JavaScript中动画与特效的实现原理
2019-06-03 本文已影响0人
深漂浪子
一、JavaScript中的动画原理
动画效果可以通过两种方式来实现:一种是通过JavaScript间接的操作css,每隔几秒执行一次,另外一种是利用纯css实现,该方法在css3成熟后广泛应用.这里主要将js里面的动画:
JavaScript动画用的最多的是setInterval()、setTimeout()和requestAnimationFrame():
1 setTimeout()和setInterval ()主要是自身会执行动画效果,它们在里面放入function和时间参数,然后既可以设置事件;
2 requestAnimationFrame(回调函数):像setTimeout、setInterval一样，requestAnimationFrame是一个全局函数。调用requestAnimationFrame后，它会要求浏览器根据自己的频率进行一次重绘，它接收一个回调函数作为参数，在即将开始的浏览器重绘时，会调用这个函数，并会给这个函数传入调用回调函数时的时间作为参数。由于requestAnimationFrame的功效只是一次性的，所以若想达到动画效果，则必须连续不断的调用requestAnimationFrame，就像我们使用setTimeout来实现动画所做的那样。
requestAnimationFrame函数会返回一个资源标识符，可以把它作为参数传入cancelAnimationFrame函数来取消.requestAnimationFrame的回调,跟setTimeout的clearTimeout很相似。 可以这么说，requestAnimationFrame其实就是setTimeout的性能增强版。
javascript 代码
<button id="btn">清除</button>
var id;
var time = new Date();
requestAnimationFrame(function step(){
console.log(new Date() - time);
time = new Date();
id = requestAnimationFrame(step);
});
btn.onclick = function (){
cancelAnimationFrame(id )
}
1.3简单动画的问题
1.3.1 setTimeout和setInterval的深入理解
setTimeout():如下面这段代码,输出结果其实是1 2 3,而不是 1 3 2,因为setTimeout()其实在执行的时候会先存储这个结果但不会立即输出(即使时间间隔是0也这样)而是等待页面加载完成后再输出结果
javascript 代码
console.log("1");
setTimeout(function(){
console.log("3")
},0);
console.log("2");
//输出结果是什么？
//1 2 3
function fn() {
setTimeout(function(){
console.log('can you see me?');
},1000);
while(true) {}
}
//输出结果是什么？ 不输出结果
1.3.2 简单动画的变慢问题
当setTimeout、setInterval甚至是requestAnimationFrame（）在循环里面要做很长的处理时，就会出现动画时间变慢的结果，使它本该在固定时间内结束而结果却是不尽人意的延迟
实例1:让滑块自动向右移动
javascript 代码
var left = 0;
var id = setInterval(function (){
left += 10;
box.style.left = left + "px";
if(left >= 1000){
clearInterval(id);
}
for(var i = 0; i < 10000; i++){
console.log("a");
}
}, 20)
实例2:
javascript 代码
function step() {
var temp = div.offsetLeft + 2;
div.style.left = temp + "px";
window.requestAnimationFrame(step);
for (var i = 0; i < 50000; i++) {
console.log("再牛逼的定时器也得等到我执行完才能执行")
}
}
window.requestAnimationFrame(step);
1.4 使用动画的正确姿势
其实是 “位移”关于“时间”的函数：s=f(t)
动画变慢的结果其实是采用增量的方式来执行了动画，为了更精确的控制动画，更合适的方法是将动画与时间关联起来
javascript 代码
var box = document.querySelector("div");
var dis = 1000;
var duration = 5000;
var statTime = new Date();
requestAnimationFrame(function step(){
var time = new Date() - statTime;
time = time >= duration ? duration : time;
box.style.left = dis * (time / duration) + "px";
if(time >= duration){
return;
}
requestAnimationFrame(step)
for(var i = 0; i < 100000; i++) console.log("a");
})
动画通常情况下有终止时间，如果是循环动画，我们也可以看做特殊的——当动画达到终止时间之后，重新开始动画。因此，我们可以将动画时间归一(Normalize)表示：
javascript 代码
//duration 是动画执行时间 isLoop是否为循环执行。
function startAnimation(duration, isLoop){
var startTime = Date.now();
requestAnimationFrame(function change(){
// 动画已经用去的时间占总时间的比值
var p = (Date.now() - startTime) / duration;
if(p >= 1.0){
if(isLoop){ // 如果是循环执行，则开启下一个循环周期。并且把开始时间改成上个周期的结束时间
startTime += duration;
p -= 1.0; //动画进度初始化
}else{
p = 1.0; //如果不是循环，则把时间进度至为 1.0 表示动画执行结束
}
}
console.log("动画已执行进度", p);
if(p < 1.0){ //如果小于1.0表示动画还诶有值完毕，继续执行动画。
requestAnimationFrame(change);
}
});
}
示例1：用时间控制动画周期精确到2s中
javascript 代码
block.addEventListener("click", function() {
var self = this,
startTime = Date.now(),
duration = 2000;
setInterval(function() {
var p = (Date.now() - startTime) / duration;
// 时间已经完成了2000的比例，则360度也是进行了这么个比例。
self.style.transform = "rotate(" + (360 * p) + "deg)";
}, 100);
});
示例2：让滑块在2秒内向右匀速移动600px
javascript 代码
block.addEventListener("click", function(){
var self = this,
startTime = Date.now(),
distance = 600,
duration = 2000;
requestAnimationFrame(function step(){
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
self.style.transform = "translateX(" + (distance * p) +"px)";
if(p < 1.0) {
requestAnimationFrame(step);
}
});
});
ss.png
二、常见动画效果实现
2.1 匀速水平运动
用时间来控制进度 s=S∗p
2.2 匀加速(减速)运动
1)加速度恒定，速度从0开始随时间增加而均匀增加。
2)匀加速公式：大写S：要移动的总距离 p：归一化的时间进度 s=S∗p*p
javascript 代码
// 2s中内匀加速运动2000px
block.addEventListener("click", function() {
var self = this,
startTime = Date.now(),
distance = 1000,
duration = 2000;
requestAnimationFrame(function step() {
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
self.style.transform = "translateX(" + (distance * p * p) + "px)";
if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);
});
});
3)匀减速运动公式：s=S∗p∗(2−p)
javascript 代码
//2s中使用速度从最大匀减速到0运动1000px
block.addEventListener("click", function(){
var self = this, startTime = Date.now(),
distance = 1000, duration = 2000;
requestAnimationFrame(function step(){
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
self.style.transform = "translateX("
+ (distance * p * (2-p)) +"px)";
if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);
});
});
2.3 水平抛物运动
匀速水平运动和自由落体运动的组合。
javascript 代码
block.addEventListener("click", function(){
var self = this, startTime = Date.now(),
disX = 1000, disY = 1000,
duration = Math.sqrt(2 * disY / 10 / 9.8) * 1000; // 落到地面需要的时间 单位ms
//假设10px是1米，disY = 100米
requestAnimationFrame(function step(){
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
var tx = disX * p; //水平方向是匀速运动
var ty = disY * p * p; //垂直方向是匀加速运动
self.style.transform = "translate("
+ tx + "px" + "," + ty +"px)";
if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);
});
});
2.3 2.4 正弦曲线运动
正弦运动：x方向匀速，垂直方向是时间t的正弦函数
javascript 代码
block.addEventListener("click", function(){
var self = this, startTime = Date.now(),
distance = 800,
duration = 2000;
requestAnimationFrame(function step(){
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
var ty = distance * Math.sin(2 * Math.PI * p);
var tx = 2 * distance * p;
self.style.transform = "translate("+ tx + "px," + ty + "px)";
if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);
});
});
2.5 圆周运动
圆周运动公式：x=R.sin(2∗π∗p),y=R.cos(2∗π∗p)
javascript 代码
block.addEventListener("click", function() {
var self = this,
startTime = Date.now(),
r = 100,
duration = 2000;
requestAnimationFrame(function step() {
var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);
var tx = r * Math.sin(2 * Math.PI * p),
ty = -r * Math.cos(2 * Math.PI * p);
self.style.transform = "translate(" +
tx + "px," + ty + "px)";
requestAnimationFrame(step);
});
});
三、动画算子（easing）
对于一些比较复杂的变化，算法也比较复杂，就要用到动画算子。动画算子 是一个函数，可以把进度转化成另外一个值。其实也就是一种算法。
我们总结一下上面的各类动画，发现它们是非常相似的，匀速运动、匀加速运动、匀减速运动、圆周运动唯一的区别仅仅在于位移方程：
1.匀速运动：s=S∗p
2.匀加速运动：s=S∗pp
3.匀减速运动：s=S∗p∗(2−p)
4.圆周运动x轴：x=R∗sin(2∗PI∗p)
5.圆周运动y轴：y=R∗cos(2∗PI∗p)
我们把共同的部分 S 或R 去掉，得到一个关于 p 的方程 ,这个方程我们称为动画的算子(easing)，它决定了动画的性质。
1.匀速算子：e=p
2.匀加速算子:e = pp=p^2
3.匀减速算子：e=p∗(2−p)
4.圆周算子x轴：e=sin(2∗PI∗p)
5.圆周算子y轴：e=cos(2∗PI∗p)
一些常用的动画算子
javascript 代码
//easing.js库封装
var pow = Math.pow,
BACK_CONST = 1.70158;
// t指的的是动画进度 归一化的时间 前面的p
Easing = {
// 匀速运动
linear: function (t){
return t;
},
// 匀加速运动
easeIn: function (t){
return t * t;
},
// 减速运动
easeOut: function (t){
return (2 - t) * t;
},
//先加速后减速
easeBoth: function (t){
return (t *= 2) < 1 ? .5 * t * t : .5 * (1 - (--t) * (t - 2));
},
// 4次方加速
easeInStrong: function (t){
return t * t * t * t;
},
// 4次方法的减速
easeOutStrong: function (t){
return 1 - (--t) * t * t * t;
},
// 先加速后减速，加速和减速的都比较剧烈
easeBothStrong: function (t){
return (t *= 2) < 1 ? .5 * t * t * t * t : .5 * (2 - (t -= 2) * t * t * t);
},
//
easeOutQuart: function (t){
return -(Math.pow((t - 1), 4) - 1)
},
// 指数变化 加减速
easeInOutExpo: function (t){
if (t === 0) return 0;
if (t === 1) return 1;
if ((t /= 0.5) < 1) return 0.5 * Math.pow(2, 10 * (t - 1));
return 0.5 * (-Math.pow(2, -10 * --t) + 2);
},
//指数式减速
easeOutExpo: function (t){
return (t === 1) ? 1 : -Math.pow(2, -10 * t) + 1;
},
// 先回弹，再加速
swingFrom: function (t){
return t * t * ((BACK_CONST + 1) * t - BACK_CONST);
},
// 多走一段，再慢慢的回弹
swingTo: function (t){
return (t -= 1) * t * ((BACK_CONST + 1) * t + BACK_CONST) + 1;
},
//弹跳
bounce: function (t){
var s = 7.5625,
r;
if (t < (1 / 2.75)){
r = s * t * t;
}else if (t < (2 / 2.75)){
r = s * (t -= (1.5 / 2.75)) * t + .75;
}else if (t < (2.5 / 2.75)){
r = s * (t -= (2.25 / 2.75)) * t + .9375;
}else{
r = s * (t -= (2.625 / 2.75)) * t + .984375;
}
return r;
}
};
四、使用面向对象封装动画
为了实现更加复杂的动画，我们可以将动画进行 简易 的封装，要进行封装，我们先要抽象出动画相关的要素：
动画生命周期：开始、进程中、结束
javascript 代码
/*my_animator01.js框架
参数1：动画的执行时间
参数2：动画算子. 如果没有传入动画算子，则默认使用匀速算子
参数3：动画执行的时候的回调函数（动画执行的要干的事情）
*/
function Animator(duration, easing,doSomething) {
this.duration = duration;
this.easing = easing;
this.doSomething = doSomething;
}
Animator.prototype = {
/*开始动画的方法，
参数：一个布尔值
true表示动画不循环执行。
*/
start: function (count){ // 参数表示动画播放的周期的个数
if(count 0){//如果还有周期未结束则继续执行
startTime = new Date();
}else{
return;//完成,动画结束
}
}
self.id = requestAnimationFrame(step);//执行下一帧动画
});
},
stop:function () {//动画结束
cancelAnimationFrame(this.id);
}
}
初步修改版:
javascript 代码
function Animator(durations, easings, callbacks){
this._init(durations, easings, callbacks);
}
Animator.prototype = {
_init: function (durations, easings, callbacks){
this.durations = durations;
this.easings = easings;
this.callbacks = callbacks;
},
start: function (count){
if (!count || typeof count != "number" || count 0){
startTime = new Date();
index = 0;
}else{
return;
}
}
}
that.id = requestAnimationFrame(step);
});
},
stop: function (){
cancelAnimationFrame(this.id);
}
}
终极版:
javascript 代码
function Animator(opts){
this._init(opts);
}
Animator.prototype={
_init:function (opts) {
this.opts=opts;
},
start:function (count) {
if(!count||count<=0 || typeof count!="number") return;
var opts=this.opts;
var startTime=new Date();
var index=0,
that=this;
this.id=requestAnimationFrame(function step() {
var p=Math.min(1,(new Date()-startTime)/opts[index].duration);
var e=opts[index].easing(p);
opts[index].callback(e);
if(p == 1){
index++;
if(index<opts.length){
startTime = new Date();
}else{
count--;
if(count>0){
startTime = new Date();
index=0;
}else {
return;
}
}
}
that.id = requestAnimationFrame(step);
});
},
stop:function () {
cancelAnimationFrame(this.id);
}
}
五、逐帧动画
有时候，我们不但要支持元素的运动，还需要改变元素的外观，比如飞翔的小鸟需要扇动翅膀，这类动画我们可以用逐帧动画来实现:
html 代码
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Title</title>
<style>
div{
width: 250px;
height: 142px;
overflow: hidden;
}
</style>
</head>
<body>
<div><img src="bird.png" alt=""></div>
<script src="easing.js"></script>
<script src="my_animator03.js"></script>
<script>
var img=document.querySelector("img");
var x=0;//初始化img位置
var y=0;
//原地的移动
setInterval(function () {
img.style.transform="translate("+(-244*(x%4))+"px,"+(-146*(y%2))+"px)";
x++;//先从上面图片走,走完在从下面回来
if(x%4==0){
y++;
}
},100);
/*
var animator=new Animator(5000,Easing.linear,function (e) {
img.parentNode.style.transform="translate("+document.body.offsetWidth*e+"px,"+(-142*(y%2))+"px)";
})
animator.start(Number.POSITIVE_INFINITY);*/
//水平垂直的移动
new Animator([{
duration:5000,
easing:Easing.linear,
callback:function (e) {
img.parentNode.style.transform=
"translate("+(document.body.offsetWidth-200)*e+"px,"+600*e+"px)" +
" rotate(0deg)";
}
},
{
duration:5000,
easing:Easing.linear,
callback:function (e) {
img.parentNode.style.transform=
"translate("+(document.body.offsetWidth-200)*(1-e)+"px,"+600*(1-e)+"px)" +
" rotateY(180deg)";//到达右下角反转
}
}]).start(Number.POSITIVE_INFINITY)
/*var x=0;
setInterval(function () {
x+=10;
img.parentNode.style.transform="translate("+document.body.offsetWidth*e+"px,"+(-142*(y%2))+"px)";
},20)*/
</script>
</body>
</html>
