相信大家都已经对SwiftUI有了基本的了解,在SwiftUI写动画,相对来说变得更加简单了,接下来,会用3篇文章,带领大家一览SwiftUI动画的魅力。
1. 显式和隐式动画
在SwiftUI中有两种类型的动画,显式和隐式。
隐式动画指的就是用animation()
modifier的view,当该view的可动画的参数变化的时候,系统会自动进行动画,这些所谓的可动画的参数包括size
,offset
,color
,scale
等等。
显式动画指的是withAnimation { ... }
闭包中指定的参数,所有依赖这些参数的view,都会执行动画。
我们先看个例子,下边的动画使用了隐式动画:
代码如下:
struct Example1: View {
@State private var half = false
@State private var dim = false
var body: some View {
Image("tower")
.scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0)
.opacity(dim ? 0.2 : 1.0)
.animation(.easeInOut(duration: 1.0))
.onTapGesture {
self.dim.toggle()
self.half.toggle()
}
}
}
从上边的代码中,我们可以看出动画依赖half
,dim
这2个参数,我们并没有直接告诉view这2个参数要动画,系统会自动把旧值到新值的变化做动画。
我们把代码做一点简单的改变:
struct Example2: View {
@State private var half = false
@State private var dim = false
var body: some View {
Image("tower")
.scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0)
.opacity(dim ? 0.5 : 1.0)
.onTapGesture {
self.half.toggle()
withAnimation(.easeInOut(duration: 1.0)) {
self.dim.toggle()
}
}
}
}
我们去掉了.animation(.easeInOut(duration: 1.0))
,新增了withAnimation
闭包,我们把self.dim.toggle()
放到闭包中,这就是显式的告诉系统,view的透明度要执行xxx动画,所有依赖dim
参数的view,在dim改变的时候,都会执行动画,效果如下:
仔细看上图的动画过程,就会发现,只有透明度指定了动画,缩放并没有执行动画,这就说明,我们显式的告诉系统dim
需要动画,它就只为dim
执行动画,非常的听话。
此时此刻,我有一个问题,我用隐式动画如何实现上边这种动画呢?也非常简单,先看代码:
struct Example2: View {
@State private var half = false
@State private var dim = false
var body: some View {
Image("tower")
.opacity(dim ? 0.2 : 1.0)
.animation(.easeInOut(duration: 1.0))
.scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0)
.onTapGesture {
self.dim.toggle()
self.half.toggle()
}
}
}
当animation
modifier作用于view时,他的顺序时很重要的,在上边的代码中,它只对它前边的内容生效,当然这个顺序我们其实时可以任意调整的,我们要想使用隐式动画禁用某些动画时,只需要.animation(nil)
就行了。
struct Example2: View {
@State private var half = false
@State private var dim = false
var body: some View {
Image("tower")
.opacity(dim ? 0.2 : 1.0)
.animation(nil)
.scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0)
.animation(.easeInOut(duration: 1.0))
.onTapGesture {
self.dim.toggle()
self.half.toggle()
}
}
}
2.How Do Animations Work
SwiftUI动画背后的原理在于Animatable
协议,它要求我们实现一个计算属性animatableData
,该属性遵守VectorArithmetic
协议,VectorArithmetic
的目的是让系统可以在需要变化的动画数据中间插入很多值,这些值的计算依赖动画的时间函数。
本质上,在SwiftUI中执行动画,就是系统渲染View很多次,每一次渲染,都改变一点点参数,当然,这个参数指的是需要动画的原值到终值。
举个例子,如果我们线性的把透明度从0.3改成0.8,由于0.3是Double
类型,实现了VectorArithmetic
协议,因此系统可以在0.3到0.8之间插入很对中间的值,这些值的计算依赖时间函数和动画时长。在本例中,它是线性的,系统在插值的时候的算法类似于下边的代码:
let from:Double = 0.3
let to:Double = 0.8
for i in 0..<6 {
let pct = Double(i) / 5
var difference = to - from
difference.scale(by: pct)
let currentOpacity = from + difference
print("currentOpacity = \(currentOpacity)")
}
currentOpacity = 0.3
currentOpacity = 0.4
currentOpacity = 0.5
currentOpacity = 0.6
currentOpacity = 0.7
currentOpacity = 0.8
本质上,系统会为这些插入的值,都生成一个View,在duration的时间内把这些Views,播放出来,这就是我们看到的动画效果。
关于时间函数,我们用下边的这张图来举例, 这是一个图片的scale,也就是缩放效果,可以看到,不同的函数下,系统插入的值不同,根据插入值计算缩放后的图片也是不同的。
3. Why Do I Care About Animatable?
那么为什么我们需要如此关注Animatable
这个协议呢? 像opacity,scale,这些系统自动会执行动画,完全不需要我们关心。
是的,像这些基本的效果,系统是知道该如何做动画的,但在平时的开发中,我们要做的动画往往不是这么简单,比如说,path的变换,渐变色的切换等等,这些例子会在后续的文章中都介绍到,其最核心的思想就是animatableData
。大家继续阅读就是了。
4. Animating Shape Paths
这一小节,我们要做的事情就是利用Animatable
来实现正多边形的绘制,类似下边这样:
上图中,只展示了正三边形和正四边形的例子,我们马上就会把它扩展到随意n边形。
在开始撸码之前,我们先简单介绍下实现该功能需要的一点三角函数的知识,我不会在这里做详细的介绍,更详细的可以点击这里。
有一个基本定理,在一个圆中,我们可以画出任何n正边形,这一点很重要,在画正边形之前,我们需要先确定该正边形外圆的半径,如下图:
有了这个基本概念后,我们就可以动手来实现了:
- 圆点的位置我们已经知道,通常是图形的中心点
- 半径很好计算,我们要绘制正边形的背景通常是正方形或者长方形,因此取最短边的一半作为半径比较合适
- 正边形各个定点到圆点形成的夹角很好计算
有点圆点,夹角,半径,我们就能够确定每个定点的point,因此就能轻松画出正多边形的path。我们这些例子中的第一个顶点在圆心的正右方,并不是上图中对应的位置。
我们把上边的思想写成代码,如下:
struct PolygonShape: Shape {
var sides: Int
func path(in rect: CGRect) -> Path {
// hypotenuse
let h = Double(min(rect.size.width, rect.size.height)) / 2.0
// center
let c = CGPoint(x: rect.size.width / 2.0, y: rect.size.height / 2.0)
var path = Path()
for i in 0..<sides {
let angle = (Double(i) * (360.0 / Double(sides))) * Double.pi / 180
// Calculate vertex position
let pt = CGPoint(x: c.x + CGFloat(cos(angle) * h), y: c.y + CGFloat(sin(angle) * h))
if i == 0 {
path.move(to: pt) // move to first vertex
} else {
path.addLine(to: pt) // draw line to next vertex
}
}
path.closeSubpath()
return path
}
}
现在大家应该能够清楚的理解上边代码的实现方式了吧?用起来也很简单:
PolygonShape(sides: isSquare ? 4 : 3)
.stroke(Color.blue, lineWidth: 3)
.animation(.easeInOut(duration: duration))
当我们改变siders
的时候,你以为这么简单就能指定动画了? 还是太年轻了,实际效果为:
原因很简单,系统不知道它该如何动画?它只知道在siders
改变的时候,重新绘制图形,为了解决这个问题,我们需要做2件事情:
- 需要把
Int
类型的siders
改成Double
类型,这样才能在其值改变的时候,往中间插入很多值 - 通过
animatableData
告诉系统哪些值需要插值
幸运的是,Shape
已经遵守了Animatable
协议,因此,代码如下:
struct PolygonShape: Shape {
var sides: Double
var animatableData: Double {
get { return sides }
set { sides = newValue }
}
...
}
那么问题又来了,假设我们siders
从3变为4,系统把siders
分割成3.1, 3.2, 3.3... 3.9,4.0,这个时候我们应该如何根据这些数值来画路径呢?
看下核心代码:
func path(in rect: CGRect) -> Path {
// hypotenuse
let h = Double(min(rect.size.width, rect.size.height)) / 2.0
// center
let c = CGPoint(x: rect.size.width / 2.0, y: rect.size.height / 2.0)
var path = Path()
let extra: Int = Double(sides) != Double(Int(sides)) ? 1 : 0
for i in 0..<Int(sides) + extra {
let angle = (Double(i) * (360.0 / Double(sides))) * Double.pi / 180
// Calculate vertex
let pt = CGPoint(x: c.x + CGFloat(cos(angle) * h), y: c.y + CGFloat(sin(angle) * h))
if i == 0 {
path.move(to: pt) // move to first vertex
} else {
path.addLine(to: pt) // draw line to next vertex
}
}
path.closeSubpath()
return path
}
let extra: Int = Double(sides) != Double(Int(sides)) ? 1 : 0
这行代码保证了像3.4这样大于3的数能够画出4个顶点。
for i in 0..<Int(sides) + extra
这里的循环,循环多少次就会产生多少的顶点,这一点很重要。
let angle = (Double(i) * (360.0 / Double(sides))) * Double.pi / 180
,不管siders
是多少,(360.0 / Double(sides))
都是相同的值,也就是说,每次遍历旋转的角度是相同的。
SwiftUI角度旋转是顺时针方向的,水平x轴为0度。我们看下边几个截图:
上边这张图是siders等于3.2的时候,绘制的路径,我们在该图的基础上添加一些说明:
绘图的顺序为1 > 2 > 3 > 4, 角1,角2, 角3是相同的,绘制这个图,for循环了4次,大家仔细想想,这里 角1,角2, 角3相加不等于360度是正常的。
很明显,假设当siders增大一点到3.4的时候,由于(360.0 / Double(sides))
的原因,这时候角1,角2, 角3会变小一些,正好1和4之间的线段会增长一点。如下图:
好了,我们已经分析的很详细了,大家如果还有不明白的地方,可以留言。只需要增加一点点代码就能动起来了“
struct Example1PolygonShape: Shape {
var sides: Double
var animatableData: Double {
get { return sides }
set { sides = newValue }
}
func path(in rect: CGRect) -> Path {
...
}
}
我们在上边的基础上再扩展一点东西出来,如果我想同时执行2种动画,那该如何呢? 其实非常简单。animatableData
只要求set和get实现了VectorArithmetic
协议的值就行,我们上边用到的Double
就实现了,如果我们两同时执行2种动画,我们需要使用AnimatablePair<First, Second>
.
很明显,它封装了2个参数,我们的代码就会变成这样:
struct PolygonShape: Shape {
var sides: Double
var scale: Double
var animatableData: AnimatablePair<Double, Double> {
get { AnimatablePair(sides, scale) }
set {
sides = newValue.first
scale = newValue.second
}
}
...
}
绘制路径的方法也只需要改一点点就可以了,利用scale
计算半径:
func path(in rect: CGRect) -> Path {
let h = Double(min(rect.size.width, rect.size.height) / 2.0) * scale
...
}
如此简单,再看下效果:
也许你现在有了一个新的疑问,如果我们同时执行超过两个动画,应该怎么办? 答案也同样很简单,
AnimatablePair<AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>, AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>>
基于此方法,可以引申到n个值,在系统中CGPoint
,CGSize和
和CGRect
都可以执行动画,是因为他们都实现了Animatable
协议。
extension CGPoint : Animatable {
public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>
public var animatableData: CGPoint.AnimatableData
}
extension CGSize : Animatable {
public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>
public var animatableData: CGSize.AnimatableData
}
extension CGRect : Animatable {
public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGPoint.AnimatableData, CGSize.AnimatableData>
public var animatableData: CGRect.AnimatableData
}
在这一小节的最后,我们再看一个更加酷炫的效果:
实现上边的的效果也很简单就是用上边的方法绘制完图形后,再让每个顶点分别同别的顶点连线,核心代码为函数drawVertexLines
。代码如下:
func path(in rect: CGRect) -> Path {
...
drawVertexLines(path: &path, vertexs: vertex, n: 0)
return path
}
func drawVertexLines(path: inout Path, vertexs: [CGPoint], n: Int) {
if vertexs.count - n < 3 {
return
}
for i in (n+2)..<min(n + vertexs.count - 1, vertexs.count) {
path.move(to: vertexs[n])
path.addLine(to: vertexs[i])
}
drawVertexLines(path: &path, vertexs: vertexs, n: n+1)
}
5.Making Your Own Type Animatable (with VectorArithmetic)
在上边的这些小节中,我们都使用了SwiftUI系统提供的数据结构,大部分情况下这些结构足矣,但我们还想在此基础之上,做出一些更加复杂的东西。
举个例子,我们们想使用我们自定义的struct来做动画,只要讲到动画,就离不开一个值从某一个值到另一个值的变化,我们这个例子就是时钟的一个动画,先看下最后的效果:
要想描述某一刻的时间,我们需要3个属性,时,分,秒,因此我们需要把它们封装到一个结构体中,当需要切换时间的时候,直接在变化的两个结构体中间插值。
小提示:Angle
, CGPoint
, CGRect
, CGSize
, EdgeInsets
, StrokeStyle
和 UnitPoint
,这些都实现了Animatable
协议,AnimatablePair
, CGFloat
, Double
, EmptyAnimatableData
和 Float
,这些都实现了VectorArithmetic
协议。
我们先写ClockTime
结构体,代码如下:
struct ClockTime {
var hours: Int
var minutes: Int
var seconds: Double
init(_ h: Int, _ m: Int, _ s: Double) {
self.hours = h
self.minutes = m
self.seconds = s
}
init(_ seconds: Double) {
let hours = Int(seconds) / 3600
let minutes = (Int(seconds) - (hours * 3600)) / 60
let seconds = seconds - Double(hours * 3600) - Double(minutes * 60)
self.hours = hours
self.minutes = minutes
self.seconds = seconds
}
func asSeconds() -> Double {
return Double(self.hours * 3600) + Double(self.minutes * 60) + self.seconds
}
func asString() -> String {
return String(format: "%2i", self.hours) +
" : " +
String(format: "%02i", self.minutes) +
" : " +
String(format: "%02.0f", self.seconds)
}
}
这里的代码非常简单,就是初始化和一些函数,大家应该能够理解,如果要对ClockTime
做加减法,其实都是对两个时间的总秒数做加减法。
我们让ClockTime
实现VectorArithmetic
协议:
extension ClockTime: VectorArithmetic {
static func - (lhs: ClockTime, rhs: ClockTime) -> ClockTime {
return ClockTime(lhs.asSeconds() - rhs.asSeconds())
}
static func + (lhs: ClockTime, rhs: ClockTime) -> ClockTime {
return ClockTime(lhs.asSeconds() + rhs.asSeconds())
}
mutating func scale(by rhs: Double) {
var s = Double(self.asSeconds())
s.scale(by: rhs)
let time = ClockTime(s)
self.hours = time.hours
self.minutes = time.minutes
self.seconds = time.seconds
}
var magnitudeSquared: Double {
1
}
static var zero: ClockTime {
ClockTime(0, 0, 0)
}
}
其实,类似上边的代码,基本上算是固定写法,但可以发现一些新的想法,SwiftUI系统内部在做插值的时候,会用到VectorArithmetic
协议中的方法。
关于图形绘制方面,还是上边的那一套,代码如下:
struct ClockShape: Shape {
var time: ClockTime
var animatableData: ClockTime {
get {
time
}
set {
time = newValue
}
}
func path(in rect: CGRect) -> Path {
var path = Path()
let radius = min(rect.size.width / 2.0, rect.size.height / 2.0)
let center = CGPoint(x: rect.size.width / 2.0, y: rect.size.height / 2.0)
let hHypotenuse = Double(radius) * 0.5
let mHypotenuse = Double(radius) * 0.6
let sHypotenuse = Double(radius) * 0.8
let hAngle: Angle = .degrees(Double(time.hours) / 12 * 360 - 90)
let mAngle: Angle = .degrees(Double(time.minutes) / 60 * 360 - 90)
let sAngle: Angle = .degrees(Double(time.seconds) / 60 * 360 - 90)
let hoursNeedle = CGPoint(x: center.x + CGFloat(hHypotenuse * cos(hAngle.radians)), y: center.y + CGFloat(hHypotenuse * sin(hAngle.radians)))
let minutesNeedle = CGPoint(x: center.x + CGFloat(mHypotenuse * cos(mAngle.radians)), y: center.y + CGFloat(mHypotenuse * sin(mAngle.radians)))
let secondsNeedle = CGPoint(x: center.x + CGFloat(sHypotenuse * cos(sAngle.radians)), y: center.y + CGFloat(sHypotenuse * sin(sAngle.radians)))
/// 画圆
path.addArc(center: center, radius: radius,
startAngle: .degrees(0), endAngle: .degrees(360),
clockwise: true)
/// 表盘刻度
let numberLength: CGFloat = 5.0
let numberPadding: CGFloat = 12.0
let centerToNumber: CGFloat = radius - numberLength - numberPadding
for i in 0..<12 {
let angle: Angle = .degrees(360.0 / 12.0 * Double(i))
let inPt = CGPoint(x: center.x + centerToNumber * CGFloat(cos(angle.radians)), y: center.y - centerToNumber * CGFloat(sin(angle.radians)))
let outPt = CGPoint(x: center.x + (centerToNumber + numberLength) * CGFloat(cos(angle.radians)), y: center.y - (centerToNumber + numberLength) * CGFloat(sin(angle.radians)))
path.move(to: inPt)
path.addLine(to: outPt)
}
/// 时针
path.move(to: center)
path.addLine(to: hoursNeedle)
path = path.strokedPath(StrokeStyle(lineWidth: 3, lineCap: .round))
/// 分针
path.move(to: center)
path.addLine(to: minutesNeedle)
path = path.strokedPath(StrokeStyle(lineWidth: 3, lineCap: .round))
/// 秒针
path.move(to: center)
path.addLine(to: secondsNeedle)
path = path.strokedPath(StrokeStyle(lineWidth: 1, lineCap: .round))
return path
}
}
6.SwiftUI + Metal
如果我们想在SwiftUI中实现特别复杂的动画,并在真机上运行,可能会发现,动画不一定那么流畅,这种情况比较适合开启Metal,开启Metal非常简单,代码如下:
FlowerView().drawingGroup()
According to WWDC 2019, Session 237 (Building Custom Views with SwiftUI): A drawing group is a special way of rendering but only for things like graphics. It will basically flatten the SwiftUI view into a single NSView/UIView and render it with metal. Jump the WWDC video to 37:27 for a little more detail.
可以看下上图的效果,开启了Metal后流畅了很多。至于代码,我们这里就不粘贴了,大家可以去原作者网站去看,上图中整个图形是旋转的,但是花瓣并没有做额外的旋转,而是控制了绘制花瓣的宽度来实现的,这有助于大家理解代码。
总结
SwiftUI动画的本质就是插值,凡是实现了Animatable
协议的对象,系统就知道如何执行动画,这是一个核心思想。
*注:上边的内容参考了网站https://swiftui-lab.com/swiftui-animations-part1/,如有侵权,立即删除。