android实现八大行星绕太阳3D旋转效果

好久没写View了,最近恰巧遇到一个八大行星绕太阳旋转的假3D效果,写完之后感觉效果还不错。能玩十分钟的那种。
本篇将一步步带您实现这样的一个效果,ps:我是用kotlin实现的,介于您可能还不太熟悉kotlin或者不像熟悉java那样,所以本篇使用java语言(写的过程中老是忘记写new和分号报错)。
先上最终效果图(录制的比较渣)

太阳系.gif

本文目的

  • 巩固/练习 自定义View
  • 分析解决问题的思路

需要解决的问题

1.行星的整体布局,3D的视觉效果

2.行星转到太阳后面时,会被太阳挡住,转到太阳前面时,会挡住太阳

3.行星自动旋转,并且可以根据手势滑动,滑动完之后继续自动旋转

4.中间的太阳有照射的旋转动画


分析问题

1.行星的整体布局,3D的视觉效果

如果我们draw()的之前通过Camera将Canvas绕x轴旋转60°是不是就可以搞定?这种方式实则是不可行的。因为draw()之前Canvas的变化会作用于子View,从效果图可以看出,子View并没有rotateX的变换,只有缩放变换。所以我们通过子View layout时变化其位置,即计算子View的left、top、right、bottom四个值

行星绕太阳旋转其轨迹实际上就是圆形,如下图:

平面.png

我们看手机,其实是沿着z轴方向。想象一下,如果让坐标系沿着x轴旋转60°,不就能达到我们想要的效果了嘛。

旋转60°,我们再沿着x轴方向看,如下图:

round_x.png

图中蓝色是旋转前的轨迹,紫色是旋转之后的轨迹。假设P点是地球,P旋转前的y坐标是y0,则旋转之后地球的y坐标是:

y0 * 旋转角度的余切值,即:

y1 = y0* cos(60°)

好了。现在的结论是,只需要把图1的所有行星的y 坐标 * cos60°,就能达到效果了。

而图1中,计算各个行星旋转之前的x 、y坐标比较简单。

x0 = Radius * cos60°

y0 = Radius * sin60°

2.行星转到太阳后面时,会被太阳挡住,转到太阳前面时,会挡住太阳

3.png

刚看到这个效果,觉得这个问题是个比较难的点,如果所有行星的父容器和太阳是平级关系,结果就是要么所有的行星都会挡住太阳,要么就是太阳都会挡住行星。不能达到行星转到太阳后面时,会被太阳挡住,转到太阳前面时,会挡住太阳 * 的这种效果

但是如果所有的行星和太阳是平级关系,即他们是同一个父容器下的子View,那么我们就可以达到这个效果,方法有三种:

1、重写父容器dispatchDraw()方法,改变子View的绘制顺序(图3中先draw土星,再draw太阳,再draw地球);

2、在子View draw之前依次调用bringToFront()方法(图3中先调用土星的bringToFront()方法,再调用太阳的bringToFront()方法,最后调用地球的bringToFront()方法);

3、通过改变所有子View的z值(高度)以改变View的绘制顺序。

这三种方法理论是都可以实现,但是方法1 成本太高、风险也高,重新dispatchDraw()可能会发生未知问题,至于方法2,细心的朋友可能发现,每次调用bringToFront()方法,都会出发requestLayout(),降低了测量布局绘制效率,更重要的原因是在layout(问题1的解决需要重新layout方法)之后再调用requestLayout()方法,会导致循环layout-draw-layout-draw-layout-draw....

综上,我们选择方法3。简单,风险小。

3.行星自动旋转,并且可以根据手势滑动,滑动完之后继续自动旋转

  • 自动滑动:在父容器中设置一个成员变量:角度偏移量sweepAngle,计算子View的位置时将偏移量也考虑进去。然后定时不断增加或者减小sweepAngle(增加或减小 将决定子View是顺时针or逆时针旋转)

  • 手势:用的比较多,从后面的代码中体现。

4.中间的太阳有照射的旋转动画

效果图中的太阳由两张图片组成,一张是前景,一张是背景带亮光,让背景图绕着z轴无限旋转即可。


开始编码

开始愉快的编码

核心就是行星的父容器

/**
 * 行星和太阳的父容器
 *
 * @author guolong
 * @since 2019/8/20
 */
public class StarGroupView extends FrameLayout {

    // 从这个角度开始画View ,可以调整
    private static final float START_ANGLE = 270f; // 270°
    // 父容器的边界 单位dp
    private static final int PADDING = 80;
    // 绕x轴旋转的角度 70°对应的弧度
    private static final double ROTATE_X = Math.PI * 7 / 18;
    // 以上几个值都可以根据最终效果调整

    /**
     * 角度偏差值
     */
    private float sweepAngle = 0f;

    /**
     * 行星轨迹的半径
     */
    private float mRadius;

    /**
     * 父容器的边界 ,单位px
     */
    private int mPadding;

    public StarGroupView(@NonNull Context context) {
        this(context, null);
    }

    public StarGroupView(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs) {
        this(context, attrs, 0);
    }

    public StarGroupView(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        // 边距转换为px
        mPadding = (int) (context.getResources().getDisplayMetrics().density * PADDING);
    }

    @Override
    protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
//        super.onLayout(changed, left, top, right, bottom);
        mRadius = (getMeasuredWidth() / 2f - mPadding);
        layoutChildren();
    }

    private void layoutChildren() {
        int childCount = getChildCount();
        if (childCount == 0) return;
        // 行星之间的角度
        float averageAngle = 360f / childCount;
        for (int index = 0; index < childCount; index++) {
            View child = getChildAt(index);
            int childWidth = child.getMeasuredWidth();
            int childHeight = child.getMeasuredHeight();

            // 第index 个子View的角度
            double angle = (START_ANGLE - averageAngle * index + sweepAngle) * Math.PI / 180;
            double sin = Math.sin(angle);
            double cos = Math.cos(angle);

            double coordinateX = getMeasuredWidth() / 2f - mRadius * cos;
            // * Math.cos(ROTATE_X) 代表将y坐标转换为旋转之后的y坐标
            double coordinateY = mRadius / 2f - mRadius * sin * Math.cos(ROTATE_X);

            child.layout((int) (coordinateX - childWidth / 2),
                    (int) (coordinateY - childHeight / 2),
                    (int) (coordinateX + childWidth / 2),
                    (int) (coordinateY + childHeight / 2));

            // 假设view的最小缩放是原来的0.3倍,则缩放比例和角度的关系是
            float scale = (float) ((1 - 0.3f) / 2 * (1 - Math.sin(angle)) + 0.3f);
            child.setScaleX(scale);
            child.setScaleY(scale);
        }
    }
}

然后再xml中配置View

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".LandActivity">

    <com.glong.demo.view.StarGroupView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent">

        <TextView
            android:id="@+id/tv1"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@color/colorAccent"
            android:gravity="center"
            android:text="1" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv2"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@android:color/darker_gray"
            android:gravity="center"
            android:text="2" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv3"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@android:color/holo_green_dark"
            android:gravity="center"
            android:text="3" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv4"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@android:color/holo_blue_dark"
            android:gravity="center"
            android:text="4" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv5"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@android:color/holo_green_light"
            android:gravity="center"
            android:text="5" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv6"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="@android:color/holo_orange_light"
            android:gravity="center"
            android:text="6" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv7"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="#ff3311"
            android:gravity="center"
            android:text="7" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv8"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="#11aa44"
            android:gravity="center"
            android:text="8" />

        <TextView
            android:id="@+id/tv9"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="100dp"
            android:background="#ff99cc"
            android:gravity="center"
            android:text="9" />

    </com.glong.demo.view.StarGroupView>

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

运行,效果如下:

上述代码正如前面分析的,计算所有子View的left 、top 、right 、bottom,注释写的也详细。说明两点:

1、其中,64行

double angle = (START_ANGLE - averageAngle * index + sweepAngle) * Math.PI / 180;

公式中- averageAngle * index代表逆时针添加,如果是+ averageAngle * index则是顺时针添加。

2、78到80行,计算子View的scale,这里说明下角度和scale的计算公司

float scale = (float) ((1 - 0.3f) / 2 * (1 - Math.sin(angle)) + 0.3f);

假如View的最小scale是0.3f,最大scale是1。按照效果View在270°时scale最大,在90°时scale最小,并且从270°到90°scale越来越小。正玄曲线如下:

正玄曲线中,270°最小,90°时最大,我们把正玄值取反然后再加1,那么[90°,270°]对应的值就是[0,1]

即,设z = -sin(angle) + 1 当angle在90°到270°变化时 ,z将在0到1之间变化

z在0~1之间变化时,scale 要在0.3~1之间变化,如下图:

5.png

显然,

scale = (1 - 0.3) * z + 0.3 = (1-0.3)*(-sin(angle) + 1)+0.3

接下来,再把中间的太阳加进去

太阳也是StarGroupView的子View,但是和其他子View 不同的是,太阳在最中间,不参与类似行星的位置计算

简单期间我们使用tag=“center"来标识子View是中间的太阳。

修改xml文件

    <com.glong.demo.view.StarGroupView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent">

        <!-- 增加太阳View -->
        <ImageView
            android:layout_width="130dp"
            android:layout_height="130dp"
            android:src="@drawable/ic_launcher_background"
            android:tag="center" />
        
        <!--省略行星-->
    </com.glong.demo.view.StarGroupView>

修改StarGroupView.java

public class StarGroupView extends FrameLayout {
  // ... 省略部分代码
  
      private void layoutChildren() {
        int childCount = getChildCount();
        if (childCount == 0) return;
        // 行星之间的角度
        View centerView = centerView();
        float averageAngle;
        if (centerView == null) {
            averageAngle = 360f / childCount;
        } else {
            // centerView 不参与计算角度
            averageAngle = 360f / (childCount - 1);
        }

        int number = 0;
        for (int index = 0; index < childCount; index++) {
            View child = getChildAt(index);
            int childWidth = child.getMeasuredWidth();
            int childHeight = child.getMeasuredHeight();

            // 如果是centerView 直接居中布局
            if ("center".equals(child.getTag())) {
                child.layout(getMeasuredWidth() / 2 - childWidth / 2, getMeasuredHeight() / 2 - childHeight / 2,
                        getMeasuredWidth() / 2 + childWidth / 2, getMeasuredHeight() / 2 + childHeight / 2);
            } else {
                // 第index 个子View的角度
                double angle = (START_ANGLE - averageAngle * number + sweepAngle) * Math.PI / 180;
                double sin = Math.sin(angle);
                double cos = Math.cos(angle);

                double coordinateX = getMeasuredWidth() / 2f - mRadius * cos;
                // * Math.cos(ROTATE_X) 代表将y坐标转换为旋转之后的y坐标
                double coordinateY = mRadius / 2f - mRadius * sin * Math.cos(ROTATE_X);

                child.layout((int) (coordinateX - childWidth / 2),
                        (int) (coordinateY - childHeight / 2),
                        (int) (coordinateX + childWidth / 2),
                        (int) (coordinateY + childHeight / 2));

                // 假设view的最小缩放是原来的0.3倍,则缩放比例和角度的关系是
                float scale = (float) ((1 - 0.3f) / 2 * (1 - Math.sin(angle)) + 0.3f);
                child.setScaleX(scale);
                child.setScaleY(scale);
                number++;
            }
        }
    }

    /**
     * 获取centerView
     *
     * @return 太阳
     */
    private View centerView() {
        View result = null;
        for (int i = 0; i < getChildCount(); i++) {
            View child = getChildAt(i);
            if ("center".equals(child.getTag())) {
                return child;
            }
        }
        return null;
    }
}

代码注释写的很全面,不做过多解释了,这个时候我们把PADDING改大一点,改成160,运行如下:

20190820184234.jpg

问题很明显,3应该在4的上面, 2 应该在3的上面,中间的View应该在5,6的上面。

这是因为系统默认按照View的添加顺序画View的,即我们xml文件里面的顺序。xml里面我们centerView在第一个,所以就先画centerView,导致centerView被其他View覆盖。按照上面的分析,动态改变View的z值以改变View的draw顺序。

修改StarGroupView.java代码

public class StarGroupView extends FrameLayout {
  
    private void layoutChildren() {
        // ...省略之前代码
        changeZ();
    }
  
    /**
     * 改变子View的z值以改变子View的绘制优先级,z越大优先级越低(最后绘制)
     */
    private void changeZ() {
        View centerView = centerView();
        float centerViewScaleY = 1f;
        if (centerView != null) {
            centerViewScaleY = centerView.getScaleY();
            centerView.setScaleY(0.5f);
        }
        List<View> children = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < getChildCount(); i++) {
            children.add(getChildAt(i));
        }
        // 按照scaleY排序
        Collections.sort(children, new Comparator<View>() {
            @Override
            public int compare(View o1, View o2) {
                return (int) ((o1.getScaleY() - o2.getScaleY())*1000000);
            }
        });
        float z = 0.1f;
        for (int i = 0; i < children.size(); i++) {
            children.get(i).setZ(z);
            z += 0.1f;
        }
        if (centerView != null) {
            centerView.setScaleY(centerViewScaleY);
        }
    }

}

我们先给所有子View根据他的scaleY排序,由于centerViewscaleYlayoutChildren()时并没有改变,我们把centerViewscaleY设置为0.5f,最后再还原回去。现在运行,效果如下:

微信截图_20190820231253.png

到这里基本已经达到了我们想要的效果啦,接下来让其自动旋转和响应手势,肯定就难不倒我们啦。

加入自动旋转

StarGroupView中循环postDelayed(runnable,16)即可,这里为什么是16ms,大家都懂

修改StarGroupView.java

public class StarGroupView extends FrameLayout {
    // ...省略已有代码
  
    //自动旋转角度,16ms(一帧)旋转的角度,值越大转的越快
    private static final float AUTO_SWEEP_ANGLE = 0.1f;
  
    private Runnable autoScrollRunnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            sweepAngle += AUTO_SWEEP_ANGLE;
            // 取个模 防止sweepAngle爆表
            sweepAngle %= 360;
            Log.d("guolong", "auto , sweepAngle == " +sweepAngle);
            layoutChildren();
            postDelayed(this, 16);
        }
    };
  
    public StarGroupView(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        // ...省略已有代码
        postDelayed(autoScrollRunnable,100);
    }
}

这样就开始自动旋转了,调节AUTO_SWEEP_ANGLE的值 改变旋转速度

加入手势

老写法,先上代码

StarGroupView.java中增加


public class StarGroupView extends FrameLayout {

    //px转化为angle的比例  ps:一定要给设置一个转换,不然旋转的太欢了
    private static final float SCALE_PX_ANGLE = 0.2f;
  
  
    /**
     * 手势处理
     */
    private float downX = 0f;
    /**
     * 手指按下时的角度
     */
    private float downAngle = sweepAngle;
    /**
     * 速度追踪器
     */
    private VelocityTracker velocity = VelocityTracker.obtain();
    /**
     * 滑动结束后的动画
     */
    private ValueAnimator velocityAnim = new ValueAnimator();
  
    public StarGroupView(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        // ...
        initAnim();
    }

    private void initAnim() {
        velocityAnim.setDuration(1000);
        velocityAnim.setInterpolator(new DecelerateInterpolator());
        velocityAnim.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {
            @Override
            public void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {
                float value = (float) animation.getAnimatedValue();
                // 乘以SCALE_PX_ANGLE是因为如果不乘 转得太欢了
                sweepAngle += (value * SCALE_PX_ANGLE);
                layoutChildren();
            }
        });
    }
  
    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
        float x = event.getX();
        velocity.addMovement(event);
        switch (event.getAction()) {
            case MotionEvent.ACTION_DOWN:
                downX = x;
                downAngle = sweepAngle;

                // 取消动画和自动旋转
                velocityAnim.cancel();
                removeCallbacks(autoScrollRunnable);
                return true;
            case MotionEvent.ACTION_MOVE:
                float dx = downX - x ;
                sweepAngle = (dx * SCALE_PX_ANGLE + downAngle);
                layoutChildren();
                break;
            case MotionEvent.ACTION_UP:
                velocity.computeCurrentVelocity(16);
                // 速度为负值代表顺时针
                scrollByVelocity(velocity.getXVelocity());
                postDelayed(autoScrollRunnable, 16);
        }
        return super.onTouchEvent(event);
    }

    private void scrollByVelocity(float velocity) {
        float end;
        if (velocity < 0)
            end = -AUTO_SWEEP_ANGLE;
        else
            end = 0f;
        velocityAnim.setFloatValues(-velocity, end);
        velocityAnim.start();
    }
}

手势处理的代码比较简单,这里就不再赘述了,需要注意的是

1.ACTION_DOWN需返回true,不然收不到后续的ACTION_MOVE事件;

2.ACTION_DOWN时需要暂停动画和自动旋转

3.这里根据手指离开屏幕时的速度做Animator动画,当然你也可以用scroller实现。

4.第59行,我们给dx * SCALE_PX_ANGLE代表一个像素可以转换成SCALE_PX_ANGLE角度

最后,加上中间太阳旋转的动画

res/anim/sun_anim.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<set xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:shareInterpolator="true"
    android:interpolator="@android:interpolator/linear">
    <rotate
        android:duration="8000"
        android:fromDegrees="0"
        android:pivotX="50%"
        android:pivotY="50%"
        android:repeatCount="-1"
        android:toDegrees="360" />
</set>

Activity

public class LandActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        // ....省略部分代码

        View sunView = findViewById(R.id.sun_view);
        sunView.startAnimation((AnimationUtils.loadAnimation(this, R.anim.sun_anim)));
    }
}

最后的最后,我们可以给外部提供start和pause方法用来暂停和开始动画

public class StarGroupView extends FrameLayout {

    // 省略...
    public void pause() {
        velocityAnim.cancel();
        removeCallbacks(autoScrollRunnable);
    }

    public void start() {
        postDelayed(autoScrollRunnable, 16);
    }
}

最终不到算上注释260代码搞定!

最终效果

demo.gif

我把完整的Demo代码和星球效果代码放在github上了

点我下载

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