CALayer及动画

2019-11-09 18:47:11

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供稿：网友

转自http://www.cnblogs.com/kenshincui/p/3972100.html

1.CALayer

CALayer简介

在介绍动画操作之前我们必须先来了解一个动画中常用的对象CALayer。CALayer包含在QuartzCore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先来熟悉CALayer。

在上一篇文章中使用Quartz 2D绘图时大家其实已经用到了CALayer，当利用drawRect:方法绘图的本质就是绘制到了UIView的layer（属性）中，可是这个过程大家在上一节中根本体会不到。但是在Core Animation中我们操作更多的则不再是UIView而是直接面对CALayer。下图描绘了CALayer和UIView的关系，在UIView中有一个layer属性作为根图层，根图层上可以放其他子图层，在UIView中所有能够看到的内容都包含在layer中：

这里写图片描述

CALayer常用属性

在iOS中CALayer的设计主要是了为了内容展示和动画操作，CALayer本身并不包含在UIKit中，它不能响应事件。由于CALayer在设计之初就考虑它的动画操作功能，CALayer很多属性在修改时都能形成动画效果，这种属性称为“隐式动画属性”。但是对于UIView的根图层而言属性的修改并不形成动画效果，因为很多情况下根图层更多的充当容器的做用，如果它的属性变动形成动画效果会直接影响子图层。另外，UIView的根图层创建工作完全由iOS负责完成，无法重新创建，但是可以往根图层中添加子图层或移除子图层。

下表列出了CALayer常用的属性：这里写图片描述

隐式属性动画的本质是这些属性的变动默认隐含CABasicAnimation动画实现，详情大家可以参照Xcode帮助文档中“Animatable PRoperties”一节。在CALayer中很少使用frame属性，因为frame本身不支持动画效果，通常使用bounds和position代替。CALayer中透明度使用opacity表示而不是alpha；中心点使用position表示而不是center。anchorPoint属性是图层的锚点，范围在（0~1,0~1）表示在x、y轴的比例，这个点永远可以同position（中心点）重合，当图层中心点固定后，调整anchorPoint即可达到调整图层显示位置的作用（因为它永远和position重合）为了进一步说明anchorPoint的作用，假设有一个层大小100*100，现在中心点位置（50,50），由此可以得出frame（0,0,100,100）。上面说过anchorPoint默认为（0.5,0.5），同中心点position重合，此时使用图形描述如图1；当修改anchorPoint为（0,0），此时锚点处于图层左上角，但是中心点poition并不会改变，因此图层会向右下角移动，如图2；然后修改anchorPoint为（1,1,），position还是保持位置不变，锚点处于图层右下角，此时图层如图3。

这里写图片描述

CALayer绘图

上一篇文章中重点讨论了使用Quartz 2D绘图，当时调用了UIView的drawRect:方法绘制图形、图像，这种方式本质还是在图层中绘制，但是这里会着重介绍一下如何直接在图层中绘图。在图层中绘图的方式跟原来基本没有区别，只是drawRect:方法是由UIKit组件进行调用，因此里面可以使用一些UIKit封装的方法进行绘图，而直接绘制到图层的方法由于并非UIKit直接调用因此只能用原生的Core Graphics方法绘制。

图层绘图有两种方法，不管使用哪种方法绘制完必须调用图层的setNeedDisplay方法（注意是图层的方法，不是UIView的方法，前面我们介绍过UIView也有此方法）

通过图层代理drawLayer: inContext:方法绘制通过自定义图层drawInContext:方法绘制使用代理方法绘图

通过代理方法进行图层绘图只要指定图层的代理，然后在代理对象中重写-(void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx方法即可。需要注意这个方法虽然是代理方法但是不用手动实现CALayerDelegate，因为CALayer定义中给NSObject做了分类扩展，所有的NSObject都包含这个方法。另外设置完代理后必须要调用图层的setNeedDisplay方法，否则绘制的内容无法显示。

2.Core Animation

大家都知道在iOS中实现一个动画相当简单，只要调用UIView的块代码即可实现一个动画效果，这在其他系统开发中基本不可能实现。下面通过一个简单的UIView进行一个图片放大动画效果演示：

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; UIImage *image=[UIImage imageNamed:@"open2.png"]; UIImageView *imageView=[[UIImageView alloc]init]; imageView.image=image; imageView.frame=CGRectMake(120, 140, 80, 80); [self.view addSubview:imageView]; //两秒后开始一个持续一分钟的动画 [UIView animateWithDuration:1 delay:2 options:UIViewAnimationOptionBeginFromCurrentState animations:^{ imageView.frame=CGRectMake(80, 100, 160, 160); } completion:nil];}

使用上面UIView封装的方法进行动画设置固然十分方便，但是具体动画如何实现我们是不清楚的，而且上面的代码还有一些问题是无法解决的，例如：如何控制动画的暂停？如何进行动画的组合？。。。

这里就需要了解iOS的核心动画Core Animation（包含在Quartz Core框架中）。在iOS中核心动画分为几类：基础动画、关键帧动画、动画组、转场动画。各个类的关系大致如下：这里写图片描述 CAAnimation：核心动画的基础类，不能直接使用，负责动画运行时间、速度的控制，本身实现了CAMediaTiming协议。

CAPropertyAnimation：属性动画的基类（通过属性进行动画设置，注意是可动画属性），不能直接使用。

CAAnimationGroup：动画组，动画组是一种组合模式设计，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，主要通过滤镜进行动画效果设置。

CABasicAnimation：基础动画，通过属性修改进行动画参数控制，只有初始状态和结束状态。

CAKeyframeAnimation：关键帧动画，同样是通过属性进行动画参数控制，但是同基础动画不同的是它可以有多个状态控制。

基础动画、关键帧动画都属于属性动画，就是通过修改属性值产生动画效果，开发人员只需要设置初始值和结束值，中间的过程动画（又叫“补间动画”）由系统自动计算产生。和基础动画不同的是关键帧动画可以设置多个属性值，每两个属性中间的补间动画由系统自动完成，因此从这个角度而言基础动画又可以看成是有两个关键帧的关键帧动画。

基础动画

在开发过程中很多情况下通过基础动画就可以满足开发需求，前面例子中使用的UIView代码块进行图像放大缩小的演示动画也是基础动画（在iOS7中UIView也对关键帧动画进行了封装），只是UIView装饰方法隐藏了更多的细节。如果不使用UIView封装的方法，动画创建一般分为以下几步：

1.初始化动画并设置动画属性

2.设置动画属性初始值（可以省略）、结束值以及其他动画属性

3.给图层添加动画

下面以一个移动动画为例进行演示，在这个例子中点击屏幕哪个位置落花将飞向哪里。

关键帧动画

熟悉Flash开发的朋友对于关键帧动画应该不陌生，这种动画方式在flash开发中经常用到。关键帧动画就是在动画控制过程中开发者指定主要的动画状态，至于各个状态间动画如何进行则由系统自动运算补充（每两个关键帧之间系统形成的动画称为“补间动画”），这种动画的好处就是开发者不用逐个控制每个动画帧，而只要关心几个关键帧的状态即可。

关键帧动画开发分为两种形式：一种是通过设置不同的属性值进行关键帧控制，另一种是通过绘制路径进行关键帧控制。后者优先级高于前者，如果设置了路径则属性值就不再起作用。

对于前面的落花动画效果而言其实落花的过程并不自然，很显然实际生活中它不可能沿着直线下落，这里我们不妨通过关键帧动画的values属性控制它在下落过程中的属性。

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; //设置背景(注意这个图片其实在根图层) UIImage *backgroundImage=[UIImage imageNamed:@"background.jpg"]; self.view.backgroundColor=[UIColor colorWithPatternImage:backgroundImage]; //自定义一个图层 _layer=[[CALayer alloc]init]; _layer.bounds=CGRectMake(0, 0, 10, 20); _layer.position=CGPointMake(50, 150); _layer.contents=(id)[UIImage imageNamed:@"petal.png"].CGImage; [self.view.layer addSublayer:_layer]; //创建动画 [self translationAnimation];}#pragma mark 1关键帧动画-(void)translationAnimation{ //1.创建关键帧动画并设置动画属性 CAKeyframeAnimation *keyframeAnimation=[CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"]; //2.设置关键帧,这里有四个关键帧 NSValue *key1=[NSValue valueWithCGPoint:_layer.position];//对于关键帧动画初始值不能省略 NSValue *key2=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(80, 220)]; NSValue *key3=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(45, 300)]; NSValue *key4=[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(55, 400)]; NSArray *values=@[key1,key2,key3,key4]; keyframeAnimation.values=values; //设置其他属性 keyframeAnimation.duration=8.0; keyframeAnimation.beginTime=CACurrentMediaTime()+2;//设置延迟2秒执行 //3.添加动画到图层，添加动画后就会执行动画 [_layer addAnimation:keyframeAnimation forKey:@"KCKeyframeAnimation_Position"];}#pragma mark 2关键帧动画贝塞尔曲线-(void)translationAnimation{ //1.创建关键帧动画并设置动画属性 CAKeyframeAnimation *keyframeAnimation=[CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"]; //2.设置路径 //绘制贝塞尔曲线 CGPathRef path=CGPathCreateMutable(); CGPathMoveToPoint(path, NULL, _layer.position.x, _layer.position.y);//移动到起始点 CGPathAddCurveToPoint(path, NULL, 160, 280, -30, 300, 55, 400);//绘制二次贝塞尔曲线 keyframeAnimation.path=path;//设置path属性 CGPathRelease(path);//释放路径对象 //设置其他属性 keyframeAnimation.duration=8.0; keyframeAnimation.beginTime=CACurrentMediaTime()+5;//设置延迟2秒执行 //3.添加动画到图层，添加动画后就会执行动画 [_layer addAnimation:keyframeAnimation forKey:@"KCKeyframeAnimation_Position"];}

动画组

实际开发中一个物体的运动往往是复合运动，单一属性的运动情况比较少，但恰恰属性动画每次进行动画设置时一次只能设置一个属性进行动画控制(不管是基础动画还是关键帧动画都是如此)，这样一来要做一个复合运动的动画就必须创建多个属性动画进行组合。对于一两种动画的组合或许处理起来还比较容易，但是对于更多动画的组合控制往往会变得很麻烦，动画组的产生就是基于这样一种情况而产生的。动画组是一系列动画的组合，凡是添加到动画组中的动画都受控于动画组，这样一来各类动画公共的行为就可以统一进行控制而不必单独设置，而且放到动画组中的各个动画可以并发执行，共同构建出复杂的动画效果。

动画组使用起来并不复杂，首先单独创建单个动画（可以是基础动画也可以是关键帧动画），然后将基础动画添加到动画组，最后将动画组添加到图层即可。

前面关键帧动画部分，路径动画看起来效果虽然很流畅，但是落花本身的旋转运动没有了，这里不妨将基础动画部分的旋转动画和路径关键帧动画进行组合使得整个动画看起来更加的和谐、顺畅。

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; //设置背景(注意这个图片其实在根图层) UIImage *backgroundImage=[UIImage imageNamed:@"background.jpg"]; self.view.backgroundColor=[UIColor colorWithPatternImage:backgroundImage]; //自定义一个图层 _layer=[[CALayer alloc]init]; _layer.bounds=CGRectMake(0, 0, 10, 20); _layer.position=CGPointMake(50, 150); _layer.contents=(id)[UIImage imageNamed:@"petal.png"].CGImage; [self.view.layer addSublayer:_layer]; //创建动画 [self groupAnimation];}#pragma mark 基础旋转动画-(CABasicAnimation *)rotationAnimation{ CABasicAnimation *basicAnimation=[CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.rotation.z"]; CGFloat toValue=M_PI_2*3; basicAnimation.toValue=[NSNumber numberWithFloat:M_PI_2*3];// basicAnimation.duration=6.0; basicAnimation.autoreverses=true; basicAnimation.repeatCount=HUGE_VALF; basicAnimation.removedOnCompletion=NO; [basicAnimation setValue:[NSNumber numberWithFloat:toValue] forKey:@"KCBasicAnimationProperty_ToValue"]; return basicAnimation;}#pragma mark 关键帧移动动画-(CAKeyframeAnimation *)translationAnimation{ CAKeyframeAnimation *keyframeAnimation=[CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"]; CGPoint endPoint= CGPointMake(55, 400); CGPathRef path=CGPathCreateMutable(); CGPathMoveToPoint(path, NULL, _layer.position.x, _layer.position.y); CGPathAddCurveToPoint(path, NULL, 160, 280, -30, 300, endPoint.x, endPoint.y); keyframeAnimation.path=path; CGPathRelease(path); [keyframeAnimation setValue:[NSValue valueWithCGPoint:endPoint] forKey:@"KCKeyframeAnimationProperty_EndPosition"]; return keyframeAnimation;}#pragma mark 创建动画组-(void)groupAnimation{ //1.创建动画组 CAAnimationGroup *animationGroup=[CAAnimationGroup animation]; //2.设置组中的动画和其他属性 CABasicAnimation *basicAnimation=[self rotationAnimation]; CAKeyframeAnimation *keyframeAnimation=[self translationAnimation]; animationGroup.animations=@[basicAnimation,keyframeAnimation]; animationGroup.delegate=self; animationGroup.duration=10.0;//设置动画时间，如果动画组中动画已经设置过动画属性则不再生效 animationGroup.beginTime=CACurrentMediaTime()+5;//延迟五秒执行 //3.给图层添加动画 [_layer addAnimation:animationGroup forKey:nil];}#pragma mark - 代理方法#pragma mark 动画完成-(void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag{ CAAnimationGroup *animationGroup=(CAAnimationGroup *)anim; CABasicAnimation *basicAnimation=animationGroup.animations[0]; CAKeyframeAnimation *keyframeAnimation=animationGroup.animations[1]; CGFloat toValue=[[basicAnimation valueForKey:@"KCBasicAnimationProperty_ToValue"] floatValue]; CGPoint endPoint=[[keyframeAnimation valueForKey:@"KCKeyframeAnimationProperty_EndPosition"] CGPointValue]; [CATransaction begin]; [CATransaction setDisableActions:YES]; //设置动画最终状态 _layer.position=endPoint; _layer.transform=CATransform3DMakeRotation(toValue, 0, 0, 1); [CATransaction commit];}

转场动画

转场动画就是从一个场景以动画的形式过渡到另一个场景。转场动画的使用一般分为以下几个步骤：

1.创建转场动画

2.设置转场类型、子类型（可选）及其他属性

3.设置转场后的新视图并添加动画到图层

下表列出了常用的转场类型(注意私有API是苹果官方没有公开的动画类型，但是目前通过仍然可以使用)

这里写图片描述

另外对于支持方向设置的动画类型还包含子类型：

这里写图片描述

实现一个图片浏览器转场功能

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; //定义图片控件 _imageView=[[UIImageView alloc]init]; _imageView.frame=[UIScreen mainScreen].applicationFrame; _imageView.contentMode=UIViewContentModeScaleaspectFit; _imageView.image=[UIImage imageNamed:@"0.jpg"];//默认图片 [self.view addSubview:_imageView]; //添加手势 UISwipeGestureRecognizer *leftSwipeGesture=[[UISwipeGestureRecognizer alloc]initWithTarget:self action:@selector(leftSwipe:)]; leftSwipeGesture.direction=UISwipeGestureRecognizerDirectionLeft; [self.view addGestureRecognizer:leftSwipeGesture]; UISwipeGestureRecognizer *rightSwipeGesture=[[UISwipeGestureRecognizer alloc]initWithTarget:self action:@selector(rightSwipe:)]; rightSwipeGesture.direction=UISwipeGestureRecognizerDirectionRight; [self.view addGestureRecognizer:rightSwipeGesture];}#pragma mark 向左滑动浏览下一张图片-(void)leftSwipe:(UISwipeGestureRecognizer *)gesture{ [self transitionAnimation:YES];}#pragma mark 向右滑动浏览上一张图片-(void)rightSwipe:(UISwipeGestureRecognizer *)gesture{ [self transitionAnimation:NO];}#pragma mark 转场动画-(void)transitionAnimation:(BOOL)isNext{ //1.创建转场动画对象 CATransition *transition=[[CATransition alloc]init]; //2.设置动画类型,注意对于苹果官方没公开的动画类型只能使用字符串，并没有对应的常量定义 transition.type=@"cube"; //设置子类型 if (isNext) { transition.subtype=kCATransitionFromRight; }else{ transition.subtype=kCATransitionFromLeft; } //设置动画时常 transition.duration=1.0f; //3.设置转场后的新视图添加转场动画 _imageView.image=[self getImage:isNext]; [_imageView.layer addAnimation:transition forKey:@"KCTransitionAnimation"];}#pragma mark 取得当前图片-(UIImage *)getImage:(BOOL)isNext{ if (isNext) { _currentIndex=(_currentIndex+1)%IMAGE_COUNT; }else{ _currentIndex=(_currentIndex-1+IMAGE_COUNT)%IMAGE_COUNT; } NSString *imageName=[NSString stringWithFormat:@"%i.jpg",_currentIndex]; return [UIImage imageNamed:imageName];}

逐帧动画

前面介绍了核心动画中大部分动画类型，但是做过动画处理的朋友都知道，在动画制作中还有一种动画类型“逐帧动画”。说到逐帧动画相信很多朋友第一个想到的就是UIImageView，通过设置UIImageView的animationImages属性，然后调用它的startAnimating方法去播放这组图片。当然这种方法在某些场景下是可以达到逐帧的动画效果，但是它也存在着很大的性能问题，并且这种方法一旦设置完图片中间的过程就无法控制了。当然，也许有朋友会想到利用iOS的定时器NSTimer定时更新图片来达到逐帧动画的效果。这种方式确实可以解决UIImageView一次性加载大量图片的问题，而且让播放过程可控，唯一的缺点就是定时器方法调用有时可能会因为当前系统执行某种比较占用时间的任务造成动画连续性出现问题。

虽然在核心动画没有直接提供逐帧动画类型，但是却提供了用于完成逐帧动画的相关对象CADisplayLink。CADisplayLink是一个计时器，但是同NSTimer不同的是，CADisplayLink的刷新周期同屏幕完全一致。例如在iOS中屏幕刷新周期是60次/秒，CADisplayLink刷新周期同屏幕刷新一致也是60次/秒，这样一来使用它完成的逐帧动画（又称为“时钟动画”）完全感觉不到动画的停滞情况。

在iOS开篇“IOS开发系列–IOS程序开发概览”中就曾说过：iOS程序在运行后就进入一个消息循环中（这个消息循环称为“主运行循环”），整个程序相当于进入一个死循环中，始终等待用户输入。将CADisplayLink加入到主运行循环队列后，它的时钟周期就和主运行循环保持一致，而主运行循环周期就是屏幕刷新周期。在CADisplayLink加入到主运行循环队列后就会循环调用目标方法，在这个方法中更新视图内容就可以完成逐帧动画。

当然这里不得不强调的是逐帧动画性能势必较低，但是对于一些事物的运动又不得不选择使用逐帧动画，例如人的运动，这是一个高度复杂的运动，基本动画、关键帧动画是不可能解决的。所大家一定要注意在循环方法中尽可能的降低算法复杂度，同时保证循环过程中内存峰值尽可能低。下面以一个鱼的运动为例为大家演示一下逐帧动画。

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; //设置背景 self.view.layer.contents=(id)[UIImage imageNamed:@"bg.png"].CGImage; //创建图像显示图层 _layer=[[CALayer alloc]init]; _layer.bounds=CGRectMake(0, 0, 87, 32); _layer.position=CGPointMake(160, 284); [self.view.layer addSublayer:_layer]; //由于鱼的图片在循环中会不断创建，而10张鱼的照片相对都很小 //与其在循环中不断创建UIImage不如直接将10张图片缓存起来 _images=[NSMutableArray array]; for (int i=0; i<10; ++i) { NSString *imageName=[NSString stringWithFormat:@"fish%i.png",i]; UIImage *image=[UIImage imageNamed:imageName]; [_images addObject:image]; } //定义时钟对象 CADisplayLink *displayLink=[CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(step)]; //添加时钟对象到主运行循环 [displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];}#pragma mark 每次屏幕刷新就会执行一次此方法(每秒接近60次)-(void)step{ //定义一个变量记录执行次数 static int s=0; //每秒执行6次 if (++s%10==0) { UIImage *image=_images[_index]; _layer.contents=(id)image.CGImage;//更新图片 _index=(_index+1)%IMAGE_COUNT; }}

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