iOS － Core Animation(核心动画)

Posted 2020-09-19 公羽寒

 

Core Animation，中文翻译为核心动画，它是一组非常强大的动画处理API，使用它能做出非常炫丽的动画效果，而且往往是事半功倍。也就是说，使用少量的代码就可以实现非常强大的功能。
Core Animation可以用在Mac OS X和ios平台。
Core Animation的动画执行过程都是在后台操作的，不会阻塞主线程。
要注意的是，Core Animation是直接作用在CALayer上的，并非UIView。

CALayer与UIView的关系

在iOS中，你能看得见摸得着的东西基本上都是UIView，比如一个按钮、一个文本标签、一个文本输入框、一个图标等等，这些都是UIView。

其实UIView之所以能显示在屏幕上，完全是因为它内部的一个图层：

在创建UIView对象时，UIView内部会自动创建一个图层(即CALayer对象)，通过UIView的layer属性可以访问这个层。

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

当UIView需要显示到屏幕上时，会调用drawRect:方法进行绘图，并且会将所有内容绘制在自己的图层上，绘图完毕后，系统会将图层拷贝到屏幕上，于是就完成了UIView的显示。

换句话说，UIView本身不具备显示的功能，是它内部的层才有显示功能。

因此，通过调节CALayer对象，可以很方便的调整UIView的一些外观属性。

CALayer的基本属性

宽度和高度：

@property CGRect bounds;

位置(默认指中点，具体由anchorPoint决定)：

@property CGPoint position;

锚点(x,y的范围都是0-1)，决定了position的含义：

@property CGPoint anchorPoint;

背景颜色(CGColorRef类型)：

@property CGColorRef backgroundColor;

形变属性：

@property CATransform3D transform;

position和anchorPoint的作用

@property CGPoint position;：

用来设置CALayer在父层中的位置
以父层的左上角为原点(0, 0)

@property CGPoint anchorPoint;：

称为“定位点”、“锚点”，
决定着CALayer身上的哪个点会在position属性所指的位置。
以自己的左上角为原点(0, 0)，
它的x、y取值范围都是0~1，默认值为中心点（0.5, 0.5）

anchorPoint和position的关系举例：

假如锚点anchorPoint为默认值即中点（0.5，0.5），而该层的position设置为（0，0）即为父层的左上点，那么该层在父层中只会看到四分之一的部分。

anchorPoint和position

隐式动画

根层与非根层：

• 每一个UIView内部都默认关联着一个CALayer，我们可用称这个Layer为Root Layer（根层）

• 所有的非Root Layer，也就是手动创建的CALayer对象，都存在着隐式动画

当对非Root Layer的部分属性进行修改时，默认会自动产生一些动画效果，而这些属性称为Animatable Properties(可动画属性)。

常见的几个可动画属性：

• bounds：用于设置CALayer的宽度和高度。修改这个属性会产生缩放动画
• backgroundColor：用于设置CALayer的背景色。修改这个属性会产生背景色的渐变动画
• position：用于设置CALayer的位置。修改这个属性会产生平移动画

可以通过事务关闭隐式动画：

[CATransaction begin];
// 关闭隐式动画
[CATransaction setDisableActions:YES];

self.myview.layer.position = CGPointMake(10, 10);

[CATransaction commit];

UIView和CALayer的选择

通过CALayer，就能做出跟UIImageView一样的界面效果。

既然CALayer和UIView都能实现相同的显示效果，那究竟该选择谁好呢？

其实，对比CALayer，UIView多了一个事件处理的功能。也就是说，CALayer不能处理用户的触摸事件，而UIView可以
所以，如果显示出来的东西需要跟用户进行交互的话，用UIView；如果不需要跟用户进行交互，用UIView或者CALayer都可以。当然，CALayer的性能会高一些，因为它少了事件处理的功能，更加轻量级。

为什么CALayer不能直接使用UIColor，UIImage？

layer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;

首先，CALayer是定义在QuartzCore框架中的，CGImageRef、CGColorRef两种数据类型是定义在CoreGraphics框架中的
，而UIColor和UIImage是定义在UIKit框架中的。

其次，QuartzCore框架和CoreGraphics框架是可以跨平台使用的，在iOS和Mac OS X上都能使用
但是UIKit只能在iOS中使用。

所以，为了保证可移植性，QuartzCore不能使用UIImage、UIColor，只能使用CGImageRef、CGColorRef。

如果不是xcode5之后的版本，使用它需要先添加QuartzCore.framework和引入对应的框架QuartzCore/QuartzCore.h。

Core Animation结构

继承关系

其中灰色虚线表示继承关系，红色表示遵守协议。

核心动画中所有类都遵守CAMediaTiming协议。
CAAnaimation是个抽象类，不具备动画效果，必须用它的子类才有动画效果。

CAAnimationGroup和CATransition才有动画效果，CAAnimationGroup是个动画组，可以同时进行缩放，旋转（同时进行多个动画）。

CATransition是转场动画，界面之间跳转（切换）都可以用转场动画。

CAPropertyAnimation也是个抽象类，本身不具备动画效果，只有子类才有。

CABasicAnimation和CAKeyframeAnimation：
CABasicAnimation基本动画，做一些简单效果。
CAKeyframeAnimation帧动画，做一些连续的流畅的动画。

基本使用

以基本动画为例:

• 先要有CALayer图层。
• 初始化一个CABasicAnimation对象，给对象设置相关的属性。
• 将基本动画对象添加到CALayer对象中就可以开始动画了。

CALayer *layer = [CALayer layer];
...
CABasicAnimation *animation = [CABasicAnimation animation];

anmation.keyPath = @"transform.scale";
anmation.toValue = @0;

[layer addAnimation:animation forKey:nil];

CAAnimation——简介

是所有动画对象的父类，负责控制动画的持续时间和速度，是个抽象类，不能直接使用，应该使用它具体的子类。

基本属性说明：

属性	说明
duration	动画的持续时间
repeatCount	重复次数，无限循环可以设置HUGE_VALF或者MAXFLOAT
repeatDuration	重复时间
removedOnCompletion	默认为YES，代表动画执行完毕后就从图层上移除，图形会恢复到动画执行前的状态。如果想让图层保持显示动画执行后的状态，那就设置为NO，不过还要设置fillMode为kCAFillModeForwards
fillMode	决定当前对象在非active时间段的行为。比如动画开始之前或者动画结束之
beginTime	可以用来设置动画延迟执行时间，若想延迟2s，就设置为CACurrentMediaTime()+2，CACurrentMediaTime()为图层的当前时间
timingFunction	速度控制函数，控制动画运行的节奏
delegate	动画代理

fillMode属性的设置：

• kCAFillModeRemoved 这个是默认值，也就是说当动画开始前和动画结束后，动画对layer都没有影响，动画结束后，layer会恢复到之前的状态

• kCAFillModeForwards 当动画结束后，layer会一直保持着动画最后的状态

• kCAFillModeBackwards 在动画开始前，只需要将动画加入了一个layer，layer便立即进入动画的初始状态并等待动画开始。

• kCAFillModeBoth 这个其实就是上面两个的合成.动画加入后开始之前，layer便处于动画初始状态，动画结束后layer保持动画最后的状态

速度控制函数(CAMediaTimingFunction)：

• kCAMediaTimingFunctionLinear（线性）：匀速，给你一个相对静态的感觉

• kCAMediaTimingFunctionEaseIn（渐进）：动画缓慢进入，然后加速离开

• kCAMediaTimingFunctionEaseOut（渐出）：动画全速进入，然后减速的到达目的地

• kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut（渐进渐出）：动画缓慢的进入，中间加速，然后减速的到达目的地。这个是默认的动画行为。

CAAnimation在分类中定义了代理方法

@interface NSObject (CAAnimationDelegate)

/* Called when the animation begins its active duration. */
// 动画开始时调用
- (void)animationDidStart:(CAAnimation *)anim;

/* Called when the animation either completes its active duration or
 * is removed from the object it is attached to (i.e. the layer). ‘flag‘
 * is true if the animation reached the end of its active duration
 * without being removed. */
// 动画结束后调用
- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag;

@end

CALayer上动画的暂停和恢复

#pragma mark 暂停CALayer的动画
-(void)pauseLayer:(CALayer*)layer
{
    CFTimeInterval pausedTime = [layer convertTime:CACurrentMediaTime() fromLayer:nil];

    // 让CALayer的时间停止走动
      layer.speed = 0.0;
    // 让CALayer的时间停留在pausedTime这个时刻
    layer.timeOffset = pausedTime;
}

#pragma mark 恢复CALayer的动画
-(void)resumeLayer:(CALayer*)layer
{
    CFTimeInterval pausedTime = layer.timeOffset;
    // 1. 让CALayer的时间继续行走
      layer.speed = 1.0;
    // 2. 取消上次记录的停留时刻
      layer.timeOffset = 0.0;
    // 3. 取消上次设置的时间
      layer.beginTime = 0.0;
    // 4. 计算暂停的时间(这里也可以用CACurrentMediaTime()-pausedTime)
    CFTimeInterval timeSincePause = [layer convertTime:CACurrentMediaTime() fromLayer:nil] - pausedTime;
    // 5. 设置相对于父坐标系的开始时间(往后退timeSincePause)
      layer.beginTime = timeSincePause;
}

CAPropertyAnimation

是CAAnimation的子类，也是个抽象类，要想创建动画对象，应该使用它的两个子类：CABasicAnimation和CAKeyframeAnimation。

基本属性说明：

属性	说明
keyPath	通过指定CALayer的一个属性名称为keyPath（NSString类型），并且对CALayer的这个属性的值进行修改，达到相应的动画效果。比如，指定@“position”为keyPath，就修改CALayer的position属性的值，以达到平移的动画效果

CABasicAnimation——基本动画

属性说明：

属性	说明
fromValue	keyPath相应属性的初始值
toValue	keyPath相应属性的结束值

动画过程说明：

随着动画的进行，在长度为duration的持续时间内，keyPath相应属性的值从fromValue渐渐地变为toValue。

keyPath内容是CALayer的可动画Animatable属性。

如果fillMode = kCAFillModeForwards同时removedOnComletion = NO，那么在动画执行完毕后，图层会保持显示动画执行后的状态。但在实质上，图层的属性值还是动画执行前的初始值，并没有真正被改变。

CAKeyframeAnimation——关键帧动画

关键帧动画，也是CAPropertyAnimation的子类，与CABasicAnimation的区别是：

• CABasicAnimation只能从一个数值（fromValue）变到另一个数值（toValue），而CAKeyframeAnimation会使用一个NSArray保存这些数值
• CABasicAnimation可看做是只有2个关键帧的CAKeyframeAnimation

属性说明：

属性	说明
values	NSArray对象。里面的元素称为“关键帧”(keyframe)。动画对象会在指定的时间（duration）内，依次显示values数组中的每一个关键帧
path	可以设置一个CGPathRef、CGMutablePathRef，让图层按照路径轨迹移动。path只对CALayer的anchorPoint和position起作用。如果设置了path，那么values将被忽略
keyTimes	可以为对应的关键帧指定对应的时间点，其取值范围为0到1.0，keyTimes中的每一个时间值都对应values中的每一帧。如果没有设置keyTimes，各个关键帧的时间是平分的

CAAnimationGroup——动画组

动画组，是CAAnimation的子类，可以保存一组动画对象，将CAAnimationGroup对象加入层后，组中所有动画对象可以同时并发运行。

默认情况下，一组动画对象是同时运行的，也可以通过设置动画对象的beginTime属性来更改动画的开始时间。

属性说明：

属性	说明
animations	用来保存一组动画对象的NSArray

CATransition——转场动画

CATransition是CAAnimation的子类，用于做转场动画，能够为层提供移出屏幕和移入屏幕的动画效果。iOS比Mac OS X的转场动画效果少一点。

UINavigationController就是通过CATransition实现了将控制器的视图推入屏幕的动画效果。

属性说明：

属性	说明
type	动画过渡类型
subtype	动画过度方向
startProgress	动画起点(在整体动画的百分比)
endProgress	动画终点(在整体动画的百分比)

过渡效果设置

type

使用UIView动画函数实现转场动画——双视图

+ (void)transitionFromView:(UIView *)fromView toView:(UIView *)toView duration:(NSTimeInterval)duration options:(UIViewAnimationOptions)options completion:(void (^)(BOOL finished))completion;

参数	说明
duration	动画持续时间
option	动画类型
animations	将改变视图属性的代码放在这个block中
completion	动画结束后，会自动调用这个block

CADisplayLink

CADisplayLink是一种以屏幕刷新频率触发的时钟机制，每秒钟执行大约60次左右。

CADisplayLink是一个计时器，可以使绘图代码与视图的刷新频率保持同步，而NSTimer无法确保计时器实际被触发的准确时间。

使用方法：

• 定义CADisplayLink并制定触发调用方法
• 将显示链接添加到主运行循环队列

// 定义
CADisplayLink *link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(rotationChange)];
// 添加到主循环队列
[link addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

• 开始和暂停

// 暂停
link.paused = YES;
// 开始
link.paused = NO;

• 核心动画给我们展示的只是一个假象，layer的的frame、bounds、position并不会在动画完毕之后发生改变。

• UIView封装的动画，会使会真实修改view的一些属性。

 

 

PS:苹果官网API - CAAnimation