10.2 自定义缓冲函数

自定义缓冲函数

在第八章中，我们给时钟项目添加了动画。看起来很赞，但是如果有合适的缓冲函数就更好了。在显示世界中，钟表指针转动的时候，通常起步很慢，然后迅速啪地一声，最后缓冲到终点。但是标准的缓冲函数在这里每一个适合它，那该如何创建一个新的呢？

除了+functionWithName:之外，CAMediaTimingFunction同样有另一个构造函数，一个有四个浮点参数的+functionWithControlPoints::::（注意这里奇怪的语法，并没有包含具体每个参数的名称，这在objective-C中是合法的，但是却违反了苹果对方法命名的指导方针，而且看起来是一个奇怪的设计）。

使用这个方法，我们可以创建一个自定义的缓冲函数，来匹配我们的时钟动画，为了理解如何使用这个方法，我们要了解一些CAMediaTimingFunction是如何工作的。

三次贝塞尔曲线

CAMediaTimingFunction函数的主要原则在于它把输入的时间转换成起点和终点之间成比例的改变。我们可以用一个简单的图标来解释，横轴代表时间，纵轴代表改变的量，于是线性的缓冲就是一条从起点开始的简单的斜线（图10.1）。

图10.2 三次贝塞尔缓冲函数

实际上它是一个很奇怪的函数，先加速，然后减速，最后快到达终点的时候又加速，那么标准的缓冲函数又该如何用图像来表示呢？

CAMediaTimingFunction有一个叫做-getControlPointAtIndex:values:的方法，可以用来检索曲线的点，这个方法的设计的确有点奇怪（或许也就只有苹果能回答为什么不简单返回一个CGPoint），但是使用它我们可以找到标准缓冲函数的点，然后用UIBezierPath和CAShapeLayer来把它画出来。

曲线的起始和终点始终是{0, 0}和{1, 1}，于是我们只需要检索曲线的第二个和第三个点（控制点）。具体代码见清单10.4。所有的标准缓冲函数的图像见图10.3。

清单10.4 使用UIBezierPath绘制CAMediaTimingFunction

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *layerView;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //create timing function
    CAMediaTimingFunction *function = [CAMediaTimingFunction functionWithName: kCAMediaTimingFunctionEaseOut];
    //get control points
    CGPoint controlPoint1, controlPoint2;
    [function getControlPointAtIndex:1 values:(float *)&controlPoint1];
    [function getControlPointAtIndex:2 values:(float *)&controlPoint2];
    //create curve
    UIBezierPath *path = [[UIBezierPath alloc] init];
    [path moveToPoint:CGPointZero];
    [path addCurveToPoint:CGPointMake(1, 1)
            controlPoint1:controlPoint1 controlPoint2:controlPoint2];
    //scale the path up to a reasonable size for display
    [path applyTransform:CGAffineTransformMakeScale(200, 200)];
    //create shape layer
    CAShapeLayer *shapeLayer = [CAShapeLayer layer];
    shapeLayer.strokeColor = [UIColor redColor].CGColor;
    shapeLayer.fillColor = [UIColor clearColor].CGColor;
    shapeLayer.lineWidth = 4.0f;
    shapeLayer.path = path.CGPath;
    [self.layerView.layer addSublayer:shapeLayer];
    //flip geometry so that 0,0 is in the bottom-left
    self.layerView.layer.geometryFlipped = YES;
}

@end

图10.4 自定义适合时钟的缓冲函数

清单10.5 添加了自定义缓冲函数的时钟程序

- (void)setAngle:(CGFloat)angle forHand:(UIView *)handView animated:(BOOL)animated
{
    //generate transform
    CATransform3D transform = CATransform3DMakeRotation(angle, 0, 0, 1);
    if (animated) {
        //create transform animation
        CABasicAnimation *animation = [CABasicAnimation animation];
        animation.keyPath = @"transform";
        animation.fromValue = [handView.layer.presentationLayer valueForKey:@"transform"];
        animation.toValue = [NSValue valueWithCATransform3D:transform];
        animation.duration = 0.5;
        animation.delegate = self;
        animation.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithControlPoints:1 :0 :0.75 :1];
        //apply animation
        handView.layer.transform = transform;
        [handView.layer addAnimation:animation forKey:nil];
    } else {
        //set transform directly
        handView.layer.transform = transform;
    }
}

更加复杂的动画曲线

考虑一个橡胶球掉落到坚硬的地面的场景，当开始下落的时候，它会持续加速知道落到地面，然后经过几次反弹，最后停下来。如果用一张图来说明，它会如图10.5所示。

这可以起到作用，但效果并不是很好，到目前为止我们所完成的只是一个非常复杂的方式来使用线性缓冲复制CABasicAnimation的行为。这种方式的好处在于我们可以更加精确地控制缓冲，这也意味着我们可以应用一个完全定制的缓冲函数。那么该如何做呢？

缓冲背后的数学并不很简单，但是幸运的是我们不需要一一实现它。罗伯特·彭纳有一个网页关于缓冲函数（http://www.robertpenner.com/easing），包含了大多数普遍的缓冲函数的多种编程语言的实现的链接，包括C。这里是一个缓冲进入缓冲退出函数的示例（实际上有很多不同的方式去实现它）。

float quadraticEaseInOut(float t) 
{
    return (t < 0.5)? (2 * t * t): (-2 * t * t) + (4 * t) - 1; 
}

对我们的弹性球来说，我们可以使用bounceEaseOut函数：

float bounceEaseOut(float t)
{
    if (t < 4/11.0) {
        return (121 * t * t)/16.0;
    } else if (t < 8/11.0) {
        return (363/40.0 * t * t) - (99/10.0 * t) + 17/5.0;
    } else if (t < 9/10.0) {
        return (4356/361.0 * t * t) - (35442/1805.0 * t) + 16061/1805.0;
    }
    return (54/5.0 * t * t) - (513/25.0 * t) + 268/25.0;
}

如果修改清单10.7的代码来引入bounceEaseOut方法，我们的任务就是仅仅交换缓冲函数，现在就可以选择任意的缓冲类型创建动画了（见清单10.8）。

清单10.8 用关键帧实现自定义的缓冲函数

- (void)animate
{
    //reset ball to top of screen
    self.ballView.center = CGPointMake(150, 32);
    //set up animation parameters
    NSValue *fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 32)];
    NSValue *toValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 268)];
    CFTimeInterval duration = 1.0;
    //generate keyframes
    NSInteger numFrames = duration * 60;
    NSMutableArray *frames = [NSMutableArray array];
    for (int i = 0; i < numFrames; i++) {
        float time = 1/(float)numFrames * i;
        //apply easing
        time = bounceEaseOut(time);
        //add keyframe
        [frames addObject:[self interpolateFromValue:fromValue toValue:toValue time:time]];
    }
    //create keyframe animation
    CAKeyframeAnimation *animation = [CAKeyframeAnimation animation];
    animation.keyPath = @"position";
    animation.duration = 1.0;
    animation.delegate = self;
    animation.values = frames;
    //apply animation
    [self.ballView.layer addAnimation:animation forKey:nil];
}