系统学习iOS动画之六：3D动画

本文是我学习《iOS Animations by Tutorials》笔记中的一篇。文中详细代码都放在我的Github上 andyRon/LearniOSAnimations。

到目前为止，之前的文章只使用了二维动画——这是在平面设备屏幕上动画元素的最自然方式。毕竟，从iOS 7扁平化后的世界中的按钮，文本字段，开关和图像没有了第三维; 这些元素存在于由X和Y轴定义的平面中：

核心动画可以帮助我们摆脱这个二维世界; 虽然它不是真正的3D框架，但核心动画有很多好的方法可以帮助我们在3D空间中描绘二维对象。

换句话说，图层和动画仍然以二维方式进行描绘，但可以在3D空间中旋转和定位每个元素的2D平面，如下所示：

上面显示的是在3D空间中旋转的两个2D图像。透视变形使我们可以从渲染器的角度了解它们的位置。

本文将学习如何在3D空间中定位和旋转图层。CATransform3D类似于CGAffineTransform，但除了在x和y方向上缩放，倾斜和平移之外，它还带来了第三维：z。 z轴直接从设备屏幕朝向您的眼睛。

请考虑以下几个示例，以更好地了解透视的工作原理。

将相机设置得非常靠近屏幕会相应地扭曲图层的视角：

如果将相机离物体比较远时的视角：

最后，如果你在相机和屏幕之间设置了很大的距离：

预览：

24-简单的3D动画 —— 尝试新发现的有关相机距离和视角的知识。设置图层的透视图，处理图层的变换以旋转，平移和缩放三维图层。

25-中级3D动画 —— 在前一章的基础上，既然知道了m34和相机距离的秘密，就可以创建具有多个视图的各种3D动画。

24-简单3D动画

本章将尝新发现的有关相机距离和视角的知识。

开始项目 Office Buddy是一个办公室帮助应用程序，供员工访问有关日常公司生活的分类信息。这个应用很简单就是点击左上角的按钮或者左右滑到，然后左边侧栏出现。下面👇将向这个开始项目中添加一些3D元素。

开始项目预览：

创造3Dtransformations

打开ContainerViewController.swift，ContainerViewController在屏幕上显示菜单视图控制器和内容视图控制器。它还处理平移手势，以便用户可以打开和关闭菜单。

您的第一个任务是构建一个类方法，该方法为侧面菜单的给定百分比“开放性”创建相应的3D变换。将以下方法声明添加到ContainerViewController：

func menuTransform(percent: CGFloat) -> CATransform3D {

}

上述方法接受菜单当前进度的单个参数，该参数由handleGesture(_ :)中的代码计算，并返回CATransform3D的实例。您将直接将此方法的结果分配给菜单图层的transform属性。

将以下代码添加到上面方法中：

var identity = CATransform3DIdentity
identity.m34 = -1.0/1000

这段代码可能看起来有点令人惊讶; 到目前为止，您只使用函数来创建或修改变换。但是，这一次，您正在修改其中一个类的属性。

注意：CATransform3D和CGAffineTransform分表表示4*4和3*3的数学矩阵，在Swift和OC中都是用结构体表示的。

属性m34指矩阵的第3行第4列，这个属性比较常用，表示透视效果，m34 = -1 / D，D可以理解为相机距离，D越小，透视效果越明显，必须在有旋转效果的前提下，才会看到透视效果。

相机距离

对于普通应用程序中的UI元素，相机距离大概可以表示：
0.1 ... 500：非常接近，透视失真。
750 ... 2,000：视角不错，内容清晰可见。
2000+：几乎没有透视失真。

对于Office Buddy应用程序，1000点的距离将为菜单提供一个非常微妙的视角。

将以下代码添加到menuTransform(percent:)的底部：

let remainingPercent = 1.0 - percent
let angle = remainingPercent * .pi * -0.5

将以下代码添加到menuTransform(percent:)的底部：

let rotationTransform = CATransform3DRotate(identity, angle, 0.0, 1.0, 0.0)
let translationTransform = CATransform3DMakeTranslation(menuWidth * percent, 0, 0)
return CATransform3DConcat(rotationTransform, translationTransform)

在这里，使用rotationTransform将图层绕y轴旋转。菜单从左侧移动，因此还需要创建平移变换以沿x轴移动它，最终将菜单宽度设置为100％。最后，连接两个转换并返回结果。

从setMenu(toPercent:)中删除下面：

menuViewController.view.frame.origin.x = menuWidth * CGFloat(percent) - menuWidth

替代为：

menuViewController.view.layer.transform = menuTransform(percent: percent)

菜单栏的位置通过转换来控制了。

运行项目，向右平移查看菜单如何围绕其y轴旋转：

菜单以3D形式旋转，但它围绕其水平中心旋转，菜单与内容视图控制器中间有间隙。

移动图层的锚点

默认情况下，图层的锚点的x坐标为0.5，表示它位于中心。将锚点的x设置为1.0，就不会出现上面的那种间隙，如下所示：

所有变换都是围绕图层的锚点计算的。

在viewDidLoad()中找到以下行：

menuViewController.view.frame = CGRect(x: -menuWidth, y: 0, width: menuWidth, height: view.frame.height)

现在在该行上方插入以下代码（在设置视图帧之前插入行非常重要，否则设置锚点将偏移视图）：

menuViewController.view.layer.anchorPoint.x = 1.0

这会使菜单围绕其右边缘旋转。

运行效果：

这看起来好多了！

通过阴影创建远景

阴影为3D动画带来了很多真实感。这里不需要使用任何先进的着色技术，只要旋转时更改alpha。

将以下代码添加到setMenu(toPercent:)：

menuViewController.view.alpha = CGFloat(max(0.2, percent))

0.2让菜单最小还可见，百分比让菜单越小透明度越低。

由于此应用程序的背景为黑色，因此降低菜单视图的alpha值会使菜单中显示黑色并模拟阴影效果。

运行效果：

这是一个让3D效果更加真实的小细节。

如果仔细观察，会发现第一次点击按钮时，菜单不是以3D效果展示，以后才是。这是因为第一次切换菜单之前，设置3D动画参数和图层转换。在viewDidLoad()中添加：

setMenu(toPercent: 0.0)

光栅化的效率

让动画更加“完美”。如果在来回平移时盯着菜单足够长，会注意到菜单项的边框看起来像素化，如下所示：

核心动画不断重绘菜单视图控制器的所有内容，并在所有元素移动时重新计算所有元素的透视失真，这个过程中会出现锯齿状边缘。

最好让Core Animation知道我们不会在动画期间更改菜单内容，以便它可以渲染菜单一次并简单地旋转渲染和缓存的图像。这听起来很复杂，但很容易实现。

找到handleGesture()中的.began代码块，此代码在用户平移操作时执行。

将以下代码添加到.began代码块的末尾：

menuViewController.view.layer.shouldRasterize = true
menuViewController.view.layer.rasterizationScale = UIScreen.main.scale

shouldRasterize让核心动画将图层内容缓存为图像。然后设置rasterizationScale以匹配当前的屏幕比例。

运行，效果：

为避免在使用应用程序时进行任何不必要的缓存，应该在动画完成后立即关闭光栅化。在.failed代码块找到动画完成闭包并添加以下代码：

self.menuViewController.view.layer.shouldRasterize = false

现在，只在动画期间激活光栅化。提高了效率！😊

菜单按钮的3D旋转动画

菜单展示时，菜单按钮也进行自身的旋转。具体来说，您将围绕x轴和y轴创建旋转，以使菜单按钮在其对角线上翻转。

在ContainerViewController的setMenu(toPercent:)中添加：

let centerVC = centerViewController.viewControllers.first as? CenterViewController
if let menuButton = centerVC?.menuButton {
    menuButton.imageView.layer.transform = buttonTransform(percent: percent)
}

buttonTransform函数为：

func buttonTransform(percent: CGFloat) -> CATransform3D {
    var identity = CATransform3DIdentity
    identity.m34 = -1.0/1000

    let angle = percent * .pi
    let rotationTransform = CATransform3DRotate(identity, angle, 1.0, 1.0, 0.0)

    return rotationTransform
}

效果如下：

25-中级3D动画

在上一章24-简单3D动画中，学习了将透视应用到单个视图制作出简单的3D效果的动画；事实上，一旦我们知道m34和相机距离的秘密，就可以创建各种3D动画。

本章以前面的内容为基础，学习如何使用多个视图创建有意思的3D动画。

本章的开始项目 ***ImageGallery***是一个简单的飓风图库。

探索开始项目

本章的开始项目是：

只是一个空白屏幕，顶部有两个按钮。

打开ViewController.swift，会看到一个名为images的数组，此数组就是一些图片信息。

ImagViewCard类继承自UIImageView并且有一个字符串属性title来保存飓风标题，有一个名为didSelect的属性，以便您可以轻松地在图像上设置点击处理程序。

第一个任务是将所有图像添加到视图控制器的视图中。将以下代码添加到viewDidAppeae(_:)的末尾：

for image in images {
    image.layer.anchorPoint.y = 0.0
    image.frame = view.bounds

    view.addSubview(image)
}

在上面的代码中，循环遍历所有图像，在y轴上将每个图像的锚点设置为0.0，并调整每个图像的大小，使其占据整个屏幕。设置锚点可让图像围绕其上边缘而不是中心的默认值旋转，如下图所示：

运行只会看到最后一张图片Hurricane Irene，因为图片位置相同，叠加在一起来

显示飓风图像的名字，在viewDidAppear(_:)的末尾添加以下行：

navigationItem.title = images.last?.title

注意，目前没有在图像上设置任何透视转换;之后将直接在视图控制器的视图上设置透视图。

在上一章中，在单个视图上调整了transform属性，然后在3D空间中旋转它。但是，由于您当前的项目有更多的个人视图，需要在3D中操作，您可以设置其父视图的透视图，从而节省大量工作。

将以下代码添加到viewDidAppear(_:)：

var perspective = CATransform3DIdentity
perspective.m34 = -1.0/250.0
view.layer.sublayerTransform = perspective

在这里，您可以使用图层属性sublayerTransform来设置视图控制器图层的所有子图层的透视图。然后将子层转换与每个单独层的自身变换组合。

这使您可以专注于管理子视图的旋转或平移，而无需担心透视。您将在下一节中更详细地了解它的工作原理。

改变图库

toggleGallery(_:)连接着右上方的“浏览”按钮，在此处将3D变换应用于四个图像。

将以下变量添加到toggleGallery(_:)：

var imageYOffset: CGFloat = 50.0

for subview in view.subviews {
    guard let image = subview as? ImageViewCard else {
        continue
    }
}

由于您不只是将所有图像旋转到原位而只是移动它们以产生”扇形“动画，因此您可以使用imageYOffset来设置每个图像的偏移。接下来，您需要遍历所有图像并运行其各自的动画。

在这里，您循环浏览视图控制器视图的所有子视图，并仅对作为ImageViewCard实例的子视图执行操作。在上面添加的guard块之后添加以下代码，以替换此处的更多代码注释：

var imageTransform = CATransform3DIdentity
// 1
imageTransform = CATransform3DTranslate(imageTransform, 0.0, imageYOffset, 0.0)
// 2
imageTransform = CATransform3DScale(imageTransform, 0.95, 0.6, 1.0)
// 3
imageTransform = CATransform3DRotate(imageTransform, .pi/8, -1.0, 0.0, 0.0)

首先将标识转换分配给imageTransform，然后对其添加一系列调整。这是每个单独的调整对图像的作用：

// 1 使用CATransform3DTranslate在y轴上移动图像; 这会使图像偏离其默认的0.0 y坐标，如下所示：

之后，将要分别计算每个图像的imageYOffset，否则图片还是叠加在一起。

// 2 通过使用CATransform3DScale调整转换的比例分量来缩放图像。可以在x轴上稍微缩小图像，但是在y轴上将其缩小到60％以丰富旋转3D效果：

// 3 最后，使用CATransform3DRotate将图像旋转22.5度，使其具有一些透视变形，如下所示：

请记住，之前已经设置了锚点，因此图像围绕其顶部边缘旋转。

现在你看到通过view.layer.sublayerTransform设置上面的m34值的值; 您的旋转变换只需重新使用子层变换中的m34值，而无需在此处应用它。那很方便！

现在剩下的就是将转换应用于每个图像。添加以下行（仍在for代码块中）：

image.layer.transform = imageTransform

将以下行添加到for块的末尾，修改每个图像的位置：

imageYOffset += view.frame.height / CGFloat(images.count)

这会调整每个图像的y偏移量，具体取决于它在堆栈中的位置。将屏幕高度除以图像数量，以便它们在屏幕上均匀分布。运行后效果：

下面让它动起来！

动画图库

在上面的image.layer.transform = imageTransform的前面添加：

let animation = CABasicAnimation(keyPath: "transform")
animation.fromValue = NSValue(caTransform3D: image.layer.transform)
animation.toValue = NSValue(caTransform3D: imageTransform)
animation.duration = 0.33
image.layer.add(animation, forKey: nil)

这段代码非常熟悉：在transform属性上创建一个图层动画，并将其从当前值设置为之前设计的imageTransform。运行后，点击“浏览”按钮，效果：

你现在已经完成了画廊; 当您在用户点击“浏览”按钮时添加关闭风扇的功能时，您将在“挑战”部分重新访问它。

切换图库

这小结工作是将使“浏览”按钮可以关闭图库视图。

向ViewController添加一个isGalleryOpen的新属性，并将其初始值设置为false。

需要在代码中的两个位置更新此属性的值：

在toggleGallery(_:)结束时将其设置为true
在selectImage(selectedImage:)结束时将其设置为false

在toggleGallery()的顶部，添加一个检查以查看图库是否已打开。如果打开，则遍历所有图像并将其转换设置为原始值。不要忘记重置isGalleryOpen并返回，因此其余的方法代码也不会执行。

if isGalleryOpen {
    for subview in view.subviews {
        guard let image = subview as? ImageViewCard else {
            continue
        }

        let animation = CABasicAnimation(keyPath: "transform")
        animation.fromValue = NSValue(caTransform3D: image.layer.transform)
        animation.toValue = NSValue(caTransform3D: CATransform3DIdentity)
        animation.duration = 0.33

        image.layer.add(animation, forKey: nil)
        image.layer.transform = CATransform3DIdentity

    }

    isGalleryOpen = false
    return
}

本章的最后效果：

本文在我的个人博客中地址：系统学习iOS动画之六：3D动画