使用css3实现动画来开启GPU加速

参考文章:
https://www.w3cplus.com/css3/introduction-to-hardware-acceleration-css-animations.html
http://blog.csdn.net/hsany330/article/details/50925260

用CSS3动画替代JS模拟动画的好处:

  1. 不占用JS主线程;

  2. 可以利用硬件加速;

  3. 浏览器可对动画做优化(元素不可见时不动画减少对FPS影响)

下面让我们来看一个动画效果,在该动画中包含了几个堆叠在一起的球并让它们沿相同路径移动。最简单的方式就是实时调整它们的 lefttop 属性。我们可以使用JavaScript,但我们将使用CSS动画来替代。请注意,文中的示例不带任何前缀,示例中使用了Autoprefixer来确保完整的兼容性。

.ball-running {
  animation: run-around 4s infinite;
}

@keyframes run-around {
  0%: {
    top: 0;
    left: 0;
  }

  25% {
    top: 0;
    left: 200px;
  }

  50% {
    top: 200px;
    left: 200px;
  }

  75% {
    top: 200px;
    left: 0;
  }
}

这里有一个动画按例,点击按钮启动一个JavaScript动画:

点击“Start Animation”按钮之后,你会隐约感觉到动画并不是那么流畅,即使使用电脑上的浏览器也会有些卡顿,更不要提在移动端达到 60fps 的流畅效果了。为了解决这个问题,我们可以使用 CSS transform 中的 translate() 来替代 topleft

.ball-running {
  animation: run-around 4s infinite;
}

@keyframes run-around {
  0%: {
    transform: translate(0, 0);
  }

  25% {
    transform: translate(200px, 0);
  }

  50% {
    transform: translate(200px, 200px);
  }

  75% {
    transform: translate(0, 200px);
  }
}

现在动画看起来流畅多了。这是为什么呢?这是因为 transform 属性不会触发浏览器的 repaint,而 lefttop 则会一直触发 repaint,下图是从 chrome 开发者工具的 timeline 面板监测到的数据:

CSS动画之硬件加速

上图数据中的绿色条纹表示的就是使用 topleft 实现动画时浏览器发生的 repaint 操作,从中可以看出动画帧数远低于 60 帧。

下图是使用CSS transform 检测到的数据:

CSS动画之硬件加速

如你所见,动画演示期间并没有过多的 repaint 操作。

从 chrome 的开发者工具按 ESC 之后选择 “rendering” 面板,我们可以通过选中“Enable piant flashing”来进一步监测 repaint 操作。开启该选项后,页面中的 repaint 区域就会被绿色蒙版高亮显示出来。重新使用 topleft 的示例演示的话,你会发现包裹球的那块区域会一直闪烁绿色的蒙版。

CSS动画之硬件加速

另一方面,在使用 transform的示例中,绿色蒙版只会在动画开始和结束的时候出现。

那么,为什么 transform 没有触发 repaint 呢?简而言之,transform 动画由GPU控制,支持硬件加速,并不需要软件方面的渲染。

浏览器接收到页面文档后,会将文档中的标记语言解析为DOM树。DOM树和CSS结合后形成浏览器构建页面的渲染树。渲染树中包含了大量的渲染元素,每一个渲染元素会被分到一个图层中,每个图层又会被加载到GPU形成渲染纹理,而图层在GPU中 transform 是不会触发 repaint 的,这一点非常类似3D绘图功能,最终这些使用 transform 的图层都会由独立的合成器进程进行处理

在我们的示例中,CSS transform 创建了一个新的复合图层,可以被GPU直接用来执行 transform 操作。在chrome开发者工具中开启“show layer borders”选项后,每个复合图层就会显示一条黄色的边界:

示例中的球就处于一个独立的复合图层,移动时的变化也是独立的:

CSS动画之硬件加速

此时,你也许会问:浏览器什么时候会创建一个独立的复合图层呢?事实上一般是在以下几种情况下:

  • 3D 或者 CSS transform
  • <video><canvas> 标签
  • CSS filters
  • 元素覆盖时,比如使用了 z-index 属性

等一下,上面的示例使用的是 2D transition 而不是 3D 的 transforms 啊?这个说法没错,所以在timeline中我们可以看到:动画开始和结束的时候发生了两次 repaint 操作。

CSS动画之硬件加速

3D 和 2D transform 的区别就在于,浏览器在页面渲染前为3D动画创建独立的复合图层,而在运行期间为2D动画创建。动画开始时,生成新的复合图层并加载为GPU的纹理用于初始化 repaint。然后由GPU的复合器操纵整个动画的执行。最后当动画结束时,再次执行 repaint 操作删除复合图层。

使用 GPU 渲染元素

并不是所有的CSS属性都能触发GPU的硬件加速,实际上只有少数属性可以,比如下面的这些:

  • transform
  • opacity
  • filter

强制使用GPU渲染

为了避免 2D transform 动画在开始和结束时发生的 repaint 操作,我们可以硬编码一些样式来解决这个问题:

.example1 {
  transform: translateZ(0);
}

.example2 {
  transform: rotateZ(360deg);
}

这段代码的作用就是让浏览器执行 3D transform。浏览器通过该样式创建了一个独立图层,图层中的动画则有GPU进行预处理并且触发了硬件加速。

开启GPU硬件加速可能触发的问题:

通过-webkit-transform:transition3d/translateZ开启GPU硬件加速之后,有些时候可能会导致浏览器频繁闪烁或抖动,可以尝试以下办法解决之:

-webkit-backface-visibility:hidden;
-webkit-perspective:1000;

如何监测动画帧速率

推荐两种实时监测网页渲染帧速率的方法:

1.Chrome的DevTool中TimeLine的Frame模块

2.地址栏输入”chrome:flags”搜索”fps”,将”FPS计数器”开启,浏览器重启后右上角会实时显示帧速率。

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