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关于动画，你需要知道的

这是我今年为新人设计的一门课程的文字精简版，完整的PPT可参考： http://matrix.h5jun.com/slide/show?id=117

简单的 JS 动画

在浏览器里，动画实现的基本原理非常简单明了，其实就是 采用定时器改变显示元素的一些属性的过程 。不管是JavaScript操作DOM的动画，还是CSS3动画，还是Canvas动画，或者SVG动画，区别只是使用的API、何种定时器，影响什么环境（DOM/Canvas/SVG/WebGL）。

基本动画

var deg = 0; block.addEventListener("click", function(){   var self = this;   requestAnimationFrame(function change(){     self.style.transform = "rotate(" + (deg++) +"deg)";     requestAnimationFrame(change);   }); });

上面的例子里，我们使用了定时器 requestAnimationFrame ，requestAnimationFrame 是浏览器专为渲染刷新设计的定时器接口，在早期版本的浏览器里，我们可以用 setTimeout 或者 setInterval 来代替它。定时器改变了方块元素的角度，每一次定时器触发我们就刷新并增加一次它的角度值，这样就产生了方块不断旋转的动态效果。

这就是我们需要的动画，几行原生JS代码就够了，是不是很简单呢？

事实上，上一节的动画不是最佳的实现方法。它存在着几个明显的改进点。

简单动画的问题

首先，requestAnimationFrame（或者setTimeout、setInterval等其他定时器）并不能保证严格在某个时间点被触发。还记得JavaScript的单线程非阻塞模型吧？如果requestAnimationFrame被其他任务给阻塞了，那么动画就会变慢:

“变慢”的动画

var deg = 0; block.addEventListener("click", function(){   setInterval(function(){     var i = 0;       var t = Date.now();     while(++i < 200000000); //模拟耗时操作     console.log(Date.now() - t);   }, 100);    var self = this;   requestAnimationFrame(function change(){     self.style.transform = "rotate(" + (deg++) +"deg)";     requestAnimationFrame(change);   }); });

上面的动画，因为有其他的定时器耗时的操作，导致动画变慢。

其次，一个更加麻烦的问题是，上面的动画我们通过定时器给旋转角度增量的方式，或者说得更泛一点（暂时忽略前面那个定时器触发时间不确定的问题），我们通过 定义速度 的方式来改变动画，这会导致我们很难精确控制动画时间和动画的幅度。像前面这种匀速运动其实还好，如果做一些复杂的变速运动，按照我们的定义方式，我们本该设置的元素属性值将会类似于求积分，然而时间又不连贯。

正弦曲线运动

var x = 0, y = 0; block.addEventListener("click", function(){   var self = this;   requestAnimationFrame(function change(){     self.style.transform = "translate(" +        (x++) + "px," + 100 * Math.cos(Math.PI * (y++/180)) + "px)";     requestAnimationFrame(change);   }); });

动画是“位移”关于“时间”的函数

动画，是 位移关于时间的函数 ：/(s = f(t)/)

所以，我们不该采用增量的方式来执行动画，为了更精确地控制动画，更合适的方式是将动画与时间联系起来：

动画与时间关联

function startAnimation(){   var startTime = Date.now();    requestAnimationFrame(function change(){     var current = Date.now() - startTime;      console.log("动画已执行时间: %fms", current);      requestAnimationFrame(change);   }); }

动画通常情况下有终止时间，如果是循环动画，我们也可以看做特殊的——当动画达到终止时间之后，重新开始动画。因此，我们可以将动画时间 归一(Normalize) 表示：

动画时间归一化表示

function startAnimation(duration, isLoop){   var startTime = Date.now();    requestAnimationFrame(function change(){     var p = (Date.now() - startTime) / duration;      if(p >= 1.0){       if(isLoop){         startTime += duration;         p -= 1.0;       }else{         p = 1.0;       }     }      console.log("动画已执行进度: %f", p);     if(p < 1.0){       requestAnimationFrame(change);     }   }); }

我们可以用时间来控制动画：

用时间来控制动画周期精确在1秒

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       duration = 1000;   setInterval(function(){     var p = (Date.now() - startTime) / duration;     self.style.transform = "rotate(" + (360 * p) +"deg)";   }, 1000/60); });

让滑块在 2秒内向右匀速移动200px

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       distance = 200, duration = 2000;    requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     self.style.transform = "translateX(" + (distance * p) +"px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

时间V.S. 增量

	时间	增量
幅度控制	√	√
时间控制	√	X
幅度控制	√	√
不延迟	√	X
不掉帧	X	√

变速运动

匀加速运动

/(t = T /cdot p/)
/(s_t = S /cdot p ^ {2} = (/frac{S}{T^2}) t^2 /)
/(v = /frac{2S}{T^2} /cdot t = /frac{2Sp}{T}/)
/(a = /frac{2S}{T^2} /)

滑块在2秒内向右匀加速移动200px，速度从0开始

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       distance = 200, duration = 2000;   requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     self.style.transform = "translateX(" + (distance * p * p) +"px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

匀速、匀加速运动对比

匀减速运动

/(t = T /cdot p/)
/(s_t = /frac{2S}{T} /cdot t - (/frac{S}{T^2}) t^2 = Sp(2-p)/)
/(v = /frac{2S(1-p)}{T} = /frac{2S}{T} - /frac{2S}{T^2} /cdot t/)
/(a = - /frac{2S}{T^2} /)

让滑块在2秒内向右匀减速移动200px，速度从最大减为0

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       distance = 200, duration = 2000;   requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     self.style.transform = "translateX("        + (distance * p * (2-p)) +"px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

运动的组合

平面上的运动

抛物线运动

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       disX = 200, disY = 200,        duration = 1000 * Math.sqrt(2 * disY / 98);      //假设10px是1米，disY = 20米    requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     var tx = disX * p;     var ty = disY * p * p;      self.style.transform = "translate("        + tx + "px" + "," + ty +"px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

正弦线运动

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       distance = 100,        duration = 2000;     requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     var ty = distance * Math.sin(2 * Math.PI * p);     var tx = 2 * distance * p;      self.style.transform = "translate("        + tx + "px," + ty + "px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

圆周运动

代数方程
- /(x^2 + y^2 = r^2/)
参数方程
- /(x = R /cdot cos(ωt) /)
- /(y = R /cdot sin(ωt) /)
极坐标方程
- /(ρ = R/)

圆的代数方程涉及到开根号后的正负号问题，因此一般不使用

圆周运动 - 参数方程

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       r = 100, duration = 2000;     requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     var tx = r * Math.sin(2 * Math.PI * p),         ty = -r * Math.cos(2 * Math.PI * p);      self.style.transform = "translate("        + tx + "px," + ty + "px)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

圆周运动 - 极坐标方程

block.addEventListener("click", function(){   var self = this, startTime = Date.now(),       r = 100, duration = 2000;     requestAnimationFrame(function step(){     var p = Math.min(1.0, (Date.now() - startTime) / duration);     var rotation = -360 * p;      self.style.transformOrigin = "0 " + r + "px";     self.style.transform = "rotate("        + rotation + "deg)";     if(p < 1.0) requestAnimationFrame(step);   }); });

动画算子： easing

我们总结一下上面的各类动画，发现它们是非常相似的，匀速运动、匀加速运动、匀减速运动、圆周运动唯一的区别仅仅在于位移方程：

匀速运动：/(s_p = S /cdot P/)
匀加速运动：/(s_p = S /cdot P^2/)
匀减速运动：/(s_p = S /cdot P /cdot (2 - P)/)
圆周运动x轴： /(s_p = S /cdot cos(ωt)/)
圆周运动y轴： /(s_p = S /cdot sin(ωt)/)

我们把共同的部分 S 去掉，得到一个关于 p 的方程 /(e_p = E(p)/)，这个方程我们称为动画的算子 (easing)，它决定了动画的性质。

匀速算子：/(e_p = P/)
匀加速算子：/(e_p = P^2/)
匀减速算子：/(e_p = P /cdot (2 - P)/)
圆周算子x轴： /(e_p = cos(ωt)/)
圆周算子y轴： /(e_p = sin(ωt)/)

动画的简易封装

为了实现更加复杂的动画，我们可以将动画进行简易的封装，要进行封装，我们先要抽象出动画相关的要素：

动画时长：/(T = duration/)
动画进程：/( p = /frac{t}{T}/) /((p /in [0, 1])/)
easing：/(e = f(p)/)
动画方程：/([x, y] = G(e) = G(f(p))/)
动画生命周期：开始、进行中、结束。

动画的简易封装

function Animator(duration, progress, easing){   this.duration = duration;   this.progress = progress;   this.easing = easing || function(p){return p}; }  Animator.prototype = {   start: function(finished){     var startTime = Date.now();     var duration = this.duration,         self = this;      requestAnimationFrame(function step(){       var p = (Date.now() - startTime) / duration;       var next =  true;        if(p < 1.0){         self.progress(self.easing(p), p);       }else{         if(typeof finished === "function"){           next = finished() === false;         }else{           next = finished === false;         }          if(!next){           self.progress(self.easing(1.0), 1.0);         }else{           startTime += duration;           self.progress(self.easing(p), p);         }       }        if(next) requestAnimationFrame(step);     });   } };

在上面的代码里，我们封装出一个简易的动画类 Animator, 这个类的构造器接收三个参数，分别是 duration , process 和 easing 。它产生一个对象，包含一个 start 方法，这个方法用指定 duration 、 process 和 easing 执行动画。

有趣的是， start 方法包含一个参数，这个参数是一个布尔类型或者回调函数，当动画结束的时候，如果这个参数是回调函数，将执行这个函数，它的返回值如果不是 false 那么结束动画，否则循环播放动画。如果这个参数是布尔值 flase，那么也循环播放动画。

后续的例子里我们会看到这个类的用法。

连贯的动画

我们尝试使用上面设计的动画类来构造连续播放的动画：

让滑块先向右然后再向下运动

var a1 = new Animator(1000,  function(p){     var tx = 100 * p;      block.style.transform = "translateX("        + tx + "px)";        });  var a2 = new Animator(1000,  function(p){   var ty = 100 * p;    block.style.transform = "translate(100px,"      + ty + "px)";      });  block.addEventListener("click", function(){   a1.start(function(){     a2.start();   }); });

在构造更复杂的动画的时候，为了更方便使用，避免 回调嵌套 ，我们可以再实现一个 动画队列 类：

function AnimationQueue(animators){   this.animators = animators || []; }  AnimationQueue.prototype = {   append: function(){     var args = [].slice.call(arguments);     this.animators.push.apply(this.animators, args);   },   flush: function(){     if(this.animators.length){       var self = this;        function play(){         var animator = self.animators.shift();          if(animator instanceof Animator){           animator.start(function(){             if(self.animators.length){               play();             }           });         }else{           animator.apply(self);           if(self.animators.length){             play();           }         }       }       play();     }   } };

有了动画队列，我们就可以轻松做更复杂一点的动画，比如：

让滑块沿一个矩形边界运动

var a1 = new Animator(1000,  function(p){   var tx = 100 * p;   block.style.transform = "translateX("      + tx + "px)";      });  var a2 = new Animator(1000,  function(p){   var ty = 100 * p;   block.style.transform = "translate(100px,"      + ty + "px)";      });  var a3 = new Animator(1000,  function(p){   var tx = 100 * (1-p);   block.style.transform = "translate("      + tx + "px, 100px)";      });  var a4 = new Animator(1000,  function(p){   var ty = 100 * (1-p);   block.style.transform = "translateY("       + ty + "px)";      });   block.addEventListener("click", function(){   var animators = new AnimationQueue();   animators.append(a1, a2, a3, a4);   animators.flush(); });

注意到我们的动画队列除了支持Animator对象外，还支持普通的函数，因此我们可以组合起来做一些复杂的运动：

弹跳的小球

var a1 = new Animator(1414,  function(p){   var ty = 200 * p * p;   block.style.transform = "translateY("      + ty + "px)";      });  var a2 = new Animator(1414,  function(p){   var ty = 200 - 200 * p * (2-p);   block.style.transform = "translateY("      + ty + "px)";      });  block.addEventListener("click", function(){   var animators = new AnimationQueue();   animators.append(a1,a2, function(){     this.append(a1, a2, arguments.callee);   });   animators.flush(); });

还可以再加入更复杂的效果：

弹跳的小球 - 带阻尼效果

block.addEventListener("click", function(){   var T = 1414;    var a1 = new Animator(T,  function(p){     var s = this.duration * 200 / T;     var ty = s * (p * p - 1);     block.style.transform = "translateY("        + ty + "px)";        });    var a2 = new Animator(T,  function(p){     var s = this.duration * 200 / T;     var ty = - s * p * (2-p);     block.style.transform = "translateY("        + ty + "px)";        });  var animators = new AnimationQueue();   function foo(){     a2.duration *= 0.7;     if(a2.duration <= 0.0001){       console.log("done");       animators.animators.length = 0;     }   }   animators.append(a1 ,foo, a2,   function b(){     a1.duration *= 0.7;     this.append(a1, foo, a2, b);   });   animators.flush(); });

有时候我们也需要一些高级的数学技巧：

模拟从圆周甩出小球

/( x = - r sin(/pi t)/)
/( y = r - r cos(/pi t)/)
/( v_x = - /pi r cos(/pi t)/)
/( v_y = /pi r sin(/pi t)/)

模拟从圆周甩出小球

var a1 = new Animator(2800, function(p){   var x = -100 * Math.sin(2.8 * Math.PI * p);   var y = 100 - 100 * Math.cos(2.8 * Math.PI * p);    block.style.transform = "translate(" + x + "px,"     + y + "px)"; });  var a2 = new Animator(5000, function(p){   var x = -100 * Math.sin(2.8 * Math.PI)        -100 * Math.cos(2.8 * Math.PI) * Math.PI * 5 * p;    var y = 100 - 100 * Math.cos(2.8 * Math.PI)        + 100 * Math.sin(2.8 * Math.PI) * Math.PI * 5 * p;    block.style.transform = "translate(" + x + "px,"     + y + "px)";     });  block.addEventListener("click", function(){   a1.start(function(){     a2.start();   }); });

使用贝塞尔曲线

贝塞尔曲线可以用来构造平滑动画。

贝塞尔曲线扫盲
贝塞尔曲线的一些事情

关于动画，你需要知道的

我们可以引入 bezier-easing 库了来支持贝塞尔曲线的JS动画：

贝塞尔动画 - easeInOutQuint

var easing = BezierEasing(0.86, 0, 0.07, 1); //easeInOutQuint  var a1 = new Animator(2000, function(ep,p){   var x = 200 * ep;    block.style.transform = "translateX(" + x + "px)"; }, easing);   block.addEventListener("click", function(){   a1.start(); });

我们可以通过 cubic-bezier.com 和 easings.net 来定制我们想要的动画效果。

逐帧动画

有时候，我们不但要支持元素的运动，还需要改变元素的外观，比如飞翔的小鸟需要扇动翅膀，这类动画我们可以用逐帧动画来实现:

小鸟扇翅膀逐帧动画

<style type="text/css"> .sprite {display:inline-block; overflow:hidden; background-repeat: no-repeat;background-image:url(http://res.h5jun.com/matrix/8PQEganHkhynPxk-CUyDcJEk.png);}  .bird0 {width:86px; height:60px; background-position: -178px -2px} .bird1 {width:86px; height:60px; background-position: -90px -2px} .bird2 {width:86px; height:60px; background-position: -2px -2px}   #bird{    position: absolute;    left: 100px;    top: 100px;    zoom: 0.5;  } </style> <div id="bird" class="sprite bird1"></div>

var i = 0; setInterval(function(){   bird.className = "sprite " + "bird" + ((i++) % 3); }, 1000/10);

看上面的代码，其实逐帧动画比之前的动画还要简单，直接用 setInterval 修改元素样式即可，需要注意的是，如果用图片的话，最好是将图片提前预加载了，这样不会出现因为图片还在加载中而显示不出动画的情况。

CSS3 动画

CSS3 支持两种动画，一种是 Transition ，一种是 Animation 。

Transition 是过渡动画，它只定义在样式的 class 切换的时候发生的动画，因此 Transition 动画相对比较简单，没有循环，也没有事件，它触发的时机只在元素的 className 发生变化的时候。

CSS3 动画支持的浏览器包括：

IE10+
Chrome
Safari

Transition 和 Animation 共同支持的属性：

duration
timing functions
delay

Transition 和 Animation 支持同样的 Timing functions:

linear
ease
ease-in
ease-out
ease-in-out
cubic-bezier(n,n,n,n)

这其实和我们前面的JS动画里的算子概念是一致的，贝塞尔曲线也是一致的：

Transition 圆周运动

<style>   #block{     position:absolute;     left: 200px;     top: 100px;     width: 20px;     height: 20px;     background: #0c8;     text-align: center;     border-radius: 50%;     transform-origin: 0 100px;     transform: rotate(0deg);   }   #block.play {     transform: rotate(360deg);     transition: transform 2.0s linear;   } </style> <div id="block"></div>

block.addEventListener("click", function(){   block.className = "play"; });

Transition 使用贝塞尔曲线

#block.play {   transform: translateX(200px);   transition: transform 2.0s cubic-bezier(0.68, -0.55, 0.265, 1.55); }

Transition 没有优先级，后面的样式会覆盖掉前面的样式中的某些 Transition 属性，因此当两个 class 都有 Transition 的时候，相互覆盖会导致奇怪的行为：

Transition 样式覆盖

#block.play {   border-radius: 0;   transform: scale(2.0);   background: #c80;   transition: all 2.0s cubic-bezier(0.68, -0.55, 0.265, 1.55) 3s; } #block.play2 {   /* transition 覆盖*/   background: #c8f;   transition: all 2.0s linear 0.5s;    transform: scale(2.0) rotate(360deg); }

block.addEventListener("click", function(){   block.className = "play play2"; });

Animation 动画支持一些更高级的特性：

keyframes' name
iteration count
direction
animation-fill-mode
webkitAnimationEnd

Animation - 往复圆周运动

#block{   position:absolute;   left: 200px;   top: 100px;   width: 20px;   height: 20px;   background: #0c8;   text-align: center;   border-radius: 50%;   animation: roll 2.0s linear 0s infinite alternate;   transform-origin: 0 100px; } @keyframes roll{   0%{transform:rotate(0deg)}   100%{transform:rotate(360deg)} }

复杂的动画效果可以将 JS 和 CSS3 动画组合使用：

动画组合

#block{   position:absolute;   left: 150px;   top: 200px;   width: 20px;   height: 20px;   background: #0c8;   text-align: center;   border-radius: 50%;   animation: anim 2.0s linear 0s forwards; } @keyframes anim{   0%{border-radius: 50%}   50%{border-radius: 0; background: #c80;}   100%{border-radius: 20%; transform:scale(2.0); background: #08c;} }

var easing = BezierEasing(0.68, -0.55, 0.265, 1.55); var a1 = new Animator(2000, function(ep,p){   var x = 150 + 200 * ep;   block.style.left = x + "px"; }, easing);  block.addEventListener("webkitAnimationEnd", function(){   a1.start(); });