cartCenter.layer addAnimation:ani forKey:@"boundsAni"];
}

  动画效果:


springAni.gif

CAAnimationGroup

  使用Group可以将多个动画合并一起加入到层中,Group中所有动画并发执行,可以方便地实现需要多种类型动画的场景。

  以实现视图的position、bounds和opacity改变的组合动画为例

- (void)groupAni {
    CABasicAnimation * posAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    posAni.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:self.centerShow.center];

    CABasicAnimation * opcAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"opacity"];
    opcAni.toValue = [NSNumber numberWithFloat:1.0];
    opcAni.toValue = [NSNumber numberWithFloat:0.7];

    CABasicAnimation * bodAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"bounds"];
    bodAni.toValue = [NSValue valueWithCGRect:self.centerShow.bounds];

    CAAnimationGroup * groupAni = [CAAnimationGroup animation];
    groupAni.animations = @[posAni, opcAni, bodAni];
    groupAni.duration = 1.0;
    groupAni.fillMode = kCAFillModeForwards;
    groupAni.removedOnCompletion = NO;
    groupAni.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut];
    [self.cartCenter.layer addAnimation:groupAni forKey:@"groupAni"];
}

  动画效果:


groupAni.gif

CATransaction

  最后讲一下事务,在核心动画里面存在事务(CATransaction)这样一个概念,它负责协调多个动画原子更新显示操作。
  简单来说事务是核心动画里面的一个基本的单元,动画的产生必然伴随着layer的Animatable属性的变化,而layer属性的变化必须属于某一个事务。
  因此,核心动画依赖事务。

  事务的作用:保证一个或多个layer的一个或多个属性变化同时进行
  事务分为隐式和显式:
  1.隐式:没有明显调用事务的方法,由系统自动生成事务。比如直接设置一个layer的position属性,则会在当前线程自动生成一个事务,并在下一个runLoop中自动commit事务。
  2.显式:明显调用事务的方法([CATransaction begin]和[CATransaction commit])。

  CA事务的可设置属性(会覆盖隐式动画的设置):

    animationDuration:动画时间
    animationTimingFunction:动画时间曲线
    disableActions:是否关闭动画
    completionBlock:动画执行完毕的回调

  事务支持嵌套使用:当最外层的事务commit后动画才会开始。

  使用实例:

    [CATransaction begin];
    [CATransaction setAnimationDuration:2.0];
    [CATransaction setAnimationTimingFunction:[CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut]];
//    [CATransaction setDisableActions:YES]; //设置为YES就关闭动画
    self.subLayer.bounds = self.centerShow.layer.bounds;
    [CATransaction commit];

  注意:只有非root layer才有隐式动画,如果你是直接设置self.cartCenter.layer.bounds = self.centerShow.layer.bounds;是不会有动画效果的。

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  接下来将更新iOS绘图引擎Quartz2D

iOS动画篇
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