9.1 Flutter动画简介

在任何系统的UI框架中,动画实现的原理都是相同的,即:在一段时间内,快速地多次改变UI外观;由于人眼会产生视觉暂留,所以最终看到的就是一个“连续”的动画,这和电影的原理是一样的。我们将UI的一次改变称为一个动画帧,对应一次屏幕刷新,而决定动画流畅度的一个重要指标就是帧率FPS(Frame Per Second),即每秒的动画帧数。很明显,帧率越高则动画就会越流畅!一般情况下,对于人眼来说,动画帧率超过16FPS,就比较流畅了,超过32FPS就会非常的细腻平滑,而超过32FPS,人眼基本上就感受不到差别了。由于动画的每一帧都是要改变UI输出,所以在一个时间段内连续的改变UI输出是比较耗资源的,对设备的软硬件系统要求都较高,所以在UI系统中,动画的平均帧率是重要的性能指标,而在Flutter中,理想情况下是可以实现60FPS的,这和原生应用能达到的帧率是基本是持平的。

Flutter中动画抽象

为了方便开发者创建动画,不同的UI系统对动画都进行了一些抽象,比如在Android中可以通过XML来描述一个动画然后设置给View。Flutter中也对动画进行了抽象,主要涉及Animation、Curve、Controller、Tween这四个角色,它们一起配合来完成一个完整动画,下面我们一一来介绍它们。

Animation

Animation是一个抽象类,它本身和UI渲染没有任何关系,而它主要的功能是保存动画的插值和状态;其中一个比较常用的Animation类是Animation<double>Animation对象是一个在一段时间内依次生成一个区间(Tween)之间值的类。Animation对象在整个动画执行过程中输出的值可以是线性的、曲线的、一个步进函数或者任何其他曲线函数等等,这由Curve来决定。 根据Animation对象的控制方式,动画可以正向运行(从起始状态开始,到终止状态结束),也可以反向运行,甚至可以在中间切换方向。Animation还可以生成除double之外的其他类型值,如:Animation<Color>Animation<Size>。在动画的每一帧中,我们可以通过Animation对象的value属性获取动画的当前状态值。

动画通知

我们可以通过Animation来监听动画每一帧以及执行状态的变化,Animation有如下两个方法:

  1. addListener();它可以用于给Animation添加帧监听器,在每一帧都会被调用。帧监听器中最常见的行为是改变状态后调用setState()来触发UI重建。
  2. addStatusListener();它可以给Animation添加“动画状态改变”监听器;动画开始、结束、正向或反向(见AnimationStatus定义)时会调用状态改变的监听器。

读者在此只需要知道帧监听器和状态监听器的区别,在后面的章节中我们将会举例说明。

Curve

动画过程可以是匀速的、匀加速的或者先加速后减速等。Flutter中通过Curve(曲线)来描述动画过程,我们把匀速动画称为线性的(Curves.linear),而非匀速动画称为非线性的。

我们可以通过CurvedAnimation来指定动画的曲线,如:

final CurvedAnimation curve =
    new CurvedAnimation(parent: controller, curve: Curves.easeIn);

CurvedAnimationAnimationController(下面介绍)都是Animation<double>类型。CurvedAnimation可以通过包装AnimationControllerCurve生成一个新的动画对象 ,我们正是通过这种方式来将动画和动画执行的曲线关联起来的。我们指定动画的曲线为Curves.easeIn,它表示动画开始时比较慢,结束时比较快。 Curves 类是一个预置的枚举类,定义了许多常用的曲线,下面列几种常用的:

Curves曲线 动画过程
linear 匀速的
decelerate 匀减速
ease 开始加速,后面减速
easeIn 开始慢,后面快
easeOut 开始快,后面慢
easeInOut 开始慢,然后加速,最后再减速

除了上面列举的, Curves 类中还定义了许多其它的曲线,在此便不一一介绍,读者可以自行查看Curves类定义。

当然我们也可以创建自己Curve,例如我们定义一个正弦曲线:

class ShakeCurve extends Curve {
  
  double transform(double t) {
    return math.sin(t * math.PI * 2);
  }
}

AnimationController

AnimationController用于控制动画,它包含动画的启动forward()、停止stop() 、反向播放 reverse()等方法。AnimationController会在动画的每一帧,就会生成一个新的值。默认情况下,AnimationController在给定的时间段内线性的生成从0.0到1.0(默认区间)的数字。 例如,下面代码创建一个Animation对象(但不会启动动画):

final AnimationController controller = new AnimationController(
    duration: const Duration(milliseconds: 2000), vsync: this);

AnimationController生成数字的区间可以通过lowerBoundupperBound来指定,如:

final AnimationController controller = new AnimationController( 
 duration: const Duration(milliseconds: 2000), 
 lowerBound: 10.0,
 upperBound: 20.0,
 vsync: this
);

AnimationController派生自Animation<double>,因此可以在需要Animation对象的任何地方使用。 但是,AnimationController具有控制动画的其他方法,例如forward()方法可以启动正向动画,reverse()可以启动反向动画。在动画开始执行后开始生成动画帧,屏幕没刷新一次就是一个动画帧,在动画的每一帧,会随着根据动画的曲线来生成当前的动画值(Animation.value),然后根据当前的动画值去构建UI,当所有动画帧依次触发时,动画值会依次改变,所以构建的UI也会依次变化,所以最终我们可以看到一个完成的动画。 另外在动画的每一帧,Animation对象会调用其帧监听器,等动画状态发生改变时(如动画结束)会调用状态改变监听器。

duration表示动画执行的时长,通过它我们可以控制动画的速度。

注意: 在某些情况下,动画值可能会超出AnimationController的[0.0,1.0]的范围,这取决于具体的曲线。例如,fling()函数可以根据我们手指滑动(甩出)的速度(velocity)、力量(force)等来模拟一个手指甩出动画,因此它的动画值可以在[0.0,1.0]范围之外 。也就是说,根据选择的曲线,CurvedAnimation的输出可以具有比输入更大的范围。例如,Curves.elasticIn等弹性曲线会生成大于或小于默认范围的值。

Ticker

当创建一个AnimationController时,需要传递一个vsync参数,它接收一个TickerProvider类型的对象,它的主要职责是创建Ticker,定义如下:

abstract class TickerProvider {
  //通过一个回调创建一个Ticker
  Ticker createTicker(TickerCallback onTick);
}

Flutter应用在启动时都会绑定一个SchedulerBinding,通过SchedulerBinding可以给每一次屏幕刷新添加回调,而Ticker就是通过SchedulerBinding来添加屏幕刷新回调,这样一来,每次屏幕刷新都会调用TickerCallback。使用Ticker(而不是Timer)来驱动动画会防止屏幕外动画(动画的UI不在当前屏幕时,如锁屏时)消耗不必要的资源,因为Flutter中屏幕刷新时会通知到绑定的SchedulerBinding,而Ticker是受SchedulerBinding驱动的,由于锁屏后屏幕会停止刷新,所以Ticker就不会再触发。

通常我们会将SingleTickerProviderStateMixin添加到State的定义中,然后将State对象作为vsync的值,这在后面的例子中可以见到。

Tween

默认情况下,AnimationController对象值的范围是[0.0,1.0]。如果我们需要构建UI的动画值在不同的范围或不同的数据类型,则可以使用Tween来添加映射以生成不同的范围或数据类型的值。例如,像下面示例,Tween生成[-200.0,0.0]的值:

final Tween doubleTween = new Tween<double>(begin: -200.0, end: 0.0);

Tween构造函数需要beginend两个参数。Tween的唯一职责就是定义从输入范围到输出范围的映射。输入范围通常为[0.0,1.0],但这不是必须的,我们可以自定义需要的范围。

Tween继承自Animatable<T>,而不是继承自Animation<T>Animatable中主要定义动画值的映射规则。

下面我们看一个ColorTween将动画输入范围映射为两种颜色值之间过渡输出的例子:

final Tween colorTween =
    new ColorTween(begin: Colors.transparent, end: Colors.black54);

Tween对象不存储任何状态,相反,它提供了evaluate(Animation<double> animation)方法,它可以获取动画当前映射值。 Animation对象的当前值可以通过value()方法取到。evaluate函数还执行一些其它处理,例如分别确保在动画值为0.0和1.0时返回开始和结束状态。

Tween.animate

要使用Tween对象,需要调用其animate()方法,然后传入一个控制器对象。例如,以下代码在500毫秒内生成从0到255的整数值。

final AnimationController controller = new AnimationController(
    duration: const Duration(milliseconds: 500), vsync: this);
Animation<int> alpha = new IntTween(begin: 0, end: 255).animate(controller);

注意animate()返回的是一个Animation,而不是一个Animatable

以下示例构建了一个控制器、一条曲线和一个Tween:

final AnimationController controller = new AnimationController(
    duration: const Duration(milliseconds: 500), vsync: this);
final Animation curve =
    new CurvedAnimation(parent: controller, curve: Curves.easeOut);
Animation<int> alpha = new IntTween(begin: 0, end: 255).animate(curve);

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