系统学习iOS动画之七：其它类型的动画

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 。

前面学习很多动画方面的知识，但有两个更专业的主题不适合前面的任何部分。

预览：

—— 学习如何创建粒子发射器并创建以下降雪效果。

27-UIImageView的帧动画—— 通过将帧动画与传统视图动画相结合，创建类似卡通的效果。

26-粒子发射器

瀑布，火，烟和雨的影响都涉及大量的视觉项目 —— 粒子 —— 它们具有共同的物理特征，但仍然可能有自己独特的大小，方向，旋转和轨迹。

粒子可以很好地创建逼真的效果，因为每个粒子都可以是随机的和不可预测的，就像物体在自然界中一样。例如，雷暴中的每个雨滴可能具有独特的大小，形状和速度。

以下是**粒子发射器(Particle Emitters)**可以实现的视觉效果的几个示例：

在 系统学习iOS动画之一：视图动画 的第4、5章节的 Flight Info 项目中使用过雪花:snowflake:的效果，但没有说明怎么使用，本章将单独学习雪花:snowflake:效果的制作。

创建发射器层

本章节将使用 CALayer 的子类 CAEmitterLayer 来创建粒子效果。

注意：有许多用于创建粒子效果的第三方类，但它们通常的目标是与游戏框架集成。 对于UIKit应用程序中的粒子动画， CAEmitterLayer 是一个很好的选择，因为它内置并且易于使用。

本章节的开始项目 Snow Scene 。

打开 ViewController.swift 并将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

let rect = CGRect(x: 0.0, y: 100.0, width: view.bounds.width, height: 50.0)
let emitter = CAEmitterLayer()
emitter.frame = rect
view.layer.addSublayer(emitter)
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此代码创建一个新的 CAEmitterLayer ，将图层的框架设置为占据屏幕的整个宽度，并将图层定位在屏幕顶部附近。 接下来，需要设置要与粒子效果一起使用的发射器类型。 将以下代码添加到 viewDidLoad() ：

emitter.emitterShape = kCAEmitterLayerRectangle
复制代码

发射器的形状通常会影响创建新粒子的区域，但在您创建类似3D的粒子系统的情况下，它也会影响它们的z位置。 以下是三种最简单的发射器形状：

1.点形状

kCAEmitterLayerPoint 的发射器形状会导致所有粒子在同一点创建：发射器的位置。对于涉及火花或烟花的效果，这是一个不错的选择。

例如，可以通过在同一点创建所有粒子，并使它们在消失前沿不同方向飞行来创建火花效果。

2.线条形状

kCAEmitterLayerLine 发射器形状，是沿发射器框架顶部线创建所有粒子。

这是一种可用于瀑布效果的发射器形状，水粒子出现在瀑布的顶部并向下移动：

3.矩形形状

最后， kCAEmitterLayerRectangle ，通过在给定的矩形区域随机创建粒子：

这种发射器形状非常适合许多不同的效果，包括碳酸饮料和爆米花中的气泡。

由于积雪从整个天空随机出现，矩形发射器形状是本章项目的不错选择。

注意：还有一些发射器形状 - 长方体，圆形和球形 - 但这些超出了本章的范围。 有关详细信息，请查看Apple文档中的CAEmitterLayer类的官方文档 Emitter Shape 参考。

添加发射器帧

将以下代码添加到 viewDidLoad() 的末尾：

emitter.emitterPosition = CGPoint(x: rect.width/2, y: rect.height/2)
emitter.emitterSize = rect.siz
复制代码

组合形状，位置和尺寸属性定义了发射器框架。 在这里，可以将发射器的位置设置为图层的中心，并将发射器大小设置为等于图层的大小。 这意味着发射器占用整个层帧，如下所示：

创建发射器单元

现在已配置了发射器的位置和大小，可以继续添加 发射器单元 。

发射器单元是表示一个粒子源的数据模型。 它与 CAEmitterLayer 是一个单独的类，因为单个发射器层可以包含一个或多个单元。

例如，在爆米花动画中，你可以有三个不同的单元来表示爆米花的不同状态：完全炸开，半炸开和那些顽固的未炸开：

之后将使用不同的形状的:snowflake:图片代表不同的发射器单元

将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

let emitterCell = CAEmitterCell()
emitterCell.contents = UIImage(named: "flake.png")?.cgImage
复制代码

在上面的代码中，您创建一个新单元格并将 flake.png 设置为其内容。 contents 属性包含将从中创建新粒子的模板。 下面是深色背景上的放大的 flake.png 屏幕截图：

发射器将创建此图像的多个不同副本以模仿真实的雪花。

将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

emitterCell.birthRate = 20
emitterCell.lifetime = 3.5
emitter.emitterCells = [emitterCell]
复制代码

上面的代码表示每秒创建20个雪花，并将它们保持在屏幕上3.5秒。 这意味着在任何给定时间屏幕上将有70个雪花，除了动画的最初几秒之前，最旧的粒子开始消失。

最后，使用所有发射器单元的数组设置 emitterCells 属性。 请记住，可以拥有多个发射器单元，目前只有一个。 一旦设置了发射器单元列表，发射器就会开始创建粒子。

运行，看到效果：

flake.png的多个副本在3.5秒后显示并消失。 然而，雪是奇怪的静态 —— :snowflake:没有移动。

控制粒子

目前，雪粒出现，在空中漂浮几秒钟，然后消失。 那令人难以置信的无聊 ！ 下一个任务是让这些漫无目的的粒子移动起来。

改变粒子方向

将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

emitterCell.yAcceleration = 70.0
复制代码

这将在y方向上增加一点加速度，因此粒子会像真雪一样向下漂移。

运行效果：

这看起来有点像雪 —— 但雪很少直线下降。

要解决此问题，就要向粒子添加以下水平加速度：

emitterCell.xAcceleration = 10.0
复制代码

运行， 雪花朝向对角线方向移动：

为了产生温和的坠落效果，添加以下代码：

emitterCell.velocity = 20.0
emitterCell.emissionLongitude = .pi * -0.5
复制代码

velocity 是初始速度。

发射经度（ emissionLongitude ）是粒子的初始角度，速度参数设置粒子的初始速度，如下所示：

再次运行，效果：

每次更改时，动画看起来越来越好。 但是这些粒子看起来像雪花大小的杀戮机器人一致地移动。 这是因为每个粒子具有完全相同的初始角度，速度和加速度。 需要为粒子创建过程添加一些随机性。

为粒子添加随机性

将以下代码添加到 viewDidLoad() ：

emitterCell.velocityRange = 200.0
复制代码

这告诉发射器随机范围的值。 由于粒子动画的随机范围在本章中经常使用，因此值得花些时间来解释它们是如何工作的。 所有粒子的初始速度都是20; 添加速度范围为每个粒子分配随机速度，如下所示：

每个粒子的速度将是（20-200）= -180和（20 + 200）= 220之间的随机值。具有负初始速度的粒子根本不会飞起来; 一旦它们出现在屏幕上，它们就会开始飘落。 具有正速度的粒子将首先飞起，然后向下飘落。

运行，效果：

好吧，雪花是随机的：一些雪花跳到屏幕的顶部边缘，而其他雪花则出现，徘徊一会儿，然后向下飘落。

让初始粒子方向也随机化。将以下代码添加到 viewDidLoad() ：

emitterCell.emissionRange = .pi * 0.5
复制代码

最初，所有粒子初始发射角度是-π/ 2。 上面的代码行表明发射器初始角度为（-π/ 2 - π/ 2）= 180度和（-π/ 2 +π/ 2）= 0度范围内的一个随机角度，如下图所示：

运行，效果：

现在这是随机的！ 虚拟暴风雪真的变得生动起来。

改变粒子颜色

CAEmitterLayer 的还有一个便利功能是能够为粒子设置颜色。 例如，可以将雪花淡蓝色而不是鲜明的白色，因为蓝色通常与雨，水，雪或冰有关。

将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

emitterCell.color = UIColor(red: 0.9, green: 1.0, blue: 1.0, alpha: 1.0).cgColor
复制代码

这种变化看起来很有趣，但所有的雪花都是统一蓝色调。 如果可以随机化每个雪花的颜色，这不是很好吗？

需要做的就是为粒子颜色定义三个独立的范围：红色，绿色和蓝色各一个。 将以下代码添加到 viewDidLoad() 的末尾：

emitterCell.redRange = 0.3
emitterCell.greenRange = 0.3
emitterCell.blueRange = 0.3
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上面的代码很好理解：绿色和蓝色是0.7到1.3之间的随机值，也就是0.7到1.0。 类似，红色介于0.6和1.0之间。

运行，看到五彩:snowflake:：

0.3的范围有点大了，这是为了展示效果，之后可以改为0.1。

随机化粒子外观

即使在添加了所有自定义之后，雪花外观看起来是一样的，现实中不会是这样的。

下面将使每个粒子都成为一个美丽而独特的雪花。

让每个雪花大小是随机的，将以下代码添加到 viewDidLoad() ：

emitterCell.scale = 0.8
emitterCell.scaleRange = 0.8
复制代码

将基本粒子大小设置为原始大小的80％，大小范围在 0.0 - 1.6之间。

不仅可以设置雪花的初始大小，还可以在雪花落下时修改雪花的大小。在接近地面时，:snowflake:在温暖的雾气中会融化。

将以下行添加到 viewDidLoad() ：

emitterCell.scaleSpeed = -0.15
复制代码

scaleSpeed 属性表示，粒子按比例每秒缩小原始大小的15％。

大粒子在从视线中消失之前会大幅收缩，而小粒子会在它们结束前完全消失。不要心疼，这只是生活的雪花圈。

运行，效果，观察单个雪花大小的变化：

:snowflake:看上去有点少，修改 birthRate ：

emitterCell.birthRate = 150
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设置:snowflake:的透明度，将以下内容添加到 viewDidLoad() 的底部：

emitterCell.alphaRange = 0.75
emitterCell.alphaSpeed = -0.15
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设置了一个alpha范围，从0.25到1.0的上限值。 alphaSpeed 与 scaleSpeed 非常相似，可以随时间更改粒子的alpha值。

运行，查看效果：

目前已经涵盖了 CAEmitterCell 提供的大部分内容，下面内容是关于:snowflake:的一些细节。

雪花的细节

在 viewDidLoad() 中找到设置 emissionLongitude 并将其更改为以下内容的行：

emitterCell.emissionLongitude = -.pi
复制代码

请记住，发射经度是粒子的起始角度。 这种变化会让雪花旋转一下，仿佛被风吹一下一样。 接下来，在找到声明 rect 的行并按如下方式修改它：

let rect = CGRect(x: 0.0, y: -70.0, width: view.bounds.width, height: 50.0)
复制代码

这会将发射器移出屏幕，用户将无法看到粒子来自何处。之前让粒子发射在屏幕中，是为了展示说明。

最后，将以下位代码添加到 viewDidLoad() 以随机化雪花在屏幕上保留的时间长度：

emitterCell.lifetimeRange = 1.0
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这会将每个雪花的生命周期设置为2.5到4.5秒之间的随机值。

虽然本章是一 CAEmitterLayer 为基础，说明了制作粒子效果的很多细节，但是每个概念都完全适用于其他粒子系统。无论是 SpriteKit ， Unity 还是任何其他自定义粒子发射器，原理都基本上差不多。

本章目前效果：

添加更多单元

这一部分只是为了学习更多粒子系统的知识，真实的雪景不是这样的，:smirk:。

我又添加了三种不同:snowflake:单元：

//cell #2
    let cell2 = CAEmitterCell()
    cell2.contents = UIImage(named: "flake2.png")?.cgImage
    cell2.birthRate = 50
    cell2.lifetime = 2.5
    cell2.lifetimeRange = 1.0
    cell2.yAcceleration = 50
    cell2.xAcceleration = 50
    cell2.velocity = 80
    cell2.emissionLongitude = .pi
    cell2.velocityRange = 20
    cell2.emissionRange = .pi * 0.25
    cell2.scale = 0.8
    cell2.scaleRange = 0.2
    cell2.scaleSpeed = -0.1
    cell2.alphaRange = 0.35
    cell2.alphaSpeed = -0.15
    cell2.spin = .pi
    cell2.spinRange = .pi
    
    //cell #3
    let cell3 = CAEmitterCell()
    cell3.contents = UIImage(named: "flake3.png")?.cgImage
    cell3.birthRate = 20
    cell3.lifetime = 7.5
    cell3.lifetimeRange = 1.0
    cell3.yAcceleration = 20
    cell3.xAcceleration = 10
    cell3.velocity = 40
    cell3.emissionLongitude = .pi
    cell3.velocityRange = 50
    cell3.emissionRange = .pi * 0.25
    cell3.scale = 0.8
    cell3.scaleRange = 0.2
    cell3.scaleSpeed = -0.05
    cell3.alphaRange = 0.5
    cell3.alphaSpeed = -0.05
    
    //cell #4
    let cell4 = CAEmitterCell()
    cell4.contents = UIImage(named: "flake4.png")?.cgImage
    cell4.birthRate = 10
    cell4.lifetime = 5.5
    cell4.lifetimeRange = 1.0
    cell4.yAcceleration = 25
    cell4.xAcceleration = 30
    cell4.velocity = 20
    cell4.emissionLongitude = .pi
    cell4.velocityRange = 30
    cell4.emissionRange = .pi * 0.25
    cell4.scale = 0.8
    cell4.scaleRange = 0.2
    cell4.scaleSpeed = -0.05
    cell4.alphaRange = 0.5
    cell4.alphaSpeed = -0.05
    
    emitter.emitterCells = [emitterCell, cell2, cell3, cell4]
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注：可能需要在真机才能看到流畅的效果

效果：

27-UIImageView的帧动画

最后一章学习如何创建一种非常特殊的动画了。**帧动画(Frame Animation)**是我们小时候喜欢的动画类型，今天可能仍然很喜欢；迪斯尼的Duck Tales，Hanna-Barbera的Tom和Jerry以及Flintstones漫画都是这种创作方式。

帧动画也是用来为游戏中的角色制作动画的动画。仅仅将静态游戏角色从一个位置转换为另一个位置是不够的。需要移动角色的脚或旋转飞机的螺旋桨以给出逼真的运动感。

要创建角色移动的效果，可以将动画分解为帧，这些帧是表示动作不同阶段的静止图像。当快速显示帧时，一个接一个地显示帧，看起来角色正在移动：

开始项目

本章节的开始项目 是 SouthPoleFun ，打开 Main.storyboard 查看最初的游戏场景：

结构很简单，一个背景图片，向左、向右两个按钮，一个滑动按钮，一个企鹅图像视图。

ViewController.swift 中 actionLeft(_:) ， actionRight(_:) 分别连接左右两个按钮， actionSlide(_:) 连接滑动按钮。 penguin 和 slideButton 分别是企鹅图像和滑动按钮的接口。

Images.xcassets中包括企鹅:penguin:两张滑动图片和四张走动图片：

设置帧动画

将以下代码添加到 ViewController 中的 loadWalkAnimation() 方法：

penguin.animationImages = walkFrames
penguin.animationDuration = animationDuration / 3
penguin.animationRepeatCount = 3
复制代码

animationImages ：存储帧动画的所有帧图像。

animationDuration ：这告诉UIKit动画的一次迭代应该持续多长时间；因为您将重复动画三次（见下文），所以将其设置为总 animationDuration 的三分之一。

animationRepeatCount ：控制动画的重复次数。

之后，需要从视图控制器中的 viewDidLoad() 调用 loadWalkAnimation() ，以便每当玩家点击左箭头按钮时图像视图就会准备就绪。 将以下代码添加到 viewDidLoad() 的底部：

loadWalkAnimation()
复制代码

哦 - 点击左箭头按钮时没有任何反应。 你做错了什么吗？ 没有; 您只为帧动画配置了图像视图，但您从未启动过动画。 如果不启动帧动画，图像视图将继续显示其图像属性的内容。 是时候让这只企鹅蹒跚了。 将以下代码添加到 actionLeft(_:) ：

isLookingRight = false
复制代码

这是左右方向的判断。由于每次更改企鹅的方向时都需要更新企鹅的转换和按钮的转换，因此需要向 isLookingRight 添加 属性观察器 ：

var isLookingRight: Bool = true {
    didSet {
        let xScale: CGFloat = isLookingRight ? 1 : -1
        penguin.transform = CGAffineTransform(scaleX: xScale, y: 1)
        slideButton.transform = penguin.transform
    }
}
复制代码

上面代码将企鹅按钮图片的x轴刻度设置为1或-1，具体取决于 isLookingRight 的值。 然后设置该转换，来实现翻转视图，让企鹅可以面向正确的方向：

现在需要调用动画代码。 在 actionLeft(_:) 中继续添加：

penguin.startAnimating()
复制代码

当调用 startAnimating() 时，图像视图会在配置动画时播放动画： animationImages 数组中的每个帧按顺序显示，总共超过1秒。 运行， 点击左箭头按钮，查看企鹅在行动：

设置视图动画

将以下代码添加到 actionLeft(_:) ：

UIView.animate(withDuration: animationDuration, delay: 0, options: .curveEaseOut, animations: {
    self.penguin.center.x -= self.walkSize.width
}, completion: nil)
复制代码

使用步行图像的宽度来确定企鹅在动画播放时间内移动的距离。

运行，效果：

向右按钮差不多，将以下代码添加到 actionRight(_:) ：

isLookingRight = true
penguin.startAnimating()

UIView.animate(withDuration: animationDuration, delay: 0, options: .curveEaseOut, animations: {
    self.penguin.center.x += self.walkSize.width
}, completion: nil)
复制代码

滑动帧动画

与之前左右移动的动画类似。

将以下代码添加到 loadSlideAnimation() 以加载新的帧序列：

penguin.animationImages = slideFrames
penguin.animationDuration = animationDuration
penguin.animationRepeatCount = 1
复制代码

将以下代码添加到 actionSlide(_:) ：

loadSlideAnimation()
penguin.startAnimating()
复制代码

运行，可以看到企鹅跳到自己肚子上滑动。

但动画有一点奇怪，因为两个动画之间的帧图像不同：

开始帧图像为108 x 96，而滑动时图像为93 x 75.如果它们的大小相同，则每个图像中的空白空间最终会变大。想象一个具有五个，六个或更多帧动画的角色;你最终会得到巨大的图像尺寸，以适应所有可能的动画帧。

注意：此问题的一个简单解决方案是将图像视图的内容模式从其默认值“Aspect Fill”设置为“Center”或“Top Left”。但这不是好的解决方案，下面实现一个稍微不同且更灵活的解决方案。

手动调整图像视图的大小并重新定位，以创建漂亮流动的精美动画。

首先，需要在播放任何动画之前设置所需的图像视图帧; 这可以确保框架在屏幕上可见时尺寸正确。 将以下代码添加到 actionSlide(_:) ，就在您开始动画的位置之前：

penguin.frame = CGRect(x: penguin.frame.origin.x,
                       y: penguinY + (walkSize.height - slideSize.height),
                       width: slideSize.width,
                       height: slideSize.height)
复制代码

此代码将企鹅图像视图向下移动一点以补偿幻灯片动画的较短帧，并调整图像视图的大小以匹配 slideSize 。 slideSize 包含 slide01.png 的大小； viewDidLoad() 已包含获取图像的代码。

现在将以下代码添加到 actionSlide(_:) 的底部：

UIView.animate(withDuration: animationDuration - 0.02, delay: 0.0, options: .curveEaseOut, animations: {
    self.penguin.center.x += self.isLookingRight ? self.slideSize.width : -self.slideSize.width
}, completion: { _ in

})
复制代码

在上面的代码中，创建一个视图动画来移动企鹅图像视图并模拟跳转动作。

在上面的额完成动画闭包中添加：

self.penguin.frame = CGRect(x: self.penguin.frame.origin.x,
                            y: self.penguinY,
                            width: self.walkSize.width,
                            height: self.walkSize.height)
self.loadWalkAnimation()
复制代码

最后，运行，效果：

使用UIImageView的帧动画很简单，但这是我们动画技能的一个很好的补充。

到此，算是比较系统地学习了iOS动画大部分知识，下面就需要练习和更深入的研究了，Good Luck☺。

本文在我的个人博客中地址： 系统学习iOS动画之七：其它类型的动画