Win 10 应用开发UI Composition 札记：基于表达式的动画

Posted 2020-10-15 老周

上一篇烂文中，老周给大伙伴们介绍过了几个比较好玩的动画。本篇咱们深化主题，说一说基于表达式的动画。这名字好理解，就是你可以用公式 / 等式来产生动画的目标值。比如，你想让某个可视化对象的高度减半，你的表达可以这样写： width / 2，其中，width 表示某对象的宽度。

既然说到基于表达式的动画了，就得介绍一个重要的类型：ExpressionAnimation，它专用来实现表达式动画的。它有一个 Expression 属性，字符串类型，用来设置计算动画目标值的等式。

有关表达式的语法，老周就不废话了，其实语法和 C 类语言差不多。大伙在用的时候，也不用去记的，你只要查看 ExpressionAnimation 类的文档，就能看到完整的帮助内容了。不记得怎么写的时候查看一下帮助文档就可以了。

注意，ExpressionAnimation 产生的动画，你是不能控制其时间长度的，它会由系统来进行计算，而且这个动画很好玩，它可以跟踪参数的变化，当引用参数发生变化时，会更新动画。这类似于数据绑定的功能。

下面我们举个例子。

XAML 代码很简单。

    <Grid Name="root" Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
        <Rectangle Name="rect" Fill="Green" Width="200" Height="200"/>
    </Grid>

页面的根元素是 Grid，然后在里面放一个矩形。

待会儿我们用动画来旋转这个矩形，怎么转呢，计算公式如下：

    Grid的宽度 ÷ Grid的高度 × 360

这个公式会得出矩形要旋转的角度（单位为度）。Grid 的宽度和高度不需要我们写代码去设置，因为默认是填充对齐的，所以，只要我们调整窗口的大小，Grid 的大小就会跟着变。

转到代码文件，在页面类的构造函数中，输入这些代码。

        public MainPage()
        {
            this.InitializeComponent();

            Visual v_root = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(root);
            Visual v_rect = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(rect);
            
            var compositor = v_rect.Compositor;

            // 旋转动画
            ExpressionAnimation anmitRot = compositor.CreateExpressionAnimation();
            anmitRot.Expression = "360 * container.Size.X / container.Size.Y";
            anmitRot.SetReferenceParameter("container", v_root);

            v_rect.StartAnimation(nameof(Visual.RotationAngleInDegrees), anmitRot);
        }

 

请你注意看那个表达式：360 * container.Size.X / container.Size.Y，可能你会疑问，这个 container 是什么鬼？这个不是鬼，是我随便取的名字，你爱取其他名字都行，比如，你可以写成 360 * dog.Size.X / dog.Size.Y。这其实是个占位符，它实际上是指向代表 Grid 的可视化对象，在运行时，会用真实的对象替换掉这个占位符。那么，这个参数占位符怎么替换呢？

你有没有发现，CompositionAnimation 类有一堆方法，命名很 TMD 有规律，全是一家人，都叫 Set*****Parameter，看到了没？

你以前是不是不知道这些方法有毛用，现在你应该猜它们有什么用了。对啊，就是用来设置替换占位符的实际值的。比如，我们这个示例子，它的表达式是这样的：

360 * container.Size.X / container.Size.Y

其实这个 container 就是指代码中的 v_root 对象，所以我们用这一行代码，就可以在运行阶段，用 v_root把 container 占位符替换掉，变成：

360 * v_root.Size.X / v_root.Size.Y

 anmitRot.SetReferenceParameter("container", v_root);

而 v_root 就是 XAML 中的 Grid 对象，所以，这样就实现了Grid的宽度除以Grid的高度的计算了，再乘以 360 就完事了。

 

现在你明白了吧，世上很多事情，别想得太复杂，其实人生中很多事情是很简单，就是人总喜欢搞复杂了。

这个表达式计算出来的结果是 float 类型的值，这个你应该能理解的，因为它计算之后就是一个数值，不可能会产生一个 Vector2 值的。接着，我们把这个动画与 v_rect，注意是rect，因为我们要旋转的是矩形，不是Grid，用 StartAnimation 方法使之与 RotationAngleInDegrees 属性绑定就好了，RotationAngleInDegrees 表示的角度，不是弧度。

 v_rect.StartAnimation(nameof(Visual.RotationAngleInDegrees), anmitRot);

 

好，现在这个东东已经可以运行的了，试试看。

只要调整窗口的大小就可以了，Grid 的大小会自动更新。

 

你是不是对这个效果不太满意？你会看到，妈的，旋转的中心怎么不是在矩形中央？看着不爽。对的，默认是在左上角的，你懂的。所以，我们可以再加一个 Expression 动画，把旋转中心点移到矩形中央。

        public MainPage()
        {
            ……

            Visual v_root = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(root);
            Visual v_rect = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(rect);
            
            var compositor = v_rect.Compositor;

            // 中心点
            ExpressionAnimation anmtCP = compositor.CreateExpressionAnimation("Vector3(this.Target.Size.X / 2, this.Target.Size.Y / 2, 0)");
            v_rect.StartAnimation("CenterPoint", anmtCP);

              ……
        }

这个表达式里面，用到了一个函数，叫 Vector3，它类似于调用 Vector3 结构的构造函数 new Vector3(...)，所以这个表达式计算后会返回一个 Vector3 类型的值，它需要 X,Y,Z 三个值，因为Visual 类要修改中心点，是设置 CenterPoint 属性的，而 CenterPoint 属性是 Vector3 类型的，所以我们动画产生的值，必须与目标值的类型匹配。

Z轴上我们不必理它，默认 0 就可以了，主要是把矩形的宽度和高度分别除以 2。

各位可能注意到了，表达式中用了 this.Target，它指向的是 v_rect，因为这个动画是应用到 v_rect 上的（它调用了 StartAnimation 方法），所以，这个target 就是应用动画的对象，这就等于，CenterPoint 的值取自 Size / 2。

 

现在，我们再运行一下，旋转中心就在矩形的中央了。

 

好玩吧，其实啊，还有一件事要告诉你，表达式不仅在 ExpressionAnimation 动画中可用，在关键帧动画中也能用的。只是有个区别，ExpressionAnimation 动画它会对计算进行跟踪，能做到 “绑定” 的效果，但关键帧动画中是不会跟踪计算的，即所设置的表达式是一次性的。

 

下面给大伙们演示一下如何在关键帧动画中使用表达式。

在 XAML 文档中，放一个矩形，宽度不要设置得太大，后面咱们用动画来放大它。

    <Grid Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
        <Grid.RowDefinitions>
            <RowDefinition/>
            <RowDefinition Height="auto"/>
        </Grid.RowDefinitions>
        <Rectangle Name="rect" Width="20" Height="120" Fill="Red" HorizontalAlignment="Left"/>
        <Button Grid.Row="1" Margin="12" Content="Play" Width="300" Click="OnClick" HorizontalAlignment="Center"/>
    </Grid>

现在处理一个按钮的 Click 事件。用关键帧动画来对矩形进行横向（X轴）放大。

        private void OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            Visual vs_rect = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(rect);
            Compositor compositor = vs_rect.Compositor;

            ScalarKeyFrameAnimation animat = compositor.CreateScalarKeyFrameAnimation();
            animat.Duration = TimeSpan.FromSeconds(1d);
            // 插入关键帧
            animat.InsertExpressionKeyFrame(0f, "this.Target.Scale.X");
            animat.InsertExpressionKeyFrame(1f, "this.Target.Scale.X >= max ? min : this.Target.Scale.X + val");
            // max、min、val 都是占位符
            // 替换占位符
            animat.SetScalarParameter("max", 30f);
            animat.SetScalarParameter("min", 1f);
            animat.SetScalarParameter("val", 3f);
            vs_rect.StartAnimation("Scale.X", animat);
        }

这个关键帧动画有两个关键帧，第一帧位于动画开始处，目标值就是矩形在X轴上的当前缩放倍数。第二个关键帧在动画的结尾处，表达式有点复杂。老周单独写一遍给你看看。

this.Target.Scale.X >= max ? min : this.Target.Scale.X + val

这里用到了三目运算符，其实和C类语言一样，condition ? ifTrue : ifFalse，如果矩形的X轴上的缩放值大于/等于 max 的话，那就直接返回 min ，否则就把缩放倍数加上 val。Visual 类的 Scale 属性类型为 Vector3 ，它有 X,Y,Z 三个值，表示对象在三个轴方向上的缩放倍数。在这个例子中，咱们只处理 X 轴上的缩放。

其中，max、min、val 三个值都是我随便命名的占位符。所以要用具体的值去替换。

            animat.SetScalarParameter("max", 30f);
            animat.SetScalarParameter("min", 1f);
            animat.SetScalarParameter("val", 3f);

替换之后，这个表达式在运行时就像这样：

this.Target.Scale.X >= 30 ? 1 : this.Target.Scale.X + 3

故，当矩形放大到 30 倍以后，会跳回到 1 倍。可以看看运行效果。

 

 

好玩吧。本篇的最后一环，老周必须再给大伙介绍一个类，因为这个类在动画应用中也相当重要的。它叫 CompositionPropertySet，由于它是从 CompositionObject 类派生，所以，如果调用动画对象的 SetReferenceParameter 方法去设置命名参数时，ExpressionAnimation 动画能够自动跟踪 CompositionPropertySet 对象的更新。

CompositionPropertySet 用法有点像字典，Key 是字符串，你可以使用 Insert**** 方法来插入各种类型的值，可以用 TryGet**** 方法来检索。

有些时候，动画所跟踪的对象不一定都是 Visual 对象的，可能是一些不可见的对象，比如某个颜色，某个数值，这种情形下，使用 CompositionPropertySet 类是一个很高大上的选择。

不知道咋用？没事，下面还是老规矩，动手做，学编程不动手，学三辈子也学不会。

先看看 XAML 代码。

    <Grid Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
        <Border Width="300" Height="300" BorderBrush="Blue" BorderThickness="5" Name="bd" Padding="15" PointerMoved="bd_PointerMoved">
            <Ellipse Name="ell" Fill="Orange"/>
        </Border>
    </Grid>

很简单，当鼠标在 Border 上移动时，用动画改变 Ellipse 的不透明度。计算方法很简单，就是用当前的指针坐标的 X 值除以 Y 值，即 x / y，得出 Opacity 的值。

 

转到代码文件，要在页面类级别声明一个变量。

    public sealed partial class MainPage : Page
    {
        CompositionPropertySet compPropset = null;

        ……
    }

因为后面我们在代码中要动态修改它，所以要放到类级别。

 

然后，在页面类的构造函数中设置一下动画。

        public MainPage()
        {
            this.InitializeComponent();

            // 获取相应的 Visual 对象
            Visual vs_ell = ElementCompositionPreview.GetElementVisual(ell);
            // 创建 PropertySet 实例
            compPropset = vs_ell.Compositor.CreatePropertySet();
            // 设置默认值
            compPropset.InsertVector2("MyValue", new Vector2(1f, 1f));
            // 创建动画
            ExpressionAnimation animat = vs_ell.Compositor.CreateExpressionAnimation();
            animat.Expression = "p.MyValue.X / p.MyValue.Y";
            // 设置参数
            animat.SetReferenceParameter("p", compPropset);
            // 启动动画
            vs_ell.StartAnimation("Opacity", animat);
        }

调用 Compositor.CreatePropertySet 方法创建 CompositionPropertySet 的实例。为了稍后我们在设置动画表达式时能够访问到里面的值，要先设置一个默认的值。

  compPropset.InsertVector2("MyValue", new Vector2(1f, 1f));

这个值的名字就叫 MyValue，在动画表达式中，可以直接用 . 运算符来访问，如上面代码中。

p.MyValue.X / p.MyValue.Y

p 稍后会用实际参数替换。

 

处理 PointerMoved 事件。

        private void bd_PointerMoved(object sender, PointerRoutedEventArgs e)
        {
            // 获取相对于 Border 的当前坐标
            var pt = e.GetCurrentPoint(bd).Position;
            // 更新 CompositionPropertySet 中的值
            compPropset.InsertVector2("MyValue", new Vector2((float)pt.X, (float)pt.Y));
        }

首先要获取到指针相对于 Border 元素的坐标，然后更新 PropertySet 中的 MyValue 的值，更新方法直接用 InsertVector2 方法来替换原来的值就可以了，注意，属性名称 MyValue 不要写错，一定要前后一致。

只要在程序代码中更新 CompositionPropertySet 对象，动画就能够自动更新了。

 

看看效果。

 

好了，本篇咱们就聊到这里了，相信你学会使用表达式后，你就能弄出各种强大的动画效果。