When Math meets Android Animation (3)

Hujiawei Bujidao


     

When Math meets Android Animation (3)


当数学遇上动画:讲述ValueAnimatorTypeEvaluatorTimeInterpolator之间的恩恩怨怨(3)

上一节我们得到一个重要的结论,借助TimeInterpolator或者TypeEvaluator“单独” 来控制动画所产生的动画效果殊途同归!

此外,上一节结尾我们还说到,项目AnimationEasingFunctions和项目EaseInterpolator本质上是差不多的,都是定义了一些动画效果对应的函数曲线。前者是将其封装成了TypeEvaluator,后者是将其封装成了Interpolator

这一节我们来研究下这些函数曲线。

1 缓动函数曲线

下图显示了常见的这些函数曲线,到底这些函数曲线都是什么鬼呢?

img

这些函数曲线最早是由Robert Penner提出来用于实现补间动画的"Penner easing functions",这些曲线主要分成10类,包括"BACK", "BOUNCE", "CIRCULAR", "ELASTIC", "EXPO", "QUAD", "CUBIC", "QUART", "QUINT", "SINE",每一类下面都有缓动进入、缓动退出以及缓动进入和退出三种效果,所以共有30个。这些效果对照着函数曲线来看其实也挺好理解,"QUAD", "CUBIC", "QUART", "QUINT"分别对应着二次、三次、四次以及五次曲线,"SINE"对应正弦函数曲线,"EXPO"对应指数函数曲线等等。其中"BACK""ELASTIC"有上冲和下冲的效果。

Robert Penner在Github上开源了jQuery的版本实现,随后也就有了很多不同语言版本的实现,例如Java版本的jesusgollonet/processing-penner-easing以及代码家的Android版本的AnimationEasingFunctions等等。

这些版本的实现都是4个参数的,分别是起始值b、数值间隔c(结束值-起始值)、当前时间t、时间间隔d

//不带缓动,也就是前面说的“线性”估值器
function noEasing (t, b, c, d) {
	return c * (t / d) + b;
}

//带缓动效果,例如二次曲线形式
easeInQuad: function (t, b, c, d) { //缓动进入
	return c*(t/=d)*t + b;
},
easeOutQuad: function (t, b, c, d) {//缓动退出
	return -c *(t/=d)*(t-2) + b;
},
easeInOutQuad: function (t, b, c, d) {//缓动进入和退出
	if ((t/=d/2) < 1) return c/2*t*t + b;
	return -c/2 * ((--t)*(t-2) - 1) + b;
},

那为什么与之殊途同归的EaseInterpolator是1个参数的呢?

//QuadInOut Interpolator
public float getInterpolation(float input) {
  if((input /= 0.5f) < 1) {
    return 0.5f * input * input;
  }
  return -0.5f * ((--input) * (input - 2) - 1);
}

这是因为当Interpolator传入到后面的TypeEvaluator的时候就有了起始值、结束值以及时间间隔(时间间隔定义在缓动函数内部,只有部分缓动函数需要这个参数)这3个参数,可以参考下面的代码来理解,所以说,它们在本质上还是一样的!

fraction = getInterpolation(input)  ==> 这种1个参数形式其实也可以等效于 easingfunction(currentTime, 0, 1, totalTime)
value = evaluate(fraction, startValue, endValue) = startValue + fraction * (endValue - startValue)  

2 One more thing

看到这里的话,我们就会想啦,如果我们把函数曲线抽象出来,然后再提供相应的转换方法,使其轻轻松松地转换成InterpolatorTypeEvaluator的话,如此,岂不善哉?

所以,我就站在众多巨人们的肩膀上,写了一个新项目Yava,项目代码非常简单,而且代码很少只有4个重要的类,它实现的功能就是将抽象的函数曲线轻松转换成立即可用的InterpolatorTypeEvaluator,并且提供了常见的30个缓动函数(Easing Functions)的实现,它们既可以当做Interpolator来用,又可以当做TypeEvaluator来用,非常方便。

这里我直接把这4个重要类的代码贴出来吧。

(1) IFunction接口

/**
 * 函数接口:给定输入,得到输出
 */
public interface IFunction {
    float getValue(float input);
}

(2)AbstractFunction抽象类

/**
 * 抽象函数实现,既可以当做简单函数使用,也可以当做Interpolator或者TypeEvaluator去用于制作动画
 */
public abstract class AbstractFunction implements IFunction, Interpolator, TypeEvaluator<Float> {

    @Override
    public float getInterpolation(float input) {
        return getValue(input);
    }

    @Override
    public Float evaluate(float fraction, Float startValue, Float endValue) {
        return startValue + getValue(fraction) * (endValue - startValue);
    }
}

(3)Functions

/**
 * 工具类,将自定义的函数快速封装成AbstractFunction
 */
class Functions {

    public static AbstractFunction with(final IFunction function) {
        return new AbstractFunction() {
            @Override
            public float getValue(float input) {
                return function.getValue(input);
            }
        };
    }
}

(4)EasingFunction枚举:包含了30个常见的缓动函数

/**
 * 常见的30个缓动函数的实现
 */
public enum EasingFunction implements IFunction, Interpolator, TypeEvaluator<Float> {

    /* ------------------------------------------------------------------------------------------- */
    /* BACK
    /* ------------------------------------------------------------------------------------------- */
    BACK_IN {
        @Override
        public float getValue(float input) {
            return input * input * ((1.70158f + 1) * input - 1.70158f);
        }
    },
    BACK_OUT {
        @Override
        public float getValue(float input) {
            return ((input = input - 1) * input * ((1.70158f + 1) * input + 1.70158f) + 1);
        }
    },
    BACK_INOUT {
        @Override
        public float getValue(float input) {
            float s = 1.70158f;
            if ((input *= 2) < 1) {
                return 0.5f * (input * input * (((s *= (1.525f)) + 1) * input - s));
            }
            return 0.5f * ((input -= 2) * input * (((s *= (1.525f)) + 1) * input + s) + 2);
        }
    },

    //other easing functions ......

    //如果这个function在求值的时候需要duration作为参数的话,那么可以通过setDuration来设置,否则使用默认值
    private float duration = 1000f;//目前只有ELASTIC***这三个是需要duration的,其他的都不需要

    public float getDuration() {
        return duration;
    }

    public EasingFunction setDuration(float duration) {
        this.duration = duration;
        return this;
    }

    //将Function当做Interpolator使用,默认的实现,不需要枚举元素去重新实现
    @Override
    public float getInterpolation(float input) {
        return getValue(input);
    }

    //将Function当做TypeEvaluator使用,默认的实现,不需要枚举元素去重新实现
    @Override
    public Float evaluate(float fraction, Float startValue, Float endValue) {
        return startValue + getValue(fraction) * (endValue - startValue);
    }

    //几个数学常量
    public static final float PI = (float) Math.PI;
    public static float TWO_PI = PI * 2.0f;
    public static float HALF_PI = PI * 0.5f;
}

这个项目的缓动函数的实现参考自EaseInterpolator中的实现,但是这个项目的代码和EaseInterpolator以及AnimationEasingFunctions这两个项目都完全不一样,非常简单易懂,既保留了原有项目应有的功能,同时为项目的使用场景提供了更多的可能,任何你想使用Interpolator或者TypeEvaluator都能使用它。

举个例子,以上一节中的弹跳动画效果为例,现在可以直接使用EasingFunction.BOUNCE_OUT作为Interpolator或者TypeEvaluator来使用:

第一种方式:使用线性插值器和自定义的TypeEvaluator

ObjectAnimator animator1 = new ObjectAnimator();
animator1.setTarget(textView1);
animator1.setPropertyName("translationY");
animator1.setFloatValues(0f, -100f);
animator1.setDuration(1000);
animator1.setInterpolator(new LinearInterpolator());
animator1.setEvaluator(EasingFunction.BOUNCE_OUT); //这里将EasingFunction.BOUNCE_OUT作为TypeEvaluator来使用
animator1.start();

第二种方式:使用自定义的Interpolator和”线性估值器”

ObjectAnimator animator2 = new ObjectAnimator();
animator2.setTarget(textView2);
animator2.setPropertyName("translationY");
animator2.setFloatValues(0f, -100f);
animator2.setDuration(1000);
animator2.setInterpolator(EasingFunction.BOUNCE_OUT); //这里将EasingFunction.BOUNCE_OUT作为Interpolator来使用
animator2.setEvaluator(new FloatEvaluator());
animator2.start();

如果你想使用自己定义的函数来制作动画,可以使用Functionswith方法,传入一个实现了IFunction接口的类就行,返回值你既可以当做Interpolator,也可以当做TypeEvaluator来使用

代码示例:

ObjectAnimator animator1 = new ObjectAnimator();
animator1.setTarget(textView1);
animator1.setPropertyName("translationY");
animator1.setFloatValues(0f, -100f);
animator1.setDuration(1000);
animator1.setInterpolator(new LinearInterpolator());
animator1.setEvaluator(Functions.with(new IFunction() { //自定义为TypeEvaluator
    @Override
    public float getValue(float input) {
        return input * 2 + 3;
    }
}));
animator1.start();

或者这样:

ObjectAnimator animator2 = new ObjectAnimator();
animator2.setTarget(textView2);
animator2.setPropertyName("translationY");
animator2.setFloatValues(0f, -100f);
animator2.setDuration(1000);
animator2.setInterpolator(Functions.with(new IFunction() { //自定义为Interpolator
    @Override
    public float getValue(float input) {
        return input * 2 + 3;
    }
}));
animator2.setEvaluator(new FloatEvaluator());
animator2.start();

为了方便查看定义出来的InterpolatorTypeEvaluator的效果,我将前面两个项目中的可视化部分整理到项目Yava中,样例应用还包含了上一节的用来作验证的例子,最终效果如下:

img

恭喜你终于看完了,也恭喜自己终于写完了。至此,你可能还有一个疑惑,那就是那些函数曲线是怎么想出来的?这个…我也不知道,我也想知道,别问我,去问Robert Penner吧 😌

最后,我还准备写另一个Android动画效果库wava,神一样的代码家还做了一个超厉害的项目AndroidViewAnimations,目前我的wava只是基于它做些改进,后期我打算加上一些很特别的东西,暂时不表,欢迎关注项目wava 😘