iOS 核心动画 Core Animation浅谈

前记

关于实现一个iOS动画，如果简单的，我们可以直接调用UIView的代码块来实现，虽然使用UIView封装的方法很方便，但是这只能用于一些简答的动画，如果是一些复杂的动画呢？这就不得不去研究下核心动画Core Animation（包含在Quartz Core框架中）了。这这之前我们必须了解，CALayer就包含在Quartz Core框架中，这是一个跨平台的框架，既可以用在iOS中又可以用在Mac OS X中。在使用Core Animation开发动画的本质就是将CALayer中的内容转化为位图从而供硬件操作，所以要熟练掌握动画操作必须熟悉CALayer，关于CALayer就不在这里讲了。今天主要是分析核心动画，iOS 中的核心动画又分为下面几种：基础动画、关键帧动画、动画组、转场动画、弹簧动画。下面我们先来了解下各个动画之间的关系

core_animation.jpeg

动画简介

CAAnimation

@interface CAAnimation : NSObject
    <NSCoding, NSCopying, CAMediaTiming, CAAction>
{
@private
  void *_attr;
  uint32_t _flags;
}

这是核心动画的基类，不能直接使用，主要负责动画的时间、速度等，从上面可以看出是准守CAMediaTiming协议的。

CAPropertyAnimation

属性动画的基础类，继承自CAAnimation，不能直接使用。何谓属性动画呢？即通过修改属性值就可以产生动画效果。

CAAnimationGroup

动画组，继承自CAAnimation，顾名思义就是一种组合动画，可以通过动画组来进行所有动画行为的统一控制，组中所有动画效果可以并发执行。

CATransition

转场动画，继承自CAAnimation，主要是通过滤镜来进行动画的效果设置

CABasicAnimation

基础动画，继承自CAPropertyAnimation，通过属性控制动画的参数，只要初始状态和结束状态

CAKeyframeAnimation

关键帧动画，继承自CAPropertyAnimation，也是通过属性控制动画参数，但是与基础动画不同的是有多个控制状态，并且可以通过path来实现动画

CASpringAnimation

弹簧动画，是在iOS 9中引入的，继承自CABasicAnimation，用于制作弹簧动画

动画使用

在使用动画之前，先补充个知识点---UIBezierPath， 这在动画使用的过程中会经常用到

核心动画

要使用核心动画，我们必须先了解下其属性，这里我们先看其遵守的协议<CAMediaTiming>

属性	说明
beginTime	指定动画开始的时间。开始延迟几秒的话，设置为CACurrentMediaTime() + 秒数 的方式即可
duration	动画的时长
speed	动画的速度
timeOffset	详细说明
repeatCount	动画重复的次数，如果要一直持续设置为HUGE_VALF即可
repeatDuration	设置动画的时间。在该时间内动画一直执行，不计次数
autoreverses	动画结束时是否执行逆动画
fillMode	分四种情况，分别为kCAFillModeForwards、kCAFillModeBackwards、kCAFillModeBoth、kCAFillModeRemoved，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

CAAnimation属性

属性	说明
timingFunction	速度控制函数，控制动画运行的节奏
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

关于fillMode的四种情况：

• kCAFillModeRemoved 默认值，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，而removedOnCompletion的默认属性值是 YES，所以为了使动画结束之后layer保持结束状态，应将removedOnCompletion设置为NO。

• 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

关于速度CAMediaTimingFunction控制的四种情况

• 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。

属性动画

从上图中我们知道，属性动画是继承自核心动画，在其API中我们可以看到有如下函数和属性

+ (instancetype)animationWithKeyPath:(nullable NSString *)path;

@property(nullable, copy) NSString *keyPath;

其中都有keyPath，这又是什么呢？这就是属性动画与动画组和转场动画不同之处。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@"opacity"为keyPath，就修改CALayer的opacity属性的值，以达到透明度变化的动画效果
下面我们列举一些常用的animationWithKeyPath值

常用值	说明	使用方式
transform	3D变换	[NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(0.5, 0.5, 0)]，直接进行3D变换
transform.scale	缩放	@(1.5) ，放大1.5倍
transform.scale.x	宽度缩放	@(1.5) ，宽放大1.5倍
transform.scale.y	高度缩放	@(1.5) ，高放大1.5倍
transform.rotation.x	围绕x轴旋转	@(M_PI) ，x轴旋转180度
transform.rotation.y	围绕y轴旋转	@(M_PI) ，y轴旋转180度
transform.rotation.z	围绕z轴旋转	@(M_PI) ，z轴旋转180度
position	位置(中心点的改变)	[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(100, 100)]，中心点变为(100,100)
opacity	透明度	@(0.5) ，透明度变为0.5
bounds	大小的改变 中心点保持不变	[NSValue valueWithCGRect:CGRectMake(0, 0, 300, 300)]，大小变为(300,300)
cornerRadius	圆角的设置	@(5) ，圆角设置为5
backgroundColor	背景颜色变换	(id)[UIColor redColor].CGColor，背景改为红色
contents	可以改变layer展示的图片	(id)[UIImage imageNamed:@"12.png"].CGImage，将UIView的展示图片改为12.png
strokeStart	从起始点开始变化	fromValue = 0，toValue = 1，为CAShapeLayer的属性
strokeEnd	从结束的位置开始变化	fromValue = 1，toValue = 0.5，为CAShapeLayer的属性
path	根据路径来改变	fromValue = (__bridge id)(start.CGPath);，toValue = (__bridge id)((end.CGPath))

基础动画

基础动画是继承自属性动画，所以在使用的时候，我们最主要的就是通过属性来控制动画，比如设置初始值、结束值，当然还有核心动画的其他属性。

- (void)showAnimation
{
    CAShapeLayer * circle = [CAShapeLayer layer];
    circle.frame = self.view.bounds;
    
    //
    UIBezierPath  * circlePath = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:CGPointMake(CGRectGetMidX(self.view.bounds), CGRectGetMidY(self.view.bounds)) radius:self.normalSize.width/2 -1 startAngle:0 endAngle:2*M_PI clockwise:YES];
    
    circle.path = circlePath.CGPath;
    circle.strokeColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    circle.fillColor = nil;
    [self.view.layer addSublayer:circle];
    
    //通过圆的strokeStart 改变来进行改变
    CABasicAnimation * strokeStartAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeStart"];
    strokeStartAnimation.fromValue = @(0.2);
    strokeStartAnimation.toValue = @(0);
    
    //通过圆的strokeEnd 改变来进行改变
    CABasicAnimation * strokeEndAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeEnd"];
    strokeEndAnimation.fromValue = @0.5;
    strokeEndAnimation.toValue = @(1.0);
    
    //通过圆的transform.rotation.z 改变来进行改变
    CABasicAnimation * rotationAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.rotation.z"];
    rotationAnimation.fromValue = @(0);
    rotationAnimation.toValue = @(-M_PI * 2);
    
    //组合动画
    CAAnimationGroup * group = [CAAnimationGroup animation];
    group.duration = 5;
    group.removedOnCompletion = NO;
    group.fillMode = kCAFillModeForwards;
    group.animations = @[strokeStartAnimation,strokeEndAnimation,rotationAnimation];
    [circle addAnimation:group forKey:nil];
    
}

在上面的基础动画代码中，我只用了最基础的两个属性，fromValue和toValue，而其它属性呢？由于后面用到了动画组，所以讲其它属性在动画组进行了设置。[circle addAnimation:group forKey:nil];这句代码中，key我设置的为nil，如果不设置为nil的时候，是什么意思呢？这个其实就是我们的动画设置了一个key，可以用来区别是哪一个动画，在后面我会举例说明。
上面代码对应的效果如下：

baseAnimation.gif

关键帧动画

关键帧动画也是属性动画，与基础动画最主要不同的是在两个参数上，NSArray *values和CGPathRef path，通过这个我们可以知晓，关键帧动画可以设置多个控制状态
如下：

//用value的方式进行展示动画
- (void)showKeyFrameAnimationWithValues
{
    CAKeyframeAnimation *animation = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    NSValue *key1 = [NSValue valueWithCGPoint:_beginPoint];
    NSValue *key2 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(100, 100)];
    NSValue *key3 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 50)];
    NSValue *key4 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(300, 250)];
    animation.values = @[key1,key2,key3,key4];
    animation.duration = 5.0;
    animation.delegate = (id)self;
//    animation.autoreverses = true;//是否按路径返回
//    animation.repeatCount = HUGE;//是否重复执行
    animation.removedOnCompletion = NO;//执行后移除动画
    animation.fillMode = kCAFillModeForwards;
    
    //存储位置
    [animation setValue:key4 forKey:@"keyframeAnimationLocation"];
    
    [_fishImageView.layer addAnimation:animation forKey:@"keyframeAnimation_fish"];
}

而且还可以设置路径，这也是其最大的特点
如下：

//用CGPathRef的方式进行展示动画
- (void)showKeyFrameAnimationWithPath
{
    CAKeyframeAnimation *animation = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];

    UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPath];
    [path moveToPoint:_fishImageView.layer.position];
    //三次贝塞尔曲线
    [path addCurveToPoint:CGPointMake(300, 200) controlPoint1:CGPointMake(150, 400) controlPoint2:CGPointMake(230, -100)];
    
    animation.path = path.CGPath;
    animation.duration = 5.0;
    animation.delegate = (id)self;
    [_fishImageView.layer addAnimation:animation forKey:@"keyframeAnimation_path_fish"];
}

效果如下，这里就暂时只给出values的效果

keyanimation.gif

在上面的两个方法中，对layer设置了两个不同的key，分别为keyframeAnimation_fish和keyframeAnimation_path_fish
前面我提到过，通过这个可以判断是哪一种动画，这里我们在动画结束的地方进行区分一下

- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag
{
    if ([anim isEqual:[_fishImageView.layer animationForKey:@"keyframeAnimation_fish"]])
    {
//        [CATransaction begin];
//        //禁用隐式动画
//        [CATransaction setDisableActions:YES];
        
        _fishImageView.layer.position = [[anim valueForKey:@"keyframeAnimationLocation"] CGPointValue];
   
//        //提交事务
//        [CATransaction commit];
    }
    else if ([anim isEqual:[_fishImageView.layer animationForKey:@"keyframeAnimation_path_fish"]])
    {
    
    }
}

动画组

动画组其实很简单，就是将许多动画组合在一起
在上面的基础动画中，我也用到了动画组，下面再贴上一组动画组合效果

//发射
- (void)launchAnimation
{
    CABasicAnimation *animation1 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.scale.y"];
    animation1.fromValue = @(1.0);
    animation1.toValue = @(1.5);
    
    CABasicAnimation *animation2 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.scale.x"];
    animation2.fromValue = @(1.0);
    animation2.toValue = @(1.5);
    
    CABasicAnimation *animation3 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    animation3.fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:_ballLayer.position];
    animation3.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(self.view.frame.size.width - (30 * 1.3)/2.0 , _ballLayer.position.y - 200)];
    
    
    CAAnimationGroup *anima = [CAAnimationGroup animation];
    anima.animations = @[animation1, animation2,animation3];
    anima.duration = 1.0;
    anima.delegate = (id)self;
    anima.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseOut];
    anima.fillMode = kCAFillModeForwards;
    anima.removedOnCompletion = NO;
    
    [_ballLayer addAnimation:anima forKey:@"group_launch"];
}

在后面的demo里有完整的代码，这里只是截取了部分代码
效果如下:

groupanimation.gif

转场动画

在了解转场动画之前，我们先了解其两个参数，通过这些参数，我们就能很清楚的了解其效果

• type转场类型

转场动画类型	说明	常量	是否支持方向设置
公开API
fade	淡出	kCATransitionFade	是
movein	新视图移动到旧视图上面	kCATransitionMoveIn	是
push	新视图退出旧视图	kCATransitionPush	是
reveal	移开旧视图显示新的	kCATransitionReveal	是
私有API	苹果未公开的类型，但是目前还是可以用的	私有API只能通过下面的字符串进行访问
cube	立体翻转		是
oglFlip	翻转		是
suckEffect	收缩		否
rippleEffect	水滴波纹效果		否
pageCurl	向上翻页效果		是
pageUnCurl	向下翻页效果		是
cameraIrisHollowOpen	摄像头打开效果		否
cameraIrisHollowClose	摄像头关闭效果		否

• subtype动画子类型

属性	说明
kCATransitionFromRight	从右
kCATransitionFromLeft	从左
kCATransitionFromTop	从顶部
kCATransitionFromBottom	从底部

在了解上面两个属性后，对应转场动画，就差不多了
部分代码如下

- (void)transition:(BOOL)next
{
    CATransition *transition = [CATransition animation];
    transition.type = @"cube";
    if (next)
    {
        transition.subtype = kCATransitionFromLeft;
    }
    else
    {
        transition.subtype = kCATransitionFromRight;
    }
    transition.duration = 1.0;
    
    _imageView.image = [UIImage imageNamed:[NSString stringWithFormat:@"%ld.jpg",(long)_currentIndex]];
    [_imageView.layer addAnimation:transition forKey:@"transitionAnimation"];
}

效果如下

transanimation.gif

弹簧动画

弹簧动画是在iOS 9后才出现的，在这之前，我们可以通过下面的方法来实现

[UIView animateWithDuration:5.0 delay:0 usingSpringWithDamping:0.1 initialSpringVelocity:1.0 options:UIViewAnimationOptionCurveLinear animations:^{

    } completion:nil];

iOS 9后苹果公开了这一API，我们先对其中的属性进行分析，因为代码中有注释，所以就直接贴一部分代码

      //质量，影响图层运动时的弹簧惯性，质量越大，弹簧拉伸和压缩的幅度越大
        positionAnimation.mass = 0.1;
        //阻尼系数，阻止弹簧伸缩的系数，阻尼系数越大，停止越快
        positionAnimation.damping = 2;
        //刚度系数(劲度系数/弹性系数)，刚度系数越大，形变产生的力就越大，运动越快
        positionAnimation.stiffness = 50;
        //初始速率，动画视图的初始速度大小
        //速率为正数时，速度方向与运动方向一致，速率为负数时，速度方向与运动方向相反
        positionAnimation.initialVelocity = -10;

关于弹簧动画，我也写了一个例子，效果如下

springanimation.gif

写在最后

关于核心动画，差不多就简单的介绍这么点，如有什么不对的还望各位多多指教，不甚感激。
最后，附上Demo