详解Android如何实现自定义的动画曲线

前言

最近在写动画相关的篇章，经常会用到 Curve 这个动画曲线类，那这个类到底怎么实现的？如果想自己来一个自定义的动画曲线该怎么弄？本篇我们就来一探究竟。

曲线

Curve 类定义

查看源码， Curve 类定义如下：

abstract class Curve extends ParametricCurve<double> {
  const Curve();

  @override
  double transform(double t) {
    if (t == 0.0 || t == 1.0) {
      return t;
    }
    return super.transform(t);
  }
  
  Curve get flipped => FlippedCurve(this);
}

看上去好像没定义什么， 实际这里只是做了两个处理，一个是明确的数据类型为 double，另一个是对 transform 做了重载，也只是对参数 t 做了特殊处理，保证参数 t 的范围在0-1之间，且起点值0.0和终点值1.0不被转换函数转换。主要定义在上一层的ParametricCurve。文档是建议子类重载transformInternal方法，那我们就继续往上看ParametricCurve这个类的实现，代码如下：

abstract class ParametricCurve<T> {
  const ParametricCurve();

  T transform(double t) {
    assert(t != null);
    assert(t >= 0.0 && t <= 1.0, 'parametric value $t is outside of [0, 1] range.');
    return transformInternal(t);
  }

  @protected
  T transformInternal(double t) {
    throw UnimplementedError();
  }

  @override
  String toString() => objectRuntimeType(this, 'ParametricCurve');
}

可以看到，实际上 transform 方法除了做参数合法性验证以外，其实就是调用了transformInternal方法，因此子类必须要实现该方法，否则会抛出UnimplementedError异常。

实例解析

上面的源码可以看到，关键在于参数 t。这个参数 t 代表什么呢？注释里说的是：

Returns the value of the curve at point t. — 返回 t 点的曲线对应的值。

因此 t 可以认为是曲线的横坐标，而为了保证曲线的一致性，做了归一化处理，也就是t的取值都是在0-1之间。这么说可能有点抽象，我们来看2个例子来对比就明白了，先看最简单 Curves.linear 的实现。

class _Linear extends Curve {
  const _Linear._();

  @override
  double transformInternal(double t) => t;
}

超级简单吧，直接返回 t，其实对应我们的数学的函数就是：

y = f(t) = t

对应的曲线就是一条斜线。也就是说在设定的动画时间内，会完成从0-1的线性转变，也就是变化是均匀的。线性这个很好理解，我们再来看一个减速曲线decelerate的实现。

class _DecelerateCurve extends Curve {
  const _DecelerateCurve._();

  @override
  double transformInternal(double t) {
    t = 1.0 - t;
    return 1.0 - t * t;
  }
}

我们先看一下_DecelerateCurve 的计算表达式是什么。

回忆一下我们高中物理学的匀减速运动，加速度为负（即减速）的距离计算公式：

上面的减速曲线其实就可以看做是初始速度是2，加速度也是2的减速运动。为什么要是2这个值呢，这是因为 t 的取值范围是0-1，这样计算完的结果的取值范围还是0-1。你肯定会问，为什么要保证曲线的计算结果要是0-1？我们来假设计算结果不为0-1会发生什么情况，比如我们要在屏幕上移动一个组件为60像素。假设动画曲线初始值不为0。那就意味着一开始的移动距离是跳变的。同样的，如果结束值不为1.0，意味着在最后一个点的距离值不是60.0，那么就意味着结束时需要从最后一个点跳到最终的60像素的位置（动画需要保证最终的移动距离是60像素）这样意味着动画会出现跳变的效果，绘制曲线的话会是下面的样子（绿色是正常的，红线是异常的）。这样的动画体验是很糟糕的！因此，这是一个关键点，如果你的自定义曲线的 transformInternal 方法的返回值范围不是0-1，就意味着动画会出现跳变，导致动画缺帧的感觉。

image.png

有了这个基础，我们就可以解释动画曲线的基本机制了，实际上就是在给定的动画时间（Duration）范围内，完成组件的初始状态到结束状态的转变，这个转变是沿着设定的 Curve 类完成的，而其横坐标是0-1.0，曲线的初始值和结束值分别是0和1.0，而至于中间值是可以低于0或超过1的。我们可以想像是我们沿着设定的曲线运动，最终无论如何都会达到设定的目的地，而至于怎么走，拐多少道弯，速度怎么变化都是曲线控制的。但是，如果你的曲线初始值不为0或结束值不为1，就像是跳悬崖的那种感觉！

正弦动画曲线

我们来一个正弦曲线的动画验证一下上面的说法。

class SineCurve extends Curve {
  final int count;
  const SineCurve({this.count = 1}) : assert(count > 0);

  @override
  double transformInternal(double t) {
    return sin(2 * count* pi * t);
  }
}

count 参数用于控制周期，即达到目的地之前可以多来几个来回。这里我们发现，初始值是0，但是一个周期（2π）结束值也是0，这样在动画结束前会出现跳变的结果。来看一下示例代码，这个示例是让圆形向下移动60像素。

AnimatedContainer(
  decoration: BoxDecoration(
    color: Colors.blue,
    borderRadius: BorderRadius.circular(30.0),
  ),
  transform: Matrix4.identity()..translate(0.0, up ? 60.0 : 0.0, 0.0),
  duration: Duration(milliseconds: 3000),
  curve: SineCurve(count: 1),
  child: ClipOval(
    child: Container(
      width: 60.0,
      height: 60.0,
      color: Colors.blue,
    ),
  ),
)

运行效果如下，注意看最后一帧从0的位置直接跳到了60的位置。

跳动动画

这个怎么调呢，我们来看一下正弦曲线的样子。

正弦曲线

如果我们要满足0-1范围的要求，那么要往后再移动90度才能够达到。但是，这样还有个问题，这样破坏了周期性，比如设置 count=2的时候结果又不对了。我们来看一下规律，实际上只有第一个周期需要多移动90度（图中箭头指向的点），后面的都是按360度（即2π）为周期了。也就是角度其实是按2.5π，4.5π，6.5π……规律来的，对应的角度公式其实就是：

所以调整后的正弦曲线代码为：

class SineCurve extends Curve {
  final int count;
  const SineCurve({this.count = 1}) : assert(count > 0);

  @override
  double transformInternal(double t) {
    // 需要补偿pi/2个角度，使得起始值是0.终止值是1，避免出现最后突然回到0
    return sin(2 * (count + 0.25) * pi * t);
  }
}

再看调整后的效果，是不是丝滑般地过渡了？

总结

本篇介绍了 Flutter 动画曲线类的原理和控制动画的机制，实际上 Curve 类就是在指定的时间内，沿曲线完成从起点到终点的过渡。但是为了保证动画平滑过渡，应该保证自定义曲线的transformInternal方法返回值的起始值和结束值分别是0和1。