Android Lottie动画库研究

随着移动互联网的发展，越来越多的移动 APP 都会从交互视觉方面来提升用户体验，其中提供炫酷的动画效果是一个经常使用的方法。然而，众所周知，Android平台中的动画效果的实现一直以来都存在一些痛点，而这些痛点也给 Android平台应用上实现丰富动画效果带来了非常大的困难。本文将会提及一种更先进的动画框架，通过这个框架可以方便实现各种炫酷的动画效果，而且相比传统动画效果实现方法，有非常大的优势，各位看官，不要着急，请接着慢慢往下看！

一. 传统动效实现

传统动画效果的实现方法，归纳总结起来，大概有这么几种方案：

1. 代码实现

通过 Android 系统提供的动画接口，通过代码来实现动画效果，一般情况下，这种动画效果都是比较简单的，例如实现一个简单的平移、绽放，旋转等，如果这三种效果组合起来，将会变得非常复杂，因此，代码实现一般也仅适用于简单动效的开发，如果太复杂的动效的话，那么投入产出比将会严重不平衡。

通过代码实现，也又分两种：

• 纯代码实现：使用 Animation 类或 Property Animation 来实现。
• 序列帧实现：设计师提供一系列的序列帧图片，开发者将这些图片封装成 xml animation，然后在代码中加载该 xml，从而实现动画效果。

这种方式的实现的缺点：

• 不灵活：代码实现复杂，动画效果的更改，将更改代码。
• 开发效率低下：需要多次调试和修改，才能达到最终的实现效果。
• 内存开销大：序列帧是多张图片实现，内存开销大。

2. Gif 动态图

通过 Gif 图片可以实现动效，但是最大的问题是：

• 内存大
• 不能控制动画，例如暂停，开始

3. 小视频

播放一个轻量的小视频，这种也能达到效果，但最大的问题是：

• 兼容性，视频播放特殊性可能引发兼容的问题
• View 不好控制，可能会影响到音频等

总结起来，传统动效实现的流程如下：

视觉出设计稿 ——> 输出 n 张图 ——> 研发实现序列帧 ——> 运行看效果/适配 ——> 调整代码再看效果 ——> ...

所下图所示：

由此可以看出，开发者实现一个动画非常繁琐复杂，而且每增加一种动画，需要重新开发。

二. 传统动效实现的缺点

综合看来，以上几种方案都有非常明显的缺点，再次概括一下，传统动画效果的缺点有

1. 效率低

设计师要出多终序列帧图片，工作量大；研发需要针对这些序列帧来实现，反复调试，开发工作量大，从而导致一个动画效果的实现的整体效率非常低。

2. 不灵活

要更新一个动画，需要研发再次修改代码，再反复调试，非常不灵活。

那针对这些问题，有没有一种能全新的解决方案来解决这些问题，使动画效果的实现更加优雅更高效呢？接下来就是本文的重点 —— Airbnb Lottie 动画库登场！

三. Airbnb Lottie动画框架的实

关于 lottie （ github.com/airbnb/lott… ）， 它提供了优雅的解决方案，通过这个框架，可以做出非常丰富的炫酷的动画效果。先来看一下官方的效果图：

1. 基于 lottie 动效实现流程

• 第一步： 设计师设计动画效果，再通过插件（Adobe After Effects）将动画效果导出成一个动画描述文件
• 第二步： 将这个动画描述文件，预置在应用的 assets 目录下，通过 lottie 框架加载这些动画文件。
• 第三步： 运行，查看效果

概括起来，如下图所示：

2. Lottie的优势

相比传统的实现方案，具备非常大的优势。

a) 高效

开发者一次开发，可以多次复用，不需要再去写各种具体的动画相关的代码。设计师设计好动画效果之后，导出文件即可。

b) 灵活

由于动画通过文件来描述，替换不同的文件，将会得到不同的动画效果，动效的更新或升级，将非常灵活。

c) 数据源多样性

既然是加载动画描述文件，那么这个文件就可以从任意地方来，assets、sdcard、network都是可以的。从网络加载动画描述文件，将能做到不发版的情况下，动态更新动效。可以从网络下载动画文件，从而可以快速做A/B test。

d) 跨平台

动画文件可以应用于 Android、iOS、React Native，这样设计师只需出一份动效设计稿就行，不用区分平台。

不同的动画效果，只需要做一次开发即可

四. Lottie实现原理

1. 开发流程图

2. 实现原理

Lottie使用json文件来作为动画数据源，json文件是通过Bodymovin插件导出的，查看sample中给出的json文件，其实就是把图片中的元素进行来拆分，并且描述每个元素的动画执行路径和执行时间。Lottie的功能就是读取这些数据，然后绘制到屏幕上。

Lottie 提供了一个 LottieAnimationView 给用户使用，而实际 Lottie 的核心是 LottieDrawable，它承载了所有的绘制工作，LottieAnimationView则是对LottieDrawable 的封装，再附加了一些例如 解析 的功能。

LottieComposition 是 对应的 Model，承载 的所有信息。

CompositionLayer 是 layer 的集合。

ImageAssetBitmapManager 负责管理动画所需的图片资源。

它们的关系：

3. 数据解析

首先要解析json，建立数据到对象的映射，然后根据数据对象创建合适的Drawable绘制到view上，动画的实现可以通过操作读取到的元素完成。

具体过程如下所示：

json文件 ——> Componsition ——> Drawable ——> View

通过如下3个核心类来来完成整个工作流程，因而使用起来比较简单。以下是三个比较核心的类的说明：

• LottieComposition (json->数据对象)

Lottie使用LottieComposition来作为After Effects的数据对象，即把Json文件映射为到LottieComposition，该类中提供了解析json的静态方法。

• LottieDrawable (数据对象->Drawable)

这个类是最上层使用的重要的一个类，动画的绘制就是由这个类来实现。

• LottieAnimationView（绘制）

操作集合，LottieAnimationView 继承自 AppCompatImageView，封装了一些动画的操作，具体的绘制时委托为 LottieDrawable 完成的。

数据的解析，主要参考 LottieComposition.fromJsonSync 方法：

static LottieComposition fromJsonSync(Resources res, JSONObject json) {
      Rect bounds = null;
      float scale = res.getDisplayMetrics().density;
      int width = json.optInt("w", -1);
      int height = json.optInt("h", -1);

      if (width != -1 && height != -1) {
        int scaledWidth = (int) (width * scale);
        int scaledHeight = (int) (height * scale);
        bounds = new Rect(0, 0, scaledWidth, scaledHeight);
      }

      long startFrame = json.optLong("ip", 0);
      long endFrame = json.optLong("op", 0);
      int frameRate = json.optInt("fr", 0);
      LottieComposition composition =
          new LottieComposition(bounds, startFrame, endFrame, frameRate, scale);
      JSONArray assetsJson = json.optJSONArray("assets");
      parseImages(assetsJson, composition);
      parsePrecomps(assetsJson, composition);
      parseLayers(json, composition);
      return composition;
    }
复制代码

还有 parseImages 、 parsePrecomps 、 parseLayers 这几个方法。

4. JSON文件的属性含义

动画描述文件是通过 bodymovin 插件导出来的，里面包含了动画的一切信息，包括了帧率，动画形态，如何做动画等。接下来将简单说明一下动画描述文件中的主要属性。

最外部结构：

{
  "v": "4.6.2",
  "fr": 25,
  "ip": 0,
  "op": 1000,
  "w": 720,
  "h": 800,
  "nm": "合成 1",
  "ddd": 0,
  "assets":[],
  "layers":[]
}
复制代码

属性的含义：

属性	含义
v	bodymovin的版本
fr	帧率
ip	起始关键帧
op	结束关键帧
w	动画宽度
h	动画高度
assets	动画图片资源信息
layers	动画图层信息

从这里可以获取 设计的动画的宽高，帧相关的信息，动画所需要的图片资源的信息以及图层信息。

assets

图片资源信息, 相关类 LottieImageAsset、 ImageAssetBitmapManager。

"assets": [
    {
      "id": "image_0",
      "w": 58,
      "h": 31,
      "u": "images/",
      "p": "img_0.png"
    }
}
复制代码

属性的含义：

属性	含义
id	图片id
w	图片宽度
h	图片高度
p	图片名称

layers

图层信息，相关类：Layer、BaseLayer以及 BaseLayer 的实现类。

{
    "ddd": 0,
    "ind": 0,
    "ty": 2,
    "nm": "btnSlice.png",
    "cl": "png",
    "refId": "image_0",
    "ks": {....},
    "ao": 0,
    "ip": 0,
    "op": 90.0000036657751,
    "st": 0,
    "bm": 0,
    "sr": 1
}
复制代码

属性	含义
nm	layerName 图层信息
refId	引用的资源 id,如果是 ImageLayer 那么就是图片的id
ty	layertype 图层类型
ip	inFrame 该图层起始关键帧
op	outFrame 该图层结束关键帧
st	startFrame 开始
ind	layer id 图层 id

Layer 可以理解为图层，跟 PS 等 工具 的概念相同，每个 Layer 负责绘制自己的内容。

在 Lottie 里拥有不同的 Layer，目前有 PreComp,Solid,Image,Null,Shape,Text ，各个 Layer 拥有的属性各不相同，这里只指出共有的属性。

下图为 Layer 相关类图：

5. 动画如何动起来的？

还有一个问题，动画是如何动起来的呢？这里用到了属性动画来产生一个0～1的插值，根据不同的插值来播放不同帧的动画，说白了，就是调用 setProgress(float) 来做动画。代码如下：

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

public LottieDrawable() {
    animator.setRepeatCount(0);
    animator.setInterpolator(new LinearInterpolator());
    animator.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {
      @Override public void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {
        if (systemAnimationsAreDisabled) {
          animator.cancel();
          setProgress(1f);
        } else {
          setProgress((float) animation.getAnimatedValue());
        }
      }
    });
  }
复制代码

6. lottie适配原理

内部适配逻辑如下：

static LottieComposition fromJsonSync(Resources res, JSONObject json) {
      Rect bounds = null;
      float scale = res.getDisplayMetrics().density;
      int width = json.optInt("w", -1);
      int height = json.optInt("h", -1);

      if (width != -1 && height != -1) {
        int scaledWidth = (int) (width * scale);
        int scaledHeight = (int) (height * scale);
        bounds = new Rect(0, 0, scaledWidth, scaledHeight);
      }
      ...
}
复制代码

LottieAnimationView#setComposition:

public void setComposition(@NonNull LottieComposition composition) {
    if (L.DBG) {
      Log.v(TAG, "Set Composition \n" + composition);
    }
    lottieDrawable.setCallback(this);

    boolean isNewComposition = lottieDrawable.setComposition(composition);
    if (!isNewComposition) {
      // We can avoid re-setting the drawable, and invalidating the view, since the composition
      // hasn't changed.
      return;
    }

    int screenWidth = Utils.getScreenWidth(getContext());
    int screenHeight = Utils.getScreenHeight(getContext());
    int compWidth = composition.getBounds().width();
    int compHeight = composition.getBounds().height();
    if (compWidth > screenWidth ||
        compHeight > screenHeight) {
      float xScale = screenWidth / (float) compWidth;
      float yScale = screenHeight / (float) compHeight;

      float maxScaleForScreen = Math.min(xScale, yScale);
      setScale(Math.min(maxScaleForScreen, lottieDrawable.getScale()));

      Log.w(L.TAG, String.format(
          "Composition larger than the screen %dx%d vs %dx%d. Scaling down.",
          compWidth, compHeight, screenWidth, screenHeight));
    }

    ...
  }
复制代码

7. 播放动画时序图

播放动画的时序图如下所示：

其中 BaseKeyframeAnimation 类是比较核心的，它根据当前的 progress，来计算所需要的值。 关于 BaseKeyframeAnimation 的继承关系图如下：

五. lottie vs keyframes

lottie 由 Airbnb 出品，而 keyframes 由 facebook 出品，这两个库实现效果都差不多。据 lottie 官网说功能比 keyframes 强大一些。感兴趣的看官可以去深入研究一下。

六. 后续思考

1. 更酷的用户引导

App的用户引导完成可以用 lottie 来实现，界面的图形可以跟随手势滑动而变化，这样的体验会更好，更新颖。

2. 动效工具

完全可以开发一个预览动效的工具，提供给视觉设计师，比如，带一个二维码扫描功能，设计师设计好动效后，用这个app扫描二维码，把动画描述文件下载到本地，就可以立即看到动画在App中的效果是什么样。

3. 更多动效成为可能

基于这样的动画框架，App中可以实现更多更丰富的动画效果，这将会大大提升用户体验。

七. 参考资料

• lottie-android
• introducing-lottie
• design lottie
• bodymovin
• Animation: Jump-through
• keyframes overview
• Lottie实现原理要点分析