Android动画插值器

本文从源码的角度，来展开对动画的解析，关于动画基本用法，可查看三种动画实现。

关于动画有两个非常重要的类，那就是插值器(Interpolators)与估值器（Evaluators），下面将详细讲解。

一、差值器概述

先来看看不同差值器对动画的效果影响。

1.1 线性插值的动画

图1是在屏幕上进行水平位移的动画，总时间是40ms，移动总距离为40pixels(像素)，每10ms刷新一帧，同时移动10pixels。在第40ms动画结束，停止在水平位置40pixels的位置。整个动画过程采用的是线程插值器（ linear interpolation），意味着以匀速移动。

linear animation

1.2 非线性插值的动画

当然，也可以指定差值器是非线性的，图2采用的是先加速，再减速的差值器。同样是在40ms内移动40pixels。在开始的时候，动画一直加速到一半的距离（20pixels）,然后在减速剩下的一半距离直到动画结束。从图2可以看出，动画的两头的位移量低于中间部门的位移量。

non-linear animation

二、插值器

时间插值器，定义了一个时间的函数：y = f(t),其中t=elapsed time / duration.

每个插值器的源码流程都相同，下面以AccelerateInterpolator为例，说明插值器的内部原理：

//系统自带的所有插值器都继承了BaseInterpolator
public class AccelerateInterpolator extends BaseInterpolator implements NativeInterpolatorFactory {
    private final float mFactor;
    private final double mDoubleFactor;

    //无参数的构造方法, factor默认为1
    public AccelerateInterpolator() {
        mFactor = 1.0f;
        mDoubleFactor = 2.0;
    }

    //有参数的构造方法
    public AccelerateInterpolator(float factor) {
        mFactor = factor;
        mDoubleFactor = 2 * mFactor;
    }

     //构造方法，通过资源文件获取参数
    public AccelerateInterpolator(Context context, AttributeSet attrs) {
        this(context.getResources(), context.getTheme(), attrs);
    }

    /** @hide 隐藏方法，真正用来解析资源文件的方法*/
    public AccelerateInterpolator(Resources res, Theme theme, AttributeSet attrs) {
        TypedArray a;
        if (theme != null) {
            a = theme.obtainStyledAttributes(attrs, R.styleable.AccelerateInterpolator, 0, 0);
        } else {
            a = res.obtainAttributes(attrs, R.styleable.AccelerateInterpolator);
        }

        //资源文件未定义factor时，默认为1.0f
        mFactor = a.getFloat(R.styleable.AccelerateInterpolator_factor, 1.0f);
        mDoubleFactor = 2 * mFactor;
        setChangingConfiguration(a.getChangingConfigurations());
        // 回收TypedArray，释放相应的内存资源
        a.recycle();
    }

    //插值计算的核心方法，定义了插值的映射关系
    public float getInterpolation(float input) {
        if (mFactor == 1.0f) {
            return input * input;
        } else {
            return (float)Math.pow(input, mDoubleFactor);
        }
    }

    /** @hide */
    @Override
    public long createNativeInterpolator() {
        return NativeInterpolatorFactoryHelper.createAccelerateInterpolator(mFactor);
    }
}

其中 BaseInterpolaor实现了Interpolator接口，而Interpolator接口并没有定义任何方法和属性，只是单纯地继承了TimeInterpolator

abstract public class BaseInterpolator implements Interpolator {
    private int mChangingConfiguration;
    /**
     * @hide
     */
    public int getChangingConfiguration() {
        return mChangingConfiguration;
    }

    /**
     * @hide
     */
    void setChangingConfiguration(int changingConfiguration) {
        mChangingConfiguration = changingConfiguration;
    }
}

TimeInterpolator接口自定义了一个方法getInterpolation,这就是所有插值器最为核心的方法。

public interface TimeInterpolator {

    /*
     * @param input 代表动画的已执行的时间，∈[0,1]
     * @return 插值转换后的值
     */
    float getInterpolation(float input);
}

通过分析每一个插值器的插值方法的源码，下面总结了所有插值器的插值函数：

2.1 Linear

资源ID: @android:anim/linear_interpolator
构造方法：
- public LinearInterpolator(); //没有任何可调参数
插值函数：
- 公式：y=t
插值曲线：

2.2 Accelerate

资源ID: @android:anim/accelerate_interpolator
构造方法：
- public AccelerateInterpolator()；//默认factor=1
- public AccelerateInterpolator(float factor)；
- public AccelerateInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取factor值，默认为1。
插值函数：factor为加速因子，记为f, 默认值为1
- 公式：y=t^(2f)
- 缺省：y=t^2
插值曲线：

2.3 Decelerate

资源ID: @android:anim/decelerate_interpolator
构造方法：
- public AccelerateInterpolator()；//默认factor=1
- public AccelerateInterpolator(float factor)；
- public AccelerateInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取factor值，默认为1。
插值函数：factor为减速因子，记为f, 默认值为1
- 公式：y= 1-(1-t）^(2f),
- 缺省：y= 2t-t^2
插值曲线：

2.4 AccelerateDecelerate

资源ID: @android:anim/accelerate_decelerate_interpolator
构造方法：
- public AccelerateDecelerateInterpolator()； //没有任何可调参数资源文件获取factor值。
插值函数：
- 公式：y = 0.5cos((t+1)π)+0.5
插值曲线：

2.5 Anticipate

资源ID: @android:anim/anticipate_interpolator
构造方法：
- public AnticipateInterpolator()；//默认tension=2
- public AnticipateInterpolator(float tension)；
- public AnticipateInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取tension值。
插值函数：tension`为张力因子，记为s, 默认值为2
- 公式：y = t*t*((s+1)t-s),
- 缺省：y = t*t*(3t-2)
插值曲线：

2.6 Overshoot

资源ID: @android:anim/overshoot_interpolator
构造方法：
- public OvershootInterpolator()；//默认tension=2
- public OvershootInterpolator(float tension)；
- public OvershootInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取tension值。
插值函数：tension`为张力因子，记为s, 默认值为2
- 公式：y = (t-1)(t-1)((s+1)(t-1)+s) + 1,
- 缺省：y = (t-1)(t-1)(3t-1) + 1
插值曲线：

2.7 AnticipateOvershoot

资源ID: @android:anim/anticipate_overshoot_interpolator
构造方法：
- public AnticipateOvershootInterpolator()；//默认tension=3
- public AnticipateOvershootInterpolator(float tension)； //tension = 1.5*tension
- public AnticipateOvershootInterpolator(float tension, float extraTension); //tension = tension * extraTension
- public AnticipateOvershootInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取tension值。
插值函数：tension`为张力因子，记为s
- 公式：
  - y = 2t*t*(2t*s+2t-s), 当t < 0.5时,
  - y = 2(t-1)(t-1)(2(s+1)(t-1)+s) + 1 , 当t >= 0.5时,
- 缺省：
  - y = 2t*t*(8t-3), 当t < 0.5时,
  - y = 2(t-1)(t-1)(8t-5) + 1 , 当t >= 0.5时,
插值曲线：

2.8 Bounce

资源ID: @android:anim/bounce_interpolator
构造方法：
- public BounceInterpolator()；//没有任何可调参数
插值函数：
- 公式：
  - y = 8*(1.1226t)^2 ，当 t < 0.3535
  - y = 8*(1.1226t - 0.54719)^2 + 0.7 ，当 t < 0.7408
  - y = 8*(1.1226t - 0.8526)^2 + 0.9 ，当 t < 0.9644
  - y = 8*(1.1226t - 1.0435)^2 + 0.95 ，当 t <= 1.0
插值曲线：

2.9 Cycle

资源ID: @android:anim/cycle_interpolator
构造方法：
- public CycleInterpolator(float cycles)；
- public CycleInterpolator(Context context, AttributeSet attrs); //通过资源文件获取cycles值，默认为1。
插值函数：cycles`为循环次数，记为c
- 公式：y = sin（2*c*t*π）,
- 缺省：y = sin（2*t*π）
插值曲线：

三、估值器

估值器，用于计算属性动画的给定属性的取值，与属性的起始值，结束值，fraction三个值相关。

每个估值器的源码流程都相似，所有的估值器都实现了TypeEvaluator接口，接口采用泛型，可自定义各种类型的估值器，只需实现如下接口即可：

public interface TypeEvaluator<T> {
    /*
     *
     * @param fraction   插值器计算转换后的值
     * @param startValue 属性起始值
     * @param endValue   属性结束值
     * @return 转换后的值
     */
    public T evaluate(float fraction, T startValue, T endValue);
}

3.1 IntEvaluator

用于评估Integer型的属性值，起始值与结束值，以及evaluate返回值都是Integer类型。评估的返回值与fraction成一次函数，即线性关系。

public class IntEvaluator implements TypeEvaluator<Integer> {

    /**
     * 函数关系：result = x0 + t * (x1 - x0)
     *
     * @param fraction
     * @param startValue 属性起始值，Integer类型
     * @param endValue   属性结束值，Integer类型
     * @return 与fraction成线性关系。
     */
    public Integer evaluate(float fraction, Integer startValue, Integer endValue) {
        int startInt = startValue;
        return (int)(startInt + fraction * (endValue - startInt));
    }
}

3.2 FloatEvaluator

用于评估Float型的属性值，起始值与结束值，以及evaluate返回值都是Float类型，同样也是线程关系。

public class FloatEvaluator implements TypeEvaluator<Number> {

    /**
     * @param fraction
     * @param startValue 属性起始值，float类型
     * @param endValue   属性结束值，float类型
     * @return 与fraction成线性关系。
     */
    public Float evaluate(float fraction, Number startValue, Number endValue) {
    float startFloat = startValue.floatValue();
    return startFloat + fraction * (endValue.floatValue() - startFloat);
}
}

3.3 ArgbEvaluator

用于评估颜色的属性值，采用16进制。将ARGB四个量，同步进行动画渐变，同样也是采用线性的。

public class ArgbEvaluator implements TypeEvaluator {
    private static final ArgbEvaluator sInstance = new ArgbEvaluator();

   /*
    * @hide
    *   貌似采用单例的方式，可该方法确实@hide隐藏方法，同时并没有将构造方法定义为private。
    *   意味着单例对于上层开发者来说是不可见的，这样单例就没有起效果，google难道只是为了framework
    *   的单例使用，很诡异的设计。
     */
    public static ArgbEvaluator getInstance() {
        return sInstance;
    }

    public Object evaluate(float fraction, Object startValue, Object endValue) {
        int startInt = (Integer) startValue;
        int startA = (startInt >> 24) & 0xff;
        int startR = (startInt >> 16) & 0xff;
        int startG = (startInt >> 8) & 0xff;
        int startB = startInt & 0xff;

        int endInt = (Integer) endValue;
        int endA = (endInt >> 24) & 0xff;
        int endR = (endInt >> 16) & 0xff;
        int endG = (endInt >> 8) & 0xff;
        int endB = endInt & 0xff;

        return (int)((startA + (int)(fraction * (endA - startA))) << 24) |
                (int)((startR + (int)(fraction * (endR - startR))) << 16) |
                (int)((startG + (int)(fraction * (endG - startG))) << 8) |
                (int)((startB + (int)(fraction * (endB - startB))));
    }
}

四、小结

本文主要分两部分，插值器与估值器。通过源码方式概括性分析插值器的代码实现方式；再从数学角度，逐一进行剖析系统自带的9种插值器的插值函数以及其插值曲线。对于3种Evaluators，通过分析源码，其方式较为简单，需要注意的一点是evaluate中的fraction是插值器转换后的值，而不是elapsed time。

微信公众号 Gityuan | 微博 weibo.com/gityuan | 博客 留言区交流

一、差值器概述

1.1 线性插值的动画

1.2 非线性插值的动画

二、插值器

2.1 Linear

2.2 Accelerate

2.3 Decelerate

2.4 AccelerateDecelerate

2.5 Anticipate

2.6 Overshoot

2.7 AnticipateOvershoot

2.8 Bounce

2.9 Cycle

三、估值器

3.1 IntEvaluator

3.2 FloatEvaluator

3.3 ArgbEvaluator

四、小结

CATALOG

标签

一、 差值器概述

1.1 线性插值的动画

1.2 非线性插值的动画

二、 插值器

2.1 Linear

2.2 Accelerate

2.3 Decelerate

2.4 AccelerateDecelerate

2.5 Anticipate

2.6 Overshoot

2.7 AnticipateOvershoot

2.8 Bounce

2.9 Cycle

三、 估值器

3.1 IntEvaluator

3.2 FloatEvaluator

3.3 ArgbEvaluator

四、小结

CATALOG

标签

一、差值器概述

二、插值器

三、估值器