Material Component 动画基础—Spring Animation

原创徐宜生群英传

不管是在Android Material Design，还是Flutter中，Google都在尝试统一动画的行为和实现，在Google看来，动画基本都分为两种，即模拟动画和物理动画，本篇将介绍物理动画，这个概念在Android开发中，涉及的非常少，同时文档也最少，但却是实现很多优雅动画的基础，特别是MDC中封装的一些动画，在很多细节的处理上，都使用到了物理动画的概念。

弹性与阻尼

物理动画，顾名思义是基于物理学定律基础的动画效果，它实际上参考的就是弹簧的形变过程，即胡克定律，这种动画类型，通常被称为Spring Animation。官网上其实在很不起眼的小角落有一篇非常详细的文档，如下所示。

https://developer.android.com/guide/topics/graphics/spring-animation#add-support-library

对于Spring Animation来说，通常有两种常用的场景，即弹性和阻尼，弹性定义的是物体恢复到某个状态下的非线性过程，而阻尼，则定义的是拖动物体的非线性阻力。

关于Spring的设计定义，大家可以参考下这篇文章 https://zhuanlan.zhihu.com/p/127266926。

弹性

首先，我们来看下弹性的实现。首先，需要引入Google的Spring实现库，代码如下所示。

api 'androidx.dynamicanimation:dynamicanimation:1.0.0'

要使用Spring Animation其实非常简单，定义SpringAnimation即可，甚至不用设置参数，下面就通过一个最简单的示例，来演示下如何使用Spring Animation，代码如下所示。

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    var offsetX: Float = 0f
    var offsetY: Float = 0f

    @SuppressLint("ClickableViewAccessibility")
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        test.setOnTouchListener { v, event ->
            when (event.action) {
                MotionEvent.ACTION_DOWN -> {
                    offsetX = event.rawX
                    offsetY = event.rawY
                }
                MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
                    test.translationX = event.rawX - offsetX
                    test.translationY = event.rawY - offsetY
                }
                MotionEvent.ACTION_UP -> {
                    SpringAnimation(test, DynamicAnimation.TRANSLATION_Y).apply {
                        spring = SpringForce().apply {
//                            dampingRatio = DAMPING_RATIO_NO_BOUNCY
//                            stiffness = SpringForce.STIFFNESS_VERY_LOW
                        }
                        animateToFinalPosition(0f)
                    }
                    SpringAnimation(test, DynamicAnimation.TRANSLATION_X).apply {
                        spring = SpringForce().apply {
//                            dampingRatio = DAMPING_RATIO_NO_BOUNCY
//                            stiffness = SpringForce.STIFFNESS_VERY_LOW
                        }
                        animateToFinalPosition(0f)
                    }
                }
            }
            true
        }
    }
}

上面的代码定义了一个可以拖动并改变位置的View，当执行ACTION_UP的时候，就会执行定义的SpringAnimation，SpringAnimation需要几个参数，即TargetView、执行动画的属性、以及最终的属性值，而动画，则可以通过调用start()，或调用animateToFinalPosition()方法来启动，它们的区别就是是否设置了finalPosition，效果如图所示。

很简单的几行代码就实现了弹性的效果。

哪些属性

基于Spring特性的动画可以更改屏幕上的View的实际属性，从而为View添加动画效果。系统中支持了下面这些属性。

ALPHA：表示视图的 Alpha 透明度。该值默认为 1（不透明），值为 0 则表示完全透明（不可见）。
TRANSLATION_X、TRANSLATION_Y 和 TRANSLATION_Z：这些属性用于控制视图所在的位置，值为视图的布局容器所设置的左侧坐标、顶部坐标和高度的增量。
TRANSLATION_X 表示左侧坐标。
TRANSLATION_Y 表示顶部坐标。
TRANSLATION_Z 表示视图相对于其高度的深度。
ROTATION、ROTATION_X 和 ROTATION_Y：这些属性用于控制视图围绕轴心点进行的 2D（rotation属性）和 3D 旋转。
SCROLL_X 和 SCROLL_Y：这些属性分别表示视图距离源左侧和顶部边缘的滚动偏移量（以像素为单位）。它还以页面滚动的距离来表示位置。
SCALE_X 和 SCALE_Y：这些属性用于控制视图围绕其轴心点进行的 2D 缩放。X、Y 和 Z：这些是基本的实用属性，用于描述视图在容器中的最终位置。
X 是左侧值与 TRANSLATION_X 的和。
Y 是顶部值与 TRANSLATION_Y 的和。
Z 是高度值与 TRANSLATION_Z 的和。

实际上与属性动画的默认属性值基本是一致的，其本质，也是借助了属性动画来实现Spring效果。

监听

与属性动画一样，Spring Animation同样可以监听其动画的生命周期，系统提供了OnAnimationUpdateListener和OnAnimationEndListener，来监听动画。

通过addUpdateListener来设置，代码如下所示。

anim.addUpdateListener { _, value, _ -> anim.animateToFinalPosition(value) }

与之对应的，系统提供了removeUpdateListener() 和 removeEndListener()方法来移除监听。

SpringForce

对应一个弹性系统来说，SpringForce是描述该弹性系统的各种参数的封装。

SpringForce：定义动画具有的弹簧特征。其中有四个关键的参数：

finalPosition：静止位置。
stiffness：即弹簧常数，物体的弹性系数。
dampingRatio：阻尼比。描述系统扰动后的振荡衰减过程。
velocity：运动的初速度。

在这四个参数中，finalPosition用于描述动画最终停止的位置，而velocity则是描述物体运动的初速度，默认情况下，velocity为0，系统提供了setStartVelocity()方法来改变这个初速度，在大部分情况下，我们都不用修改。

剩下两个属性stiffness和dampingRatio，则是Spring Animation的核心配置参数。

阻尼比dampingRatio

阻尼比用于描述弹簧振动逐渐衰减的状况。通过使用阻尼比，可以定义振动从一次弹跳到下一次弹跳所衰减的速度有多快。

当阻尼比大于 1 时，会出现过阻尼现象。它会使对象快速地返回到静止位置。
当阻尼比等于 1 时，会出现临界阻尼现象。这会使对象在最短时间内返回到静止位置。
当阻尼比小于 1 时，会出现欠阻尼现象。这会使对象多次经过并越过静止位置，然后逐渐到达静止位置。
当阻尼比等于零时，便会出现无阻尼现象。这会使对象永远振动下去。

一般来说，首先需要调用getSpring()方法来获取当前的参数，再通过调用setDampingRatio()方法设置要增加到弹簧上的阻尼比。

系统同时也定义了一些常用的dampingRatio。

DAMPING_RATIO_HIGH_BOUNCY效果：

DAMPING_RATIO_MEDIUM_BOUNCY效果：

DAMPING_RATIO_LOW_BOUNCY效果：

DAMPING_RATIO_NO_BOUNCY效果：

相信大家通过GIF，就能很快明白其含义了。

刚度stiffness

刚度定义了用于衡量弹簧强度的弹簧常量。通过setStiffness()方法来设置刚度值，类似的，系统也定义了一些默认的刚度常量。

STIFFNESS_HIGH效果：

STIFFNESS_MEDIUM效果：

STIFFNESS_LOW效果：

STIFFNESS_VERY_LOW效果：

阻尼

物理动画的另一个常用场景，则是创建拉动的阻尼效果，相比生硬的控制，通过阻尼设置拉动效果，动画会更加符合物理定律，让动画更加优雅。不过，设置阻尼动画，其实并不需要Google的Spring Animation，我们通过一个函数，即可完成阻尼效果的实现，其实，所谓的阻尼，即在拉动过程中，将线性的拉动距离，通过一个函数变换，转换为非线性的递减函数，递减函数的斜率，即为阻尼的力度，这样的函数有很多，这里介绍其中一种。

阻尼效果

private fun doDamping(value: Float): Float {
    return if (value < 0)
        -sqrt((100f * abs(value)).toDouble()).toFloat()
    else
        sqrt((100f * value).toDouble()).toFloat()
}

通过这样一个变换，就可以实现阻尼效果。

例如我们将第一个场景中的拉动效果来增加阻尼效果，只需要在Move的过程中，不断改变偏移量即可，代码如下所示。

MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
    test.translationX = doDamping(event.rawX - offsetX)
    test.translationY = doDamping(event.rawY - offsetY)
}

那么借助这样一个函数，就很方便的实现了变换效果，如图所示。

其它

除了前面的示例外，这里还给大家提供了一些其它属性的使用示例。

旋转动画

设置ROTATION属性，代码如下所示。

test.setOnTouchListener { view, event ->
    val centerX = view.width / 2.0
    val centerY = view.height / 2.0
    val x = event.x
    val y = event.y

    fun updateRotation() {
        currentRotation = view.rotation + Math.toDegrees(atan2(x - centerX, centerY - y)).toFloat()
    }

    when (event.actionMasked) {
        MotionEvent.ACTION_DOWN -> updateRotation()
        MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
            previousRotation = currentRotation
            updateRotation()
            val angle = currentRotation - previousRotation
            view.rotation += angle
        }
        MotionEvent.ACTION_UP -> SpringAnimation(
            test,
            DynamicAnimation.ROTATION
        ).animateToFinalPosition(0f)
    }
    true
}

效果如下所示。

缩放

设置SCALE_X和SCALE_Y属性，代码如下所示。

scaleGestureDetector = ScaleGestureDetector(this,
    object : ScaleGestureDetector.SimpleOnScaleGestureListener() {
        override fun onScale(detector: ScaleGestureDetector): Boolean {
            scaleFactor *= detector.scaleFactor
            test.scaleX *= scaleFactor
            test.scaleY *= scaleFactor
            return true
        }
    })
test.setOnTouchListener { _, event ->
    if (event.action == MotionEvent.ACTION_UP) {
        SpringAnimation(test, DynamicAnimation.SCALE_X).animateToFinalPosition(1f)
        SpringAnimation(test, DynamicAnimation.SCALE_Y).animateToFinalPosition(1f)
    } else {
        scaleGestureDetector.onTouchEvent(event)
    }
    true
}

效果如图所示。

位移

设置TRANSLATION_Y来实现View出现的动画效果，代码如下所示。

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    setContentView(R.layout.activity_main)
    test.translationY = 1600f
    SpringAnimation(test, SpringAnimation.TRANSLATION_Y, 0f).apply {
        spring.stiffness = SpringForce.STIFFNESS_VERY_LOW
        spring.dampingRatio = SpringForce.DAMPING_RATIO_LOW_BOUNCY
        setStartVelocity(-2000f)
        start()
    }
}

效果如下所示。

KTX

在KTX中，Google还基于Spring Animation，提供了一些拓展函数，来进一步简化Spring的使用，地址如下所示。

implementation "androidx.dynamicanimation:dynamicanimation-ktx:1.0.0-alpha03"

虽然还没Release，虽然也并没有什么用，但为了文章的完整性，还是提一下吧。

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