android 动画分析

Android 平台提供了两类动画，一类是 Tween 动画，即通过对场景里的对象不断做图像变换(平移、缩放、旋转)产生动画效果；第二类是 Frame 动画，即顺序播放事先做好的图像，跟电影类似。本文分析了 Tween 动画的实现原理。 
主要思路
Tween 动画通过对 View 的内容完成一系列的图形变换 (包括平移、缩放、旋转、改变透明度)来实现动画效果。

具体来讲，预先定义一组指令，这些指令指定了图形变换的类型、触发时间、持续时间。这些指令可以是以 XML 文件方式定义，也可以是以源代码方式定义。程序沿着时间线执行这些指令就可以实现动画效果。

动画的进度使用 Interpolator 控制，android 提供了几个 Interpolator 子类，实现了不同的速度曲线，如LinearInterpolator 实现了匀速效果、 Accelerateinterpolator 实现了加速效果、DecelerateInterpolator 实现了减速效果等。还可以定义自己的 Interpolator 子类，实现抛物线、自由落体等物理效果。

动画的运行模式有两种：

独占模式，即程序主线程进入一个循环，根据动画指令不断刷新屏幕，直到动画结束；
中断模式，即有单独一个线程对时间计数，每隔一定的时间向主线程发通知，主线程接到通知后更新屏幕；
图形变换通过仿射矩阵实现。图形变换是图形学中的基本知识。简单来说就是，每种变换都是一次矩阵运算。在 Android 中，Canvas 类中包含当前矩阵，当调用 Canvas.drawBitmap (bmp, x, y, Paint) 绘制时，android 会先把 bmp 做一次矩阵运算，然后将运算的结果显示在 Canvas 上。这样，编程人员只需不断修改 Canvas 的矩阵并刷新屏幕，View 里的对象就会不停的做图形变换，动画就形成了。

在 android 中提供了 Animation 、 Interpolator、Transformation 等类具体实现 Tween 动画，下面逐一分析。

Animation 类及其子类
Animation 类及其子类是动画的核心模块，它实现了各种动画效果，如平移、缩放、旋转、改变透明度等。

Tween 动画的每一桢都根据 Interpolator 对 view 的内容做一次图形变换，因此 Animation 的核心工作是做变换(transformation)。

Aniamtion 是基类，他记录了动画的通用属性和方法。主要的属性包括动画持续时间、重复次数、interpolator 等。动画里最重要的方法是 getTransformation (currentTime, outTransformation)，该方法根据当前间 (currentTime) 和 interpolator，计算当前的变换，在 outTransformation 中返回。

TranslateAnimation、RotateAnimation、AlphaAnimation 等是 Animation 的子类，分别实现了平移、旋转、改变 Alpha 值等动画。

每个动画都重载了父类的 applyTransformation 方法，这个方法会被父类的 getTransformation 方法调用。另外每个动画还有个 initialize 方法，完成初始化工作。

不同的动画具有不同的属性，如 RotateAnimation 的属性是起始角度、终止角度和旋转点坐标， TranslateAnimation 的属性是起始位置和终止位置。AlphaAnimation 的属性是起始 alpha 值和终止 alpha 值。

Animation 类及其子类的类图如下所示：


android类及其子类

Interpolator 类及其子类
Interpolator 定义了动画的变化速度，可以实现匀速、正加速、负加速、无规则变加速等；

Interpolator 是基类，封装了所有 Interpolator 的共同方法，它只有一个方法，即 getInterpolation (float input)，该方法 maps a point on the timeline to a multiplier to be applied to the transformations of an animation.

LinearInerpolator、AccelerateInterpolator， DecelerateInterpolator， AccelerateDecelerateInterpolator，CycleInterpolator 是 Interpolator 的子类，分别实现了匀速、加速、减速、变速、循环等效果。

对于 LinearInterpolator ，变化率是个常数，即 f (x) = x.

     public float getInterpolation(float input) {
        return input;
    }

对于 AccelerateInterpolator，开始变化很慢，然后逐渐变快，即 f(x) = x*x 或者 f(x) = pow(x, 2*mFactor).

    public float getInterpolation(float input) {
        if (mFactor == 1.0f) {
            return (float)(input * input);
        } else {
            return (float)Math.pow(input, 2 * mFactor);
        }
    }

对于 AccelerateDecelerateInterpolator，变化率开始和结束都很慢，但中间很快，即 f(x) = (cos ((x+1)*PI) / 2.0f) + 0.5f.

    public float getInterpolation(float input) {
        return (float)(Math.cos((input + 1) * Math.PI) / 2.0f) + 0.5f;
    }

Interpolator 类及其子类的类图如下所示：


Interpolator 类及其子类

Transformation 类
Transformation 记录了仿射矩阵 Matrix，动画每触发一次，会对原来的矩阵做一次运算， View 的 Bitmap 与这个矩阵相乘就可实现相应的操作(旋转、平移、缩放等)。

Transformation 类封装了矩阵和 alpha 值，它有两个重要的成员，一是 mMatrix，二是 mAlpha。

Transformation 类图如下所示：


Transformation 类图

如何在 View 中实现动画
从逻辑上讲，实现动画需要如下几步：

view 创建动画对象，设置动画属性，调用 invalidate 刷新屏幕，启动动画；
invalidate 方法触发了 onDraw 函数；
在 onDraw 函数中：
调用动画的 getTransformation 方法，得到当前时间点的矩阵
将该矩阵设置成 Canvas 的当前矩阵
调用 canvas 的 drawBitmap 方法，绘制屏幕。
判断 getTransformation 的返回值，若为真，调用 invalidate 方法，刷新屏幕进入下一桢；若为假，说明动画完成。
整个流程可用一个序列图表示：


Tween 动画序列图

使用样例
下面的代码是一个 view，系统创建 view 时会调用 onCreate 方法，该方法定义了一个 TranslateAniamtion，指定了移动起点和终点，动画持续时间为 1s，最后调用 startAnimation 将该动画保存在 View 的成员 mCurrentAnianmtion 中并启动动画。

注意，在 View 中需要定义成员变量 mCurrentAnimation 和 mTransformation ，分别记录当前的动画和变换。另外需要定义成员函数 startAnimation 启动动画。


class MyView extends View {

    Animation mCurrentAnimation  = null;

    Transformation mTransformation = new Transformation;



    private void setAnimation(Animation animation) {
        mCurrentAnimation = animation;
        if (animation != null) {
            animation.reset();
        }
    }



    public void startAnimation(Animation animation) {
        animation.setStartTime(animation.START_ON_FIRST_FRAME);
        setAnimation(animation);
        invalidate();
    }


    onDraw (Canvas canvas) {

        long curTime = SystemClock.uptimeMillis ();

        if (mCurrentAniamtion == null){

            canvas.drawBitmap (b, x, y, mPaint);

        }

        else {

            if (!mCurrentAnimation.isInitialized())  //initialize animation

                mCurrentAnimation.initialize (w, h, pw, ph);

            boolean more = mCurrentAnimation.getTransformation (curTime, mTransformation);

            if(more) {

                Matrix m = canvas.getMatrix();

                canvas.setMatrix (mTransformation.getMatrix());

                canvas.drawBitmap (b, x, y, mPaint);

                canvas.setMatrix (m);

                this.invalidate ();

            }

            else {

                mCurrentAnimation = null;

                this.invalidate ();

            }

        }



    }


    void onCreate (){

        Animation anim = new TranslateAnimation (10, 20, 0, 0);

        anim.setDuration (1000); // 1s

        anim.setInterpolator (new AcceleratInterpolator(3.0f));

        startAniamtion (anim);

    }

}