一、前言

• 本文將深入探討一些創建 SwiftUI 動畫的高級技術，討論 Animatable 的協議，它可靠的伙伴 AnimatableData，強大但經常被忽略的 GeometryEffect 以及完全被忽視但全能的 AnimatableModifier 協議。
• 這些都是被官方文檔完全忽略的主題，在 SwiftUI 相關的帖子和文章中也幾乎沒有提及，不過它們還是提供了創建一些相當不錯的動畫的工具。

二、顯式動畫 VS 隱式動畫

① 動畫實現

• 在 SwiftUI 中，有兩種類型的動畫：顯式和隱式：
• • 隱式動畫是用 .animation() 修飾符指定的那些動畫，每當視圖上的可動畫參數發生變化時，SwiftUI 就會從舊值到新值制作動畫，一些可動畫的參數包括大小(size)、偏移(offset)、顏色(color)、比例(scale)等；
• • 顯式動畫是使用 withAnimation{ … } 指定的動畫閉包，只有那些依賴于 withAnimation 閉包中改變值的參數才會被動畫化。
• 如下所示，使用隱式動畫更改圖像的大小和不透明度：

struct Example1: View {@State private var half = false@State private var dim = falsevar body: some View {Image("tower").scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0).opacity(dim ? 0.2 : 1.0).animation(.easeInOut(duration: 1.0)).onTapGesture {self.dim.toggle()self.half.toggle()}} }

• 執行效果如下：

• 如下所示的示例使用顯式動畫，縮放和不透明度都會更改，但只有不透明度會設置動畫，因為它是 withAnimation 閉包中唯一更改的參數：

struct Example2: View {@State private var half = false@State private var dim = falsevar body: some View {Image("tower").scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0).opacity(dim ? 0.5 : 1.0).onTapGesture {self.half.toggle()withAnimation(.easeInOut(duration: 1.0)) {self.dim.toggle()}}} }

• 執行效果如下：

• 通過更改修飾符的前后順序，可以使用隱式動畫創建相同的效果：

struct Example2: View {@State private var half = false@State private var dim = falsevar body: some View {Image("tower").opacity(dim ? 0.2 : 1.0).animation(.easeInOut(duration: 1.0)).scaleEffect(half ? 0.5 : 1.0).onTapGesture {self.dim.toggle()self.half.toggle()}} }

• 如果需要禁用動畫，可以使用 .animation(nil)。

② 動畫是如何工作的

• 在所有 SwiftUI 動畫的背后，有一個名為 Animatable 的協議，它擁有一個計算屬性，其類型遵守 VectorArithmetic 協議，這使得框架可以隨意地插值。
• 當給一個視圖制作動畫時，SwiftUI 實際上是多次重新生成該視圖，并且每次都修改動畫參數。這樣，它就會從原點值漸漸走向最終值。
• 假設我們為一個視圖的不透明度創建一個線性動畫，打算從 0.3 到 0.8，該框架將多次重新生成視圖，以小幅度的增量來改變不透明度。由于不透明度是以 Double 表示的，而且 Double 遵守 VectorArithmetic 協議，SwiftUI 可以插值出所需的不透明度值，在框架代碼的某個地方，可能有一個類似的算法：

let from:Double = 0.3 let to:Double = 0.8for i in 0..<6 {let pct = Double(i) / 5var difference = to - fromdifference.scale(by: pct)let currentOpacity = from + differenceprint("currentOpacity = \(currentOpacity)") }

• 代碼將創建從起點到終點的漸進式更改：

currentOpacity = 0.3 currentOpacity = 0.4 currentOpacity = 0.5 currentOpacity = 0.6 currentOpacity = 0.7 currentOpacity = 0.8

三、為什么關心 Animatable？

• 你可能會問，為什么需要關心所有這些小細節？SwiftUI 已經為不透明度制作了動畫，不需要我們擔心這一切？當然是，只需要 SwiftUI 知道如何將數值從原點插值到終點。對于不透明度，這是一個直接的過程，SwiftUI 知道該怎么做。然而，正如接下來要看到的，情況并非總是如此。
• 例如一些大的例外情況：路徑(paths)、變換矩陣(matrices)和任意的視圖變化（例如，文本視圖中的文本、漸變視圖中的漸變顏色或停頓等），在這種情況下，框架不知道該怎么做。

① 形狀路徑的動畫化

• 想象一下，有一個形狀，使用路徑來繪制一個規則的多邊形，實現當然會需要指出這個多邊形將有多少條邊：

PolygonShape(sides: 3).stroke(Color.blue, lineWidth: 3) PolygonShape(sides: 4).stroke(Color.purple, lineWidth: 4)

• 如下所示，是 PolygonShape 的實現，代碼中使用了一點三角學的知識：

struct PolygonShape: Shape {var sides: Intfunc path(in rect: CGRect) -> Path { // hypotenuselet h = Double(min(rect.size.width, rect.size.height)) / 2.0// centerlet c = CGPoint(x: rect.size.width / 2.0, y: rect.size.height / 2.0)var path = Path()for i in 0..<sides {let angle = (Double(i) * (360.0 / Double(sides))) * Double.pi / 180// Calculate vertex positionlet pt = CGPoint(x: c.x + CGFloat(cos(angle) * h), y: c.y + CGFloat(sin(angle) * h))if i == 0 {path.move(to: pt) // move to first vertex} else {path.addLine(to: pt) // draw line to next vertex}}path.closeSubpath()return path} }

• 可以更進一步，嘗試使用與不透明度相同的方法對形狀邊數(sides)參數進行動畫處理：

PolygonShape(sides: isSquare ? 4 : 3).stroke(Color.blue, lineWidth: 3).animation(.easeInOut(duration: duration))

• 那么是不是 SwiftUI 知道如何把三角形轉化為正方形呢？很遺憾，它不并知道。當然，框架也不知道如何給它做動畫。我們可以隨心所欲地使用 .animation()，但這個形狀會從三角形跳到正方形，而且沒有任何動畫，原因很簡單：我們只教了 SwiftUI 如何畫一個 3 邊的多邊形，或 4 邊的多邊形，但代碼卻不知道如何畫一個 3.379 邊這樣的多邊形。
• 因此，為了使動畫發生，需要兩件事：
• • 需要改變形狀的代碼，使其知道如何繪制邊數為非整數的多邊形；
• • 讓框架多次生成這個形狀，并讓可動畫參數一點點變化，也就是說，希望這個形狀被要求繪制多次，每次都有一個不同的邊數數值：3、3.1、3.15、3.2、3.25，一直到 4。
• 一旦把這兩點做到位，就能夠在任何數量的邊數之間制作動畫：

② 創建可動畫數據(animatableData)

• 為了使形狀可動畫化，需要 SwiftUI 多次渲染視圖，使用從原點到目標數之間的所有邊值。幸運的是，Shape 已經符合了 Animatable 協議的要求，這意味著，有一個計算的屬性（animatableData），可以用它來處理這個任務。然而，它的默認實現被設置為 EmptyAnimatableData，所以它什么都不做。
• 為了解決我們的問題，首先改變邊的屬性的類型，從 Int 到 Double，這樣就可以有小數的數字，這里為了使事情簡單，只使用 Double：

struct PolygonShape: Shape {var sides: Double... }

• 然后，需要創建計算屬性 animatableData：

struct PolygonShape: Shape {var sides: Doublevar animatableData: Double {get { return sides }set { sides = newValue }}... }

③ 用小數畫邊

• 最后，需要教 SwiftUI 如何繪制一個邊數為非整數的多邊形。我們將稍微改變代碼，隨著小數部分的增長，這個新的邊將從零到全長，其他頂點將相應地平穩地重新定位：

func path(in rect: CGRect) -> Path {// hypotenuselet h = Double(min(rect.size.width, rect.size.height)) / 2.0// centerlet c = CGPoint(x: rect.size.width / 2.0, y: rect.size.height / 2.0)var path = Path()let extra: Int = Double(sides) != Double(Int(sides)) ? 1 : 0for i in 0..<Int(sides) + extra {let angle = (Double(i) * (360.0 / Double(sides))) * Double.pi / 180// Calculate vertexlet pt = CGPoint(x: c.x + CGFloat(cos(angle) * h), y: c.y + CGFloat(sin(angle) * h))if i == 0 {path.move(to: pt) // move to first vertex} else {path.addLine(to: pt) // draw line to next vertex}}path.closeSubpath()return path}

• 如前所述，對于這個形狀的用戶來說，邊的參數是一個 Double，這可能顯得很奇怪，我們期望邊是一個 Int 參數。可以再次改變代碼，把這個事實隱藏在形狀的實現中：

struct PolygonShape: Shape {var sides: Intprivate var sidesAsDouble: Doublevar animatableData: Double {get { return sidesAsDouble }set { sidesAsDouble = newValue }}init(sides: Int) {self.sides = sidesself.sidesAsDouble = Double(sides)}... }

• 有了這些變化，在內部使用 Double，但在外部則使用 Int，現在它看起來更優雅了。不要忘記了修改繪圖代碼，這樣它就會使用 sidesAsDouble 而不是 sides。

④ 設置多個參數的動畫

• 很多時候，我們會發現自己需要對多個參數進行動畫處理，單一的 Double 是不夠的，在這個時候，可以使用 AnimatablePair<First, Second>。這 First 和 Second 都是符合 VectorArithmetic 的類型，例如AnimatablePair<CGFloat, Double>：

• 為了演示 AnimatablePair 的使用，修改示例，現在多邊形形狀將有兩個參數：邊和比例，兩者都將用 Double 來表示：

struct PolygonShape: Shape {var sides: Doublevar scale: Doublevar animatableData: AnimatablePair<Double, Double> {get { AnimatablePair(sides, scale) }set {sides = newValue.firstscale = newValue.second}}... }

• 有一個更復雜的路徑，它基本上是相同的形狀，但增加了一條連接每個頂點的線：

⑤ 超過兩個動畫參數

• 如果瀏覽一下 SwiftUI 的聲明文件，會發現該框架相當廣泛地使用 AnimatablePair，比如說 CGSize、CGPoint、CGRect，盡管這些類型不符合 VectorArithmetic，但它們可以被動畫化，因為它們確實符合 Animatable，它們以這樣或那樣的方式使用 AnimatablePair：

extension CGPoint : Animatable {public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>public var animatableData: CGPoint.AnimatableData }extension CGSize : Animatable {public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>public var animatableData: CGSize.AnimatableData }extension CGRect : Animatable {public typealias AnimatableData = AnimatablePair<CGPoint.AnimatableData, CGSize.AnimatableData>public var animatableData: CGRect.AnimatableData }

• 如果仔細注意一下 CGRect，會發現它實際上是在使用：

AnimatablePair<AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>, AnimatablePair<CGFloat, CGFloat>>

• 這意味著矩形的 x、y、寬度和高度值可以通過 first.first、first.second、second.first 和 second.second 訪問。

⑥ 使自己的類型動畫化（通過VectorArithmetic）

• Angle、CGPoint、CGRect、CGSize、EdgeInsets、StrokeStyle 和 UnitPoint 等類型都默認實現了 Animatable，AnimatablePair、CGFloat、Double、EmptyAnimatableData 和 Float 符合 VectorArithmetic，我們可以使用它們中的任何一種來為形狀制作動畫。
• 現有的類型提供了足夠的靈活性來實現任何東西的動畫，如果有一個想做動畫的復雜類型，沒有什么能阻止添加自己的 VectorArithmetic 協議的實現?？梢詣摻ㄒ粋€模擬時鐘形狀，它將根據一個自定義的可動畫的參數類型移動它的指針 ClockTime：

• 用法如下：

ClockShape(clockTime: show ? ClockTime(9, 51, 15) : ClockTime(9, 55, 00)).stroke(Color.blue, lineWidth: 3).animation(.easeInOut(duration: duration))

• 首先開始創建自定義類型 ClockTime，它包含三個屬性（小時、分鐘和秒），幾個有用的初始化器，以及一些輔助計算的屬性和方法：

struct ClockTime {var hours: Int // Hour needle should jump by integer numbersvar minutes: Int // Minute needle should jump by integer numbersvar seconds: Double // Second needle should move smoothly// Initializer with hour, minute and secondsinit(_ h: Int, _ m: Int, _ s: Double) {self.hours = hself.minutes = mself.seconds = s}// Initializer with total of secondsinit(_ seconds: Double) {let h = Int(seconds) / 3600let m = (Int(seconds) - (h * 3600)) / 60let s = seconds - Double((h * 3600) + (m * 60))self.hours = hself.minutes = mself.seconds = s}// compute number of secondsvar asSeconds: Double {return Double(self.hours * 3600 + self.minutes * 60) + self.seconds}// show as stringfunc asString() -> String {return String(format: "%2i", self.hours) + ":" + String(format: "%02i", self.minutes) + ":" + String(format: "%02f", self.seconds)} }

• 為了符合 VectorArithmetic 協議，需要編寫以下方法和計算屬性：

extension ClockTime: VectorArithmetic {static var zero: ClockTime {return ClockTime(0, 0, 0)}var magnitudeSquared: Double { return asSeconds * asSeconds }static func -= (lhs: inout ClockTime, rhs: ClockTime) {lhs = lhs - rhs}static func - (lhs: ClockTime, rhs: ClockTime) -> ClockTime {return ClockTime(lhs.asSeconds - rhs.asSeconds)}static func += (lhs: inout ClockTime, rhs: ClockTime) {lhs = lhs + rhs}static func + (lhs: ClockTime, rhs: ClockTime) -> ClockTime {return ClockTime(lhs.asSeconds + rhs.asSeconds)}mutating func scale(by rhs: Double) {var s = Double(self.asSeconds)s.scale(by: rhs)let ct = ClockTime(s)self.hours = ct.hoursself.minutes = ct.minutesself.seconds = ct.seconds} }

• 唯一要做的，就是寫出形狀來適當地定位針頭，時鐘形狀的完整代碼，可在本文最后的完整示例的 Example5 中找到。

四、SwiftUI + Metal

• 如果正在編寫復雜的動畫，可能我們的設備會受到影響，試圖跟上所有的繪圖。如下所示，啟用 Metal 后，一切都會變得不同：

• 在模擬器上運行時，可能感覺不到有什么不同，然而，在真機設備上感受會更加直觀。幸運的是，啟用 Metal，是非常容易的，只需要添加 .drawingGroup() 修飾符：

FlowerView().drawingGroup()

• 根據 WWDC 2019（用 SwiftUI 構建自定義視圖）：繪圖組是一種特殊的渲染方式，但只適用于圖形等東西，它基本上會將 SwiftUI 視圖平鋪到一個單一的 NSView/UIView 中，并用 Metal 進行渲染。如果你想嘗試一下，但形狀還沒有復雜到讓設備掙扎的地步，添加一些漸變和陰影，就會立即看到不同。

六、完整示例

• SwiftUI高級動畫之路徑Paths、幾何效果GeometryEffect與AnimatableModifier的效果實現。

與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SwiftUI之深入解析高级动画的路径Paths的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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