【Flutter 实战】动画核心

作者: 老孟程序员 | 来源:发表于2020-07-07 07:11 被阅读0次

老孟导读：动画系统是任何一个UI框架的核心功能，也是开发者学习一个UI框架的重中之重，同时也是比较难掌握的一部分，下面我们就一层一层的揭开 Flutter 动画的面纱。

任何程序的动画原理都是一样的，即：视觉暂留，视觉暂留又叫视觉暂停，人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

人眼能保留0.1-0.4秒左右的图像，所以在 1 秒内看到连续的25张图像，人就会感到画面流畅，而 1 秒内看到连续的多少张图像称为帧率，即 FPS，理论上达到 24 FPS 画面比较流畅，而Flutter，理论上可以达到 60 FPS。

AnimationController

介绍完了动画系统的基本原理，实现一个蓝色盒子大小从 100 变为 200动画效果：

class AnimationBaseDemo extends StatefulWidget {
  @override
  _AnimationBaseDemoState createState() => _AnimationBaseDemoState();
}

class _AnimationBaseDemoState extends State<AnimationBaseDemo> {
  double _size = 100;

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          setState(() {
            _size = 200;
          });
        },
        child: Container(
          height: _size,
          width: _size,
          color: Colors.blue,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text('点我变大',style: TextStyle(color: Colors.white,fontSize: 18),),
        ),
      ),
    );
  }
}

虽然变大了，但并没有动画效果，而是直接变大的，想要使其一点点放大需要引入 AnimationController，它是动画控制器，控制动画的启动、停止，还可以获取动画的运行状态，AnimationController 通常在 initState 方法中初始化：

class _AnimationBaseDemoState extends State<AnimationBaseDemo> with SingleTickerProviderStateMixin{
  double _size = 100;
  AnimationController _controller;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _controller = AnimationController(vsync: this,duration: Duration(milliseconds: 500));
  }
  ...
}

这里有两个参数需要设置：

vsync：当创建 AnimationController 时，需要传递一个vsync参数，存在vsync时会防止屏幕外动画消耗不必要的资源，单个 AnimationController 的时候使用 SingleTickerProviderStateMixin，多个 AnimationController 使用 TickerProviderStateMixin。
duration：表示动画执行的时间。

修改如下：

class _AnimationBaseDemoState extends State<AnimationBaseDemo> with SingleTickerProviderStateMixin{
  double _size = 100;
  AnimationController _controller;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _controller = AnimationController(vsync: this,duration: Duration(milliseconds: 500));
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          _controller.forward();
        },
        child: Container(
          height: _size,
          width: _size,
          color: Colors.blue,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text('点我变大',style: TextStyle(color: Colors.white,fontSize: 18),),
        ),
      ),
    );
  }
  
  @override
  void dispose() {
    super.dispose();
    _controller.dispose();
  }
}

点击蓝色盒子的时候不再直接更改大小，而是执行动画_controller.forward()。

另外在State dispose 生命周期中释放 AnimationController。

此时点击蓝色盒子发现并不会变大，StatefulWidget 组件改变外观需要调用 setState，因此给 AnimationController 添加监听：

_controller = AnimationController(vsync: this,duration: Duration(milliseconds: 500))
..addListener(() {
  setState(() {
    _size = 100+100*_controller.value;
  });
});

每一帧都会回调addListener ，在此回调中设置蓝色盒子大小，蓝色的大小是由 100 变到 200，而 AnimationController 的值默认是 0 到 1，所以蓝色大小等于 _size = 100+100*_controller.value，运行效果：

这就是 Flutter 中最简单动画的实现方式，其中最重要的就是 AnimationController，_controller.value 是当前动画的值，默认从 0 到 1。也可以通过参数形式设置最大值和最小值：

_controller = AnimationController(vsync: this,duration: Duration(milliseconds: 500),lowerBound: 100,upperBound: 200)
..addListener(() {
  setState(() {
    _size = _controller.value;
  });
})

此时 _controller.value 的值就是从 100变化到 200。

除了使用 addListener 监听每一帧，还可以监听动画状态的变化：

_controller = AnimationController(
    vsync: this,
    duration: Duration(milliseconds: 500),
    lowerBound: 100,
    upperBound: 200)
  ..addStatusListener((status) {
    print('status:$status');
  })

动画的状态分为四种：

dismissed：动画停止在开始处。
forward：动画正在从开始处运行到结束处（正向运行）。
reverse：动画正在从结束处运行到开始处（反向运行）。
completed：动画停止在结束处。

再来看下动画的控制方法：

forward：正向执行动画。
reverse：反向执行动画。
repeat：反复执行动画。
reset：重置动画。

forward 和 reverse 方法中都有 from 参数，这个参数的意义是一样的，表示动画从此值开始执行，而不再是从lowerBound 到 upperBound。比如上面的例子中 from 参数设置 150，那么执行动画时，蓝色盒子瞬间变为 150，然后再慢慢变大到200。

让蓝色盒子大小从 100 到 200，然后再变到 100，再到 200，如此反复：

_controller = AnimationController(
    vsync: this,
    duration: Duration(milliseconds: 500),
    lowerBound: 100,
    upperBound: 200)
  ..addStatusListener((AnimationStatus status) {
    if(status == AnimationStatus.completed){
      _controller.reverse();
    }else if(status == AnimationStatus.dismissed){
      _controller.forward();
    }
  })
  ..addListener(() {
    setState(() {
      _size = _controller.value;
    });
  });

只需监听动画状态变化，在动画结束后再正向/反向再次执行动画。

虽然上面讲了很多，但只有一个重点 AnimationController。

AnimationController 设置的最小/大值类型是 double，如果动画的变化是颜色要如何处理？

AnimationController 在执行动画期间返回的值是 0 到 1，颜色从蓝色变为红色方法如下：

_controller =
    AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 500))
      ..addListener(() {
        setState(() {
          _color = Color.lerp(_startColor, _endColor, _controller.value);
        });
      });

重点是 Color.lerp 方法，此方法是在两种颜色之间线性插值。

完整代码如下：

class TweenDemo extends StatefulWidget {
  @override
  _TweenDemoState createState() => _TweenDemoState();
}

class _TweenDemoState extends State<TweenDemo>
    with SingleTickerProviderStateMixin {
  AnimationController _controller;
    Color _startColor = Colors.blue;
  Color _endColor = Colors.red;

  Color _color = Colors.blue;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _controller =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 500))
          ..addListener(() {
            setState(() {
              _color = Color.lerp(_startColor, _endColor, _controller.value);
            });
          });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          _controller.forward();
        },
        child: Container(
          height: 100,
          width: 100,
          color: _color,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text(
            '点我变色',
            style: TextStyle(color: Colors.white, fontSize: 18),
          ),
        ),
      ),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    super.dispose();
    _controller.dispose();
  }
}

Flutter 中把这种从 0 -> 1 转换为蓝色 -> 红色行为称之为 Tween（映射）。

使用 Tween 完成动画蓝色 -> 红色：

class _TweenDemoState extends State<TweenDemo>
    with SingleTickerProviderStateMixin {
  AnimationController _controller;
  Animation<Color> _animation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _controller =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 500))
          ..addListener(() {
            setState(() {});
          });
    _animation =
        ColorTween(begin: Colors.blue, end: Colors.red).animate(_controller);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          _controller.forward();
        },
        child: Container(
          height: 100,
          width: 100,
          color: _animation.value,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text(
            '点我变色',
            style: TextStyle(color: Colors.white, fontSize: 18),
          ),
        ),
      ),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    super.dispose();
    _controller.dispose();
  }
}

效果和上面是一样的。

Tween 仅仅是映射，动画的控制依然由 AnimationController 控制，因此需要 Tween.animate(_controller) 将控制器传递给Tween。

系统提供了大量的 Tween：

基本上常用的属性都包含了其对应的 Tween，看一下 ColorTween 的源代码实现：

本质上也是使用 Color.lerp 实现的。

Curve

动画中还有一个重要的概念就是 Curve，即动画执行曲线。Curve 的作用和 Android 中的 Interpolator（差值器）是一样的，负责控制动画变化的速率，通俗地讲就是使动画的效果能够以匀速、加速、减速、抛物线等各种速率变化。

蓝色盒子大小 100 变大到 200，动画曲线设置为 bounceIn（弹簧效果） ：

class CurveDemo extends StatefulWidget {
  @override
  _CurveDemoState createState() => _CurveDemoState();
}

class _CurveDemoState extends State<CurveDemo>
    with SingleTickerProviderStateMixin {
  AnimationController _controller;
  Animation _animation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _controller =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 1000))
          ..addListener(() {
            setState(() {});
          });

    _animation = Tween(begin: 100.0, end: 200.0)
        .chain(CurveTween(curve: Curves.bounceIn))
        .animate(_controller);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          _controller.forward();
        },
        child: Container(
          height: _animation.value,
          width: _animation.value,
          color: Colors.blue,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text(
            '点我变大',
            style: TextStyle(color: Colors.white, fontSize: 18),
          ),
        ),
      ),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    super.dispose();
    _controller.dispose();
  }
}

动画加上Curve 后，AnimationController 的最小/大值必须是 [0,1]之间，例如下面的写法就是错误的：

_controller =
    AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 1000),lowerBound: 100.0,upperBound: 200.0)
      ..addListener(() {
        setState(() {});
      });
_animation = CurveTween(curve: Curves.bounceIn).animate(_controller);

抛出如下异常：

正确写法：

_controller =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 1000))
          ..addListener(() {
            setState(() {});
          });

    _animation = Tween(begin: 100.0, end: 200.0)
        .chain(CurveTween(curve: Curves.bounceIn))
        .animate(_controller);

系统已经提供了38种常用到动画曲线：

linear

decelerate

bounceIn

bounceOut

elasticIn

其余动画效果可以官方文档查看。

通常情况下，这些曲线能够满足 99.99% 的需求，很多时候设计也就是告诉你动画先快后慢或者先慢后快，所以选个类似的就可以了，但有一些特别的设计非要一个系统没有的动画曲线，要怎么办？

那就自定义一个动画曲线

其实自定义一个动画曲线难点在数学上，怎么把数学公式用代码实现才是难点。

下面是一个 楼梯效果 的动画曲线：

自定义动画曲线需要继承 Curve 重写 transformInternal 方法即可：

class _StairsCurve extends Curve {

  @override
  double transformInternal(double t) {
    return t;
  }
}

直接返回 t 其实就是线性动画，即 Curves.linear，实现楼梯效果动画代码如下：

class _StairsCurve extends Curve {
  //阶梯的数量
  final int num;
  double _perStairY;
  double _perStairX;

  _StairsCurve(this.num) {
    _perStairY = 1.0 / (num - 1);
    _perStairX = 1.0 / num;
  }

  @override
  double transformInternal(double t) {
    return _perStairY * (t / _perStairX).floor();
  }
}

修改开始处的案例，使用此曲线：

_animation = Tween(begin: 100.0, end: 200.0)
    .chain(CurveTween(curve: _StairsCurve(5)))
    .animate(_controller);

总结

动画系统的核心是 AnimationController，而且是不可或缺的，动画中必须有 AnimationController，而 Tween 和 Curve 则是对 AnimationController 的补充， Tween 实现了将 AnimationController [0,1]的值映射为其他类型的值，比如颜色、样式等，Curve 是 AnimationController 动画执行曲线，默认是线性运行。

将 AnimationController 、 Tween 、Curve 进行关联的方式：

AnimationController _controller;
Animation _animation;

@override
void initState() {
  super.initState();
  _controller =
      AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 1000))
        ..addListener(() {
          setState(() {});
        });

  _animation = Tween(begin: 100.0, end: 200.0)
      .animate(_controller);
}

或者：

_animation = _controller.drive(Tween(begin: 100.0, end: 200.0));

加入 Curve ：

_animation = Tween(begin: 100.0, end: 200.0)
    .chain(CurveTween(curve: Curves.linear))
    .animate(_controller);

或者：

_animation = _controller
    .drive(CurveTween(curve: Curves.linear))
    .drive(Tween(begin: 100.0, end: 200.0));

只需要 Curve ：

_animation = CurveTween(curve: Curves.linear)
    .animate(_controller);

或者

_animation = _controller.drive(CurveTween(curve: Curves.linear));

一个 AnimationController 可以对应多个 Animation（Tween 或者 Curve），StatefulWidget 组件可以包含多个 AnimationController ，但 SingleTickerProviderStateMixin 需要修改为 TickerProviderStateMixin，改变颜色和大小，由两个 AnimationController 控制：

class MultiControllerDemo extends StatefulWidget {
  @override
  _MultiControllerDemoState createState() => _MultiControllerDemoState();
}

class _MultiControllerDemoState extends State<MultiControllerDemo>
    with TickerProviderStateMixin {
  AnimationController _sizeController;
  AnimationController _colorController;
  Animation<double> _sizeAnimation;
  Animation<Color> _colorAnimation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _sizeController =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 2000))
          ..addListener(() {
            setState(() {});
          });

    _sizeAnimation = _sizeController
        .drive(CurveTween(curve: Curves.linear))
        .drive(Tween(begin: 100.0, end: 200.0));

    _colorController =
        AnimationController(vsync: this, duration: Duration(milliseconds: 1000))
          ..addListener(() {
            setState(() {});
          });

    _colorAnimation = _colorController
        .drive(CurveTween(curve: Curves.bounceIn))
        .drive(ColorTween(begin: Colors.blue, end: Colors.red));
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          _sizeController.forward();
          _colorController.forward();
        },
        child: Container(
          height: _sizeAnimation.value,
          width: _sizeAnimation.value,
          color: _colorAnimation.value,
          alignment: Alignment.center,
          child: Text(
            '点我变化',
            style: TextStyle(color: Colors.white, fontSize: 18),
          ),
        ),
      ),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    super.dispose();
    _sizeController.dispose();
    _colorController.dispose();
  }
}

AnimationController 、Tween 、Curve 是整个动画的基础，Flutter 系统封装了大量了动画组件，但这些组件也是基于此封装的，因为深入了解这三部分比学习使用动画组件更重要，再次对这3个进行总结：

AnimationController：动画控制器，控制动画的播放、停止等。继承自Animation< double >，是一个特殊的Animation对象，默认情况下它会线性的生成一个0.0到1.0的值，类型只能是 double 类型，不设置动画曲线的情况下，可以设置输出的最小值和最大值。
Curve：动画曲线，作用和Android中的Interpolator（差值器）类似，负责控制动画变化的速率，通俗地讲就是使动画的效果能够以匀速、加速、减速、抛物线等各种速率变化。
Tween：将 AnimationController 生成的 [0,1]值映射成其他属性的值，比如颜色、样式等。

完成一个动画效果的过程如下：

创建 AnimationController 。
如果需要 Tween 或者 Curve，将 AnimationController 与其关联，Tween 和 Curve 并不是必须的，当然大部分情况都需要。
将动画值作用于组件，当没有Tween 和 Curve 时，动画值来源于AnimationController，如果有 Tween 和 Curve，动画值来源于 Tween 或者Curve 的 Animation。

如果你发现阅读完此篇文章还是感觉不会写动画，不要灰心，这是正常的，第一次想了解这些抽象的概念还是比较困难的，如果你有其他平台的相关经验，那会好很多，对于动画，想要掌握个人认为只有一个方法就是多写。

后面会介绍动画组件基础使用、实现原理、高级动画以及自定义动画，把每一个动画组件的用法都亲自手写一遍（而不是复制黏贴），回过头来在看这篇文章，会有不一样的感觉。

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