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

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UIViewCALayer分工明确。

UIView类继承自UIResponder,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framecenter属性对应CALayer中的frameposition

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

CALayerUIView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CAShaperLayerCATiledLayer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:
  • —— @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

  1. 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boundspositiontransform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

    iOS核心动画(基础篇)

坐标系

  1. 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
  1. 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 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

  1. 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;
  1. 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borderColorborderWidth

  • 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shadowOffsetshadowColor

  • shadowOffsetCGSize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

  • shadowPathCGPathRef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CALayeraffineTransform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iOS核心动画(基础篇)

    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*,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

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