iOS的GIF动画效果实现

引言：GIF图像格式是常见的一种动态图片格式，无论是在Web端还是在移动端都经常遇到，但是考虑目前iOS还无法原生展现GIF图片，而对于GIF的原生支持暂时也没有像JPG、PNG等图像格式支持得这么全面，因此本文从图片的合成与分解角度来为大家讲解GIF的知识，结合ImageIO框架可以更方便地实现GIF图片的合成与分解。 
本文选自《iOS动画——核心技术与案例实战》。

GIF在iOS中的使用场景

　　GIF在iOS中的使用场景有以下三个方面。 
（1）GIF图片分解为单帧图片。 
（2）一系列单帧图片合成GIF图片。 
（3）iOS系统上展示GIF动画效果。 
　　在GIF的合成和分解方面将会接触到iOS图像处理核心框架ImageIO，作为iOS系统中图像处理的核心框架，它为我们提供了各种丰富的API，本文将要实现的GIF分解与合成功能，通过ImageIO就可以很方便地实现。GIF动画展示效果将结合UIImageView和定时器，利用逐帧展示的方式为大家呈现GIF动画效果。

GIF分解单帧图片

1 GIF图片分解过程

　　GIF分解为单帧图片的过程如下。 

　　整个过程划分为5个模块、4个过程，分别如下。 
（1）本地读取GIF图片，将其转换为NSdata数据类型。 
（2）将NSData作为ImageIO模块的输入。 
（3）获取ImageIO的输出数据：UIImage。 
（4）将获取到的UIImage数据存储为JPG或者PNG格式保存到本地。 
　　在整个GIF图片分解的过程中，ImageIO是处理过程的核心部分。它负责对GIF文件格式进行解析，并将解析之后的数据转换为一帧帧图片输出。幸运的是我们并不是“轮子”的创造者，而是只要使用轮子即可。所以在本书中我们不去研究GIF分解合成算法的具体实现方式，而是将注意力聚焦在如何使用ImageIO框架实现需要的功能上。

2 GIF图片分解代码实现

　　在正式分析代码之前，先来看看整个工程的文件结构，如图。 

　　源文件使用的是plane.gif文件。ViewController.swift文件中的viewDidLoad()方法中包含了GIF图片分解为单帧图片并保存到本地的所有代码。下面就结合“GIF分解为单帧图片的过程”来实现这一功能。 
功能模块一：读取GIF文件并将之转换为NSdata类型。

1   let gifPath:NSString = Bundle.main.path(forResource: "plane", ofType: "gif")! as NSString
2   let gifData:Data = try! Data(contentsOf: URL(fileURLWithPath: gifPath as String))

　　代码第1行通过path方法获取文件名为plane、文件格式为gif的文件地址。第2行获取文件信息并加载到gifData（NSData类型）变量中。至此已经完成整个处理流程的第一个环节。 

　　功能模块二：利用ImageIO框架，遍历所有GIF子帧。需要注意的是使用ImageIO必须把读取到的NSdata数据转换为ImageIO可以处理的数据类型，这里使用CGImageSourceRef实现。其相应功能模块的处理流程如下所示。 

1   let gifDataSource:CGImageSource =
           CGImageSourceCreateWithData(gifData as CFData, nil)!
2   let gifImageCount:Int = CGImageSourceGetCount(gifDataSource)
3     for i in 0...gifImageCount-1{
            let imageref:CGImage? =CGImageSourceCreateImageAtIndex(gifDataSource, i, nil)
            let image:UIImage = UIImage(cgImage: imageref!,scale:UIScreen.main.scale,orientation:UIImageOrientation.up )
        }

　　下面是GIF数据处理流程中ImageIO部分功能描述。代码第1行实现将GIF原始数据类型NSdata转换为ImageIO可以直接处理的数据类型CGImageSourceRef。第2行获取当前GIF图片的分帧个数。我们知道GIF图片都是由一帧帧图片组成的，那么这一行就是为了获取构成GIF图片的张数。第3行对CGImageSource数据按照图片的序号进行遍历，将遍历出的结果使用UIImage系统方法将之转换为UIImage。 
　　这里重点为大家介绍两种方法。 
　　CGImageSourceCreateImageAtIndex方法的作用是返回GIF中其中某一帧图像的CGImage类型数据。该方法有三个参数，参数1为GIF原始数据，参数2 为GIF子帧中的序号（该序号从0开始），参数3为GIF数据提取的一些选择参数，因为这里不是很常用，所以设置为nil。

public func CGImageSourceCreateImageAtIndex(_ isrc: CGImageSource, _ index: Int, _ options: CFDictionary?) -> CGImage?

　　以下为UIImage类的方法，这个方法用于实例化UIImage实例对象。该方法有三个参数，参数1为需要构建UIImage的内容，注意这里的内容是CGImage类型，参数2为手机物理像素与手机和手机显示分辨率的换算系数，参数3表明构建的UIImage的图像方向。通过这个方法就可以在某种手机分辨率下构建指定方向的图像，当然图像的类型是UIImage类型。

public init(CGImage cgImage: CGImage, scale: CGFloat, orientation: UIImageOrientation)

　　通过上述两步已经获取了UIImage，然而UIImage并不是通常我们看到的图像格式，此图像格式最大的特点是无法存储为本地可以查看的图片格式，因此如果需要将图像保存在本地，就需要在这之前将已经得到的UIImage数据类型转换为PNG或者JPG类型的图像数据，然后才能把图像存储到本地。 
　　下面是完整的GIF图像分解保存代码：

override func viewDidLoad() {
1        super.viewDidLoad()
2        let gifPath:NSString = Bundle.main.path(forResource:"plane", ofType: "gif")! as NSString
3        let gifData:Data = try! Data(contentsOf:URL(fileURLWithPath: gifPath as String))
4        let gifDataSource:CGImageSource =CGImageSourceCreateWithData(gifData as CFData, nil)!
5        let gifImageCount:Int =CGImageSourceGetCount(gifDataSource)
6        for i in 0...gifImageCount-1{
7            let imageref:CGImage? =CGImageSourceCreateImageAtIndex(gifDataSource, i, nil)
8            let image:UIImage = UIImage(cgImage: imageref!,scale:UIScreen.main.scale,orientation:UIImageOrientation.up )
9            let imageData:Data = UIImagePNGRepresentation(image)!
10           var docs=NSSearchPathForDirectoriesInDomains(.documentDirectory, .userDomainMask, true)
11           let documentsDirectory = docs[0] as String
12           let imagePath = documentsDirectory+"/\(i)"+".png"
13           try? imageData .write(to: URL(fileURLWithPath:imagePath), options: [.atomic])
14           print("\(imagePath)")

        }
    }

　　代码第1行使用UIImagePNGRepresentation方法将UIImage数据类型存储为PNG格式的data数据类型，第2行代码和第3行代码获取应用的Document目录，第4行调用write方法将图片写入到本地文件中。如果大家想查看最终写入的效果，可以在最后一行添加print信息，将文件写入路径打印出来，观察图像写入是否成功。

3 GIF图片分解最终实现效果

　　通过上述代码中的最后一行print(“(imagePath)”)可以获取图片最终保存的路径。进入该路径下可以看到下图所示的图片最终分解结果。 

　　根据上下图，在Mac系统下，利用系统图片的查看工具来查看GIF图片的分帧结果，对比图中内容，可以看出GIF图片分解的结果是正确的。 

序列图像合成GIF图像

1 GIF图片合成思路

　　多帧图像合成GIF的过程和GIF分解多帧图像的过程互逆，GIF图片分解过程倒过来推，就是GIF图像合成的过程。这里将上面分解的67张序列单帧图像作为需要处理的输入源进行讲述。 
　　从功能上来说，GIF图片的合成分为以下三个主要部分。 
（1）加载待处理的67张原始数据源。 
（2）在Document目录下构建GIF文件。 
（3）设置GIF文件属性，利用ImageIO编码GIF文件。

2 GIF图片合成代码实现

　　如下代码是根据GIF构建的三个主要步骤进行编写的。第一部分代码的功能是将67张PNG图片读取到NSMutableArray数组中。代码第1行初始化可变数组，第2行遍历67张本地图片，第3行按照图片的命名规律，构建67张图片名称，第4行加载本地图片。最后一行将读取的图片依次加载到images可变数组中。

        // Part1:读取67张png图片
1        let images:NSMutableArray = NSMutableArray()
2        for i in 0...66{// 遍历本地67张图片
3            let imagePath = "\(i).png" // 构建图片名称
4            let image:UIImage = UIImage(named: imagePath)!//
5            images.addObject(image)// 将图片添加到数组中}

　　代码第二部分的功能是构建在Document目录下的GIF文件路径。具体实现如下所示。

        // Part2:在Document目录创建gif文件
1      var docs=NSSearchPathForDirectoriesInDomains(.documentDirectory, .userDomainMask, true)
2      let documentsDirectory = docs[0] as String
3      let gifPath = documentsDirectory+"/plane.gif"
4      print("\(gifPath)")
5      let url = CFURLCreateWithFileSystemPath(kCFAllocatorDefault, gifPath as CFString!,CFURLPathStyle.cfurlposixPathStyle, false)
6     let destion = CGImageDestinationCreateWithURL(url!, kUTTypeGIF, images.count, nil)

　　代码1一行和第2行获取Document路径地址，第3行代码通过字符串拼接时组成完整的Document路径下plane.gif文件路径。为了方便查看GIF文件所在路径，第4行代码将GIF文件路径打印出来。第5行代码将plane.gif文件路径由string类型转换为URL类型。最后一行代码是ImageIO中构建GIF图片非常重要的方法，我们重点来分析该方法的作用和功能。

public func CGImageDestinationCreateWithURL(_ url: CFURL, _ type: CFString, _ count: Int, _ options: CFDictionary?) -> CGImageDestination?

CGImageDestinationCreateWithURL方法的作用是创建一个图片的目标对象，为了便于大家理解，这里把图片目标对象比喻为一个集合体。 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　CGImageDestination结构 
　　集合体中描述了构成当前图片目标对象的一系列参数，如图片的URL地址、图片类型、图片帧数、配置参数等。本代码中将plane.gif的本地文件路径作为参数1传递给这个图片目标对象，参数2描述了图片的类型为GIF图片，参数3表明当前GIF图片构成的帧数，参数4暂时给它一个空值。 
　　到目前为止，待处理图片源已经加载到代码中，GIF图片Destination也已经完成构建，下面就需要使用ImageIO框架把多帧PNG图片编码到GIF图片中，其处理流程如下。 

　　具体实现代码如下：

 // Part3:设置gif图片属性，利用67张png图片构建gif
1    let cgimagePropertiesDic = [kCGImagePropertyGIFDelayTime as String:0.1]//设置每帧之间播放时间
2    let cgimagePropertiesDestDic =[kCGImagePropertyGIFDictionary as String:cgimagePropertiesDic];
3    for cgimage in images{
4            CGImageDestinationAddImage(destion!, (cgimage as AnyObject).cgImage!!,cgimagePropertiesDestDic as CFDictionary?);}// 依次为gif图像对象添加每一帧元素
5    let gifPropertiesDic:NSMutableDictionary =NSMutableDictionary()
6    gifPropertiesDic.setValue(kCGImagePropertyColorModelRGB,forKey: kCGImagePropertyColorModel as String)
7    gifPropertiesDic.setValue(16, forKey:kCGImagePropertyDepth as String)// 设置图像的颜色深度
8    gifPropertiesDic.setValue(1, forKey:kCGImagePropertyGIFLoopCount as String)// 设置Gif执行次数
9    let gifDictionaryDestDic = [kCGImagePropertyGIFDictionary as String:gifPropertiesDic]
10   CGImageDestinationSetProperties(destion!,gifDictionaryDestDic as CFDictionary?);//为gif图像设置属性
11   CGImageDestinationFinalize(destion!);

　　代码第1行设置GIF图片属性，设置当前GIF中每帧图片展示时间间隔为0.1s。代码第2行构建一个GIF图片属性字典，字典使用GIF每帧之间的时间间隔初始化。代码第4行使用遍历的方法将已经准备好的图片快速追加到GIF图片的Destination中。代码第5行初始化一个可变字典对象，该字典对象主要用于设置GIF图片中每帧图片属性。第6行设置图片彩色空间格式为RGB（Red Green Blue三基色）类型。第7行设置图片颜色深度。一般来说黑白图像也称为二值图像，颜色深度为1，表示2的一次方，即两种颜色：黑和白。灰度图像一般颜色深度为8，表示2的8次方，共计256种颜色，即从黑色到白色的渐变过程有256种。对于彩色图片来说一般有16位深度和32位深度之说，这里设置为16位深度彩色图片。代码第8行设置GIF图片执行的次数，这里设置为执行一次。代码第9行和第10行负责将以上图片设置的各种属性添加到GIF的Destination目标中。最后一行完成GIF的Destination目标文件构建。 
　　可以打印出当前GIF图片的路径，在该路径下可以看到最终生成的GIF图片。 

Gif图像展示

　　iOS原生并不支持直接显示GIF图片，由前面的分析可知，GIF图片由一帧帧的单帧图片构成，所以只要实现GIF图片的分解，接下来就是多组图片显示的问题了。为大家介绍另外一种图片展现形式，即基于UIImageView展现GIF多帧图片。 
经过对GIF图片展示思路的分析可以知道，在iOS下展现GIF分为两步：第一步分解GIF图片为单帧图片，第二步在iOS下展现多帧图片。UIImageView是一个用来展现图片的UI组件，不过它还有一些动画属性可以用来进行逐帧动画展现。 
考虑到第一步GIF图片已经分解，所以这里把分解之后的67张图片先加载进来。 

　　UIImageView多帧图像展示具体实现代码如下。

1       var images:[UIImage] = []
2        for i in 0...66{// 遍历本地67张图片
3            let imagePath = "\(i).png" // 构建图片名称
4            let image:UIImage = UIImage(named: imagePath)!
5            images.append(image)// 将图片添加到数组中
        }
6        let imageView = UIImageView()
7        imageView.frame = self.view.bounds
8        imageView.contentMode = UIViewContentMode.Center
9        self.view.addSubview(imageView)
10       imageView.animationImages = images
11       imageView.animationDuration = 5
12       imageView.animationRepeatCount = 1
13       imageView.startAnimating()

　　代码第1行初始化一个子元素为UIImage类型的数组对象。第2行到第5行通过for循环将67张图片依次加载到当前数组中。第6行实例化一个UIImageView实例对象。第7行和第8行设置UIImageView实例对象的frame位置属性以及图片的拉伸方式，这里设置为居中显示。第9行将UIImageView添加到self.view图层上。第10行将初始化加载的67张图片添加到UIImageView实例的animationImages上，相当于设置UIImageView的内容。第11行设置UIImageView图片动画播放周期。第12行设置动画重复次数。最后一行启动UIImageView多帧图片展示动画。 

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