iOS核心动画(基础篇)

Core Animation相关内容基本介绍

此框架把屏幕上的内容组合起来，这个内容被分解成图层，放到图层树中，这个树形成了你能在应用程序看到的内容的基础

图层在iOS中就是CALayer类
当我们创建一个UIView类的时候就会同时创建这个类的layer属性。而UIView和CALayer分工明确。

UIView类确切的知道响应链，可以响应事件。
UIView封装了CALayer的部分功能。比如UIView中的frame、center属性对应CALayer中的frame、position。
UIView还封装了高级API使动画更简单。
UIView还具有自动排版、布局的功能

CALayer是UIView的内部实现细节，真正负责屏幕上的显示和动画。
CALayer的部分属性并没有被UIView暴露。比如：
~ 阴影、圆角、带颜色的边框
~ 3D变换（后面会讲到UIView只可以做仿射变换）
~ 透明遮罩

最好使用使用视图而不是单独的图层的原因之一有：视图可以进行自动布局，自适应屏幕的翻转。而图层是做不到这样的

对于何时使用CALayer。可以参考如下条件：

UIView提供的动画方案不能满足你的要求
需要使用 UIView没有暴露的CALayer的属性
使用CALayer的特定子类，提高应用性能（后面会讲到CAShaperLayer、CATiledLayer等等）

在讲解`Core Animation`之前需要先讲讲一些基础知识

1. iOS中使用的坐标系统：

点 —— @1、@2、@3分别代表每个点1个、2个、3个像素。是为了在retain设备和普通设备上有同样的显示效果
像素 —— UIImage可以指定点度量大小，是一种分辨率解决方案。而CGImage则会使用像素
单位 —— 类似于{0,0,1,1}。比如anchorPoint。是相对值，而不是绝对值。即使大小改变，也不用调整

2. CALayer设置`contents`属性

※ contentsGravity

※ contentsScale

※ contentsRect

※ contentsCenter

在开发中苹果建议在UIView中不要实现一个空的drawRect：方法。这是因为实现这个方法的View会生成一个寄宿图。这个寄宿图就是CALayer的contents属性。

contentsGravity 是控制内容在边界内如何对齐。对应UIView中的contentMode属性。可选的类型就是top、left、right、center、aspect、fill 等等。
contentsScale就是表明寄宿图图片的精度大小。1.0就是每个点绘制一个像素。2.0就是每个点绘制两个像素。就是retain屏幕。

tip：contentsGravity设置的选项是没有拉伸图片的话，这个属性的设置才会有显而易见的效果。

contentsRect使用的是单位坐标。指定一个矩形，范围外的图片会被裁剪。然后用矩形内的内容进行填充
contentsCenter使用的是单位坐标。定义了一个固定的边框和一个在图层上可拉伸的区域。

例如：设置为{0.25,0.25,0.5,0.5}，那么图层的四个边角的内容不变，而其他区域内容在图层大小（由contentsGravity决定）改变的时候就可拉伸。

3. 图层几何学

布局

frame代表了图层的外部坐标（在父图层上占用的空间），bounds是内部坐标，center和position代表了本图层的anchorPoint在父图层的位置

锚点anchorPoint使用的是单位坐标，默认值为{0.5,0.5}.

初始化frame为{0,0,100,100}，则position初始化为{0,0,50,50},如果改变anchorPoint的值为{0,0}，则图层左上角为锚点，左上角的点就在position的位置
frame的值和bounds、position和transform密切相关。改变其中一个值同时会改变其他的值。

当图层进行transform旋转之后，frame代表的区域是整个轴对齐的区域

--

坐标系

一个图层的position依赖于它的父图层的bounds。如果父图层发生移动，子图层也会跟着移动

scrollView就是通过改变view的bounds来实现内容滚动的效果

和UIView严格的二维坐标不同的是，CALayer存在于一个三维空间中。除了x轴和y轴，还有一个z轴的存在。有两个属性可以描述在z轴的位置zPosition和anchorPointZ

通过增加图层的zPosition，就可以把图层前置，到达小于它的zPosition值的图层的前面。

zPosition只能改变显示顺序，不能改变响应顺序。响应顺序还是按照addSubLayer的顺序

可能会用到的API

坐标系的转换：把一个图层坐标系下的点或矩形装换成另一个图层或坐标系的点

- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point fromLayer:(CALayer *)layer;

- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point toLayer:(CALayer *)layer;

- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect fromLayer:(CALayer *)layer;

- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect toLayer:(CALayer *)layer;

CALayer判断点的位置

//接受一个在本图层坐标系下的点，如果这个点在图层范围内就返回YES
- (BOOL)containsPoint:(CGPoint)p;

//返回能接收这个点的最远CALayer子代。如果这个点在最外面图层的范围之外，则返回nil
//如果设置了zPosition，返回的就不一定是最前方的Layer
- (CALayer *)hitTest:(CGPoint)p;

4. 视觉效果属性

× 圆角cornerRadius

只影响图层背景色
maskToBounds会依此属性截取
统一控制所有的角

× 图层边框borderColor、borderWidth

沿着图层bounds绘制，在所有子图层之前
跟随图层的bounds变化，而不是图层内容

× 阴影shadowOffset、shadowColor

shadowOffset 是CGSize类型的值。宽度控制横向的移动，高度控制纵向的移动

shadowRadius 属性控制着阴影的模糊度，数值越大越模糊和自然
shadowPath 是CGPathRef类型。单独于图层形状之外指定阴影的形状

与直接指定shadowPath 相比，图层的阴影根据图层内容动态计算阴影的形状。比较消耗性能

因为图层的阴影总是在图层范围外，所以直接使用maskToBounds的时候会把阴影给裁剪掉。
一、可以添加一个专门显示阴影的图层来得到maskToBounds + shadow的效果
二、指定shadowPath

× 图层蒙版mask属性 —— 是一个CALayer类型，定义了父图层的部分可见区域。

mask图层最重要的是它的轮廓，赋值了mask属性，就会按照mask图层的形状把父视图进行切割，保留mask图层内的父视图内容，舍弃图层外的父视图内容

× 拉伸过滤Filter —— 当图片需要显示不同大小的时候，拉伸过滤的算法就起到作用了。CALayer有三种过滤算法

kCAFilterLinear
kCAFilterNearest
kCAFilterTrilinear

默认的过滤算法为linear，trilinear比 linear能够更好的支持大图；对于比较小的图或者是差异特别明显，极少斜线的大图，使用Neareset可以呈现更好的效果。

× 组透明GroupOpacity——整个图层树有一个整体的透明效果还是进行透明度的混合叠加

iOS7之后默认为YES

× 光栅化shouldRasterize —— YES代表图层及其子图层会被整合成一个整体的图片

使用了shouldRasterize ,就要同步设置rasterizationScale来匹配屏幕

layer.rasterizationScale = [UIScreen mainScreen].scale;

5. 变换

→ 仿射变换affineTransform：

是`CGAffineTransform`类型。`Core Graphics`框架对象。提供如下函数创建：

CGAffineTransformMakeRotation(CGFloat angle)
CGAffineTransformMakeScale(CGFloat sx, CGFloat sy)
CGAffineTransformMakeTranslation(CGFloat tx, CGFloat ty)

使用如下函数，初始化生成一个什么都不做的变换，也就是创建一个CGAffineTransform类型的空值，矩阵论中称作单位矩阵

CGAffineTransformIdentity

混合两个已经存在的变换矩阵，使用如下方法，在两个变换的基础上创建一个新的变换：

CGAffineTransformConcat(CGAffineTransform t1, CGAffineTransform t2);

UIView可以通过transform属性做变换，对应CALayer的affineTransform属性

tip：旋转常量M_PI是一个弧度单位。弧度用数学常量pi的倍数表示。可以用以下公式进行弧度角度换算
```
#define DEGREES_TO_RADIANS(x) ((x)/180.0 *M_PI)
```
这里要注意的是：旋转的时候会寻找最短路径进行旋转。比如弧度大于pi，就会逆时针旋转

混合变换 —— 使用以下函数可以在一个变换的基础上做更深层次的变换

CGAffineTransformRotate(CGAffineTransform t, CGFloat angle)
CGAffineTransformScale(CGAffineTransform t, CGFloat sx, CGFloat sy)
CGAffineTransformTranslate(CGAffineTransform t, CGFloat tx, CGFloat ty)

注意：变换的顺序很重要，先旋转再平移和先平移再旋转的结果是不同的

→ 3D变换transform3D

CALayer的transform属性是CATransform3D类型，是一个4x4的矩阵，声明如下

struct CATransform3D
{
  CGFloat m11, m12, m13, m14;
  CGFloat m21, m22, m23, m24;
  CGFloat m31, m32, m33, m34;
  CGFloat m41, m42, m43, m44;
};

提供的创建函数

看起来和affineTransform类似，但是平移和缩放多了一个 z 参数，旋转除了弧度参数，还多了x、y、z 三个参数，分别代表每个方向轴的旋转
```
CATransform3DMakeRotation(CGFloat angle, CGFloat x, CGFloat y, CGFloat z)
CATransform3DMakeScale(CGFloat sx, CGFloat sy, CGFloat sz) 
CATransform3DMakeTranslation(Gloat tx, CGFloat ty, CGFloat tz)
```
z轴和x轴、y轴分别垂直，指向手机用户为正方向.绕z轴的旋转就等同于二维的仿射旋转，绕x轴和y轴的旋转就突破了二维的空间。
scale中的参数如果为负数先按轴翻转再进行缩放
接下来就说说怎么在应用显示拟真的3D效果
透视投影

为了修正视图的远近不同的缩放比例，我们引入投影变换。通过修改矩阵中的m34元素控制

m34的默认值是0，我们可以通过设置m34为-1.0 / d来应用透视效果，d代表了想象中视角相机和屏幕之间的距离，以像素为单位。不需要计算，只需要估算一个就好了。通常500-1000就很好了。

减少距离的值会增强透视效果，而一个非常大的值会让它基本失去透视效果

绕y轴旋转45度并添加透视投影效果

当视图远离观察者的时候物体会变小变远,当远离到一定距离的时候,就缩成了一个点,于是视角内的所有物体都汇聚消失在了同一个点。

接下来就说说关于这个点的事
灭点

在现实中,这个点通常是物体的中点,为了在应用中创建拟真效果 ,这个点应该是屏幕中点,或者至少是所有3D对象的中心点

CAAnimation定义了这个点在变换图层的anchorPoint（通常位于图层中心，但也有例外），当图层发生变换的时候，这个点永远是变换之前的anchorPoint位置

改变position就改变了图层的anchorPoint，所以为了让所有3D视图共用一个灭点，可以先把视图放在屏幕中央，然后通过变换移动到指定位置

幸运的是，苹果已经帮助我们把上面这个比较繁琐的事情封装了
sublayerTransform属性

是一个CATransform3D类型。它影响到全部子图层。如此我们可以统一设置子图层的透视变换和共享灭点。
其他关于3D的属性

当把视图绕着Y轴旋转180度，我们就可以看到视图的背面。绘制的就是视图的镜像。可以通过doubleSided设置是否绘制视图背面。

扁平化图层：
- [ ] 1.绕Z轴旋转的两个图层做相反的旋转操作，第二个图层做的旋转会被第一个图层旋转抵消。
- [ ] 2.而绕X轴和Y轴旋转的不同图层做相反的旋转操作并不会相互抵消。
原因是尽管Core Animation图层存在于3D空间之内，但它们并不都存在同一个3D空间。每个图层的3D场景其实是扁平化的，当你从正面观察一个图层，看到的实际上由子图层创建的想象出来的3D场景

至少当你用正常的CALayer的时候是这样，CALayer有一个叫做CATransformLayer的子类可以解决这个问题

→ 固体对象

在应用中创建一个正方体，具体代码

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