Android图形动画

一、动画基础

本质

每帧绘制不同的内容。

基本过程

开始动画后，调用View的invalidate触发重绘。重绘后检查动画是否停止，若未停止则继续调用invalidate触发下一帧（下一次重绘），直到动画结束。

重绘时View的draw方法会被调用，根据动画的进行绘制不同的内容，如某个被绘制元素的大小变化、角度旋转、透明度变化等，这样即会产生动画。

动画的推进过程一般都会有一个变化量，这个变量会被用到draw方法内元素的绘制。一般的变量都是时间，也可以是手指移动、传感器等任何其他的变量。

Android中的动画支持

Animation：早期实现的让View整体做动画的类。能让View做Matrix（移动、缩放、旋转、3D旋转）和Alpha（透明）的动画。

Animator：有硬件加速后为做动画实现的类。能方便的让View整体做动画；也可以只产生随时间变化的变量，用来在onDraw里做绘图级的动画。比Animation灵活很多。

AnimationDrawable：图片逐帧动画。主要用来播放提前制作好的动画。

在哪个级别做动画

让整个View做动画（比如整个View平移、旋转等）很简单方便，一般调用几行代码就行。我把它称作View级的动画。

在View的draw/onDraw里通过Canvas来绘制时做动画更灵活，更精细，能力更强大。我把它称作绘图级的动画。（View级的动画本质上也是这么做的，只是Android系统帮我们做了大部分工作）

绘图级的动画

这篇文章主要讲绘图级的动画。

下面来一段绘图级动画的典型实现：

class MyView extends View {

void startAnimator() {

ValueAnimator animator = ValueAnimator.ofFloat(1f, 0f);

animator.start();

invalidate();

}

protected void onDraw(Canvas canvas) {

if (animator.isRunning()) {

float ratio = (Float)animator.getAnimatedValue();

canvas.rotate(ratio*360);

canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, null);

invalidate();

}

...

}

有了不断变化的ratio变量，绘图级动画就可以大展身手了。

绘图级动画的强大能力来自绘图API的强大能力，下面主要讲绘图API。

二、绘图API

Matrix

Canvas.[translate,scale,rotate,skew]方法

Matrix.set/pre/post[translate,scale,rotate,skew]方法

平移、缩放、旋转、斜切。

从使用API的角度来看，我们通过调用Canvas.translate等方法，可以使后续在此Canvas上绘制操作的绘制区域变化，如translate(5,0)，则后续所有绘制操作的绘制区域都会向右移动5个像素。

原理：Canvas里有一个Matrix，Canvas上的这几个调用都会最终调用到Matrix.pre*。这个Matrix保存整个变换过程。当有Canvas.draw时，要绘制的点都会经过Matrix.mapPoints方法做一个映射。于是产生我们期望的变换效果。（事实上映射的时候只需要映射关键点，其他的是插值来的）

关于Matrix的更多信息

set/pre/post的区别：set是设置，冲掉以前的数据。pre是前乘，post是后乘，根本上讲就是生效顺序不同。具体表现效果可在网上搜索资料。

setPolyToPoly：与mapPoints方法相反，mapPoints是通过矩阵把原始点映射为目标点。setPolyToPoly是输入原始点和映射后的目标点，计算出这个矩阵。

Camera：有透视效果的3D旋转。Camera是一个生成Matrix的工具类。可用来生成有透视效果的3D旋转。

Canvas.draw*方法

Canvas.draw-Point/s

Canvas.draw-Line/s

Canvas.draw-Rect,RoundRect,Circle,Oval,Arc,Path

Canvas.draw-Text

Canvas.draw-Bitmap,BitmapMesh

Canvas.draw-Color,Paint

这些方法都表示绘制一个区域。绘制的区域中究竟填充什么颜色，由Paint决定。

Color,Paint,Bitmap,BitmapMesh这几个则除了指定绘制区域外，还指定了填充内容。

Path功能比较强大，可自行组织成任何形状，还可以用贝塞尔曲线。

这些方法基本上都很好理解，从名字上即可看出其功能。这里重点提一下drawBitmapMesh。

drawBitmapMesh是输入一个网格模型，绘制出的图片内容将依据这个网格来扭曲。可以想像成把图片画在一块有弹性的布上，当我们把布的某些区域扯动的时候，会形成画面扭曲效果。

示例：假设有个30x30大小的图片，我们建立这样的网格输入：

0,0, 15,0, 30,0,

0,15, 15,15, 30,15,

0,30, 15,30, 30,30

则图片会原样输出，没有任何扭曲。

如果我们建立这样的网格输入：

0,0, 15,12, 30,0,

0,15, 15,15, 30,15,

0,30, 15,30, 30,30

则原本[15,0]的点会被绘制到[15,12]的位置上去。图片绘制出来后，上面部分会缺一块，形成用手把图片从上边中间位置往下拉的扭曲效果。但很锐利，上面缺的一块是个三角形而不会是半圆型，通常我们希望的是半圆型，这就需要我们把这个网格建得密一些。

Alpha通道

每个Color里可以有四个通道ARGB，其中RGB是红绿蓝，A即Alpha通道，它通常的作用是用来作为此颜色的透明度。

因为我们的显示屏是没法透明的，因此最终显示在屏幕上的颜色里可以认为没有Alpha通道。Alpha通道主要在两个图像混合的时候生效。

默认情况下，当一个颜色绘制到Canvas上时的混合模式是这样计算的：(RGB通道) 最终颜色 = 绘制的颜色 + (1 - 绘制颜色的透明度) × Canvas上的原有颜色。

注意：

1.这里我们一般把每个通道的取值从0到255映射到0到1的浮点数表示。

2.这里等式右边的“绘制的颜色"、“Canvas上的原有颜色”都是经过预乘了自己的Alpha通道的值。如绘制颜色：0x88ffffff，那么参与运算时的每个颜色通道的值不是1.0，而是(1.0 * 0.53125 = 0.53125)。

使用这种方式的混合，就会造成后绘制的内容以半透明的方式叠在上面的视觉效果。

其实还可以有不同的混合模式供我们选择，用Paint.setXfermode，指定不同的PorterDuff.Mode。

下表是各个PorterDuff模式的混合计算公式：（D指原本在Canvas上的内容dst，S指绘制输入的内容src，a指alpha通道，c指RGB各个通道）

ADD	Saturate(S + D)
CLEAR	[0, 0]
DARKEN	[Sa + Da - SaDa, Sc(1 - Da) + Dc*(1 - Sa) + min(Sc, Dc)]
DST	[Da, Dc]
DST_ATOP	[Sa, Sa * Dc + Sc * (1 - Da)]
DST_IN	[Sa * Da, Sa * Dc]
DST_OUT	[Da * (1 - Sa), Dc * (1 - Sa)]
DST_OVER	[Sa + (1 - Sa)Da, Rc = Dc + (1 - Da)Sc]
LIGHTEN	[Sa + Da - SaDa, Sc(1 - Da) + Dc*(1 - Sa) + max(Sc, Dc)]
MULTIPLY	[Sa * Da, Sc * Dc]
SCREEN	[Sa + Da - Sa * Da, Sc + Dc - Sc * Dc]
SRC	[Sa, Sc]
SRC_ATOP	[Da, Sc * Da + (1 - Sa) * Dc]
SRC_IN	[Sa * Da, Sc * Da]
SRC_OUT	[Sa * (1 - Da), Sc * (1 - Da)]
SRC_OVER	[Sa + (1 - Sa)Da, Rc = Sc + (1 - Sa)Dc]
XOR	[Sa + Da - 2 * Sa * Da, Sc * (1 - Da) + (1 - Sa) * Dc]

可以发现，我们之前的默认混合模式其实就是SRC_OVER。

通过选择其他的PorterDuff模式，我们可以达到一些特殊的效果：

使用DST_OVER的话，相当于后绘制的内容作为背景在底下。

使用DST_IN/DST_OUT的话，可以裁剪Canvas里的内容，或用一张带alpha的图片mask指定哪些区域显示/不显示。

通过选择SRC_ATOP可以只在Canvas上有内容（不透明）的地方绘制。

用一张示例图来查看使用不同模式时的混合效果（src表示输入的图，dst表示原Canvas上的内容）：

填充颜色

之前说过Canvas.draw*指定了绘制的区域。而区域里的填充颜色是由Paint来指定的。

Paint.setColor指定纯色。

Paint.setShader可指定：BitmapShader, LinearGradient, RadialGradient, SweepGradient, ComposeShader。

BitmapShader：图片填充。

LinearGradient, RadialGradient, SweepGradient：渐变填充。

ComposeShader：叠加前面的某两种。可选择PorterDuff混合模式。

如果既调用了setColor，又调用了setShader，则setShader生效。如果同时用setColor或setAlpha设置了透明度，则透明度也会生效。（会和Shader的透明度叠加）

如果使用drawBitmap输入一个只有alpha的图片（可用Bitmap.extractAlpha方法获得），则会以alpha图片为mask，绘制出shader/color的颜色。

ColorFilter

通过ColorFilter可以对一次绘制的所有像素做一个通用处理。

Paint.setColorFilter: LightingColorFilter, PorterDuffColorFilter, ColorMatrixColorFilter。

这可以整体上改变这一次draw的内容，比如让颜色更暗、更亮等。

这里重点介绍下ColorMatrixColorFilter。

ColorMatrix是4x5矩阵，定义其每个元素如下：

{ a, b, c, d, e,

f, g, h, i, j,

k, l, m, n, o,

p, q, r, s, t }

则ColorMatrix的最终运算方式如下：

R' = a*R + b*G + c*B + d*A + e;
G' = f*R + g*G + h*B + i*A + j;
B' = k*R + l*G + m*B + n*A + o;
A' = p*R + q*G + r*B + s*A + t;

可在这里方便的试验flash在线版。

绘图API架构

整个绘制流水线大概如下：（我们能定义的部分用蓝色表示）

考虑动画实现的时候一般从两个角度来思考：

宏观角度：有几个变化量，分别是什么。动画从开始到结束的流程。

微观角度：从某一帧上去想，在变化量为某个数值时的图像，该怎么绘制。

把这两者分开去想，就会比较清晰。

PPT里有示例，可以参照DEMO来熟悉：