Android Jetpack結構運用Compose實現微博長按點贊彩虹效果

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效果高仿效果

1. Compose 動畫 API 概覽

Compose 動畫 API 在使用場景的維度上大體分為兩類:高級別 API 和低級別 API。就像編程語言分為高級語言和低級語言一樣,這列高級低級指 API 的易用性:

高級別 API 主打開箱即用,適用於一些 UI 元素的展現/退出/切換等常見場景,例如常見的 AnimatedVisibility 以及 AnimatedContent 等,它們被設計成 Composable 組件,可以在聲明式佈局中與其他組件融為一體。

//Text通過動畫淡入
var editable by remember { mutableStateOf(true) }
AnimatedVisibility(visible = editable) {
    Text(text = "Edit")
}

低級別 API 使用成本更高但是更加靈活,可以更精準地實現 UI 元素個別屬性的動畫,多個低級別動畫還可以組合實現更復雜的動畫效果。最常見的低級別 animateFloatAsState 系列瞭,它們也是 Composable 函數,可以參與 Composition 的組合過程。

//動畫改變 Box 透明度
val alpha: Float by animateFloatAsState(if (enabled) 1f else 0.5f)
Box(
    Modifier.fillMaxSize()
        .graphicsLayer(alpha = alpha)
        .background(Color.Red)
)

處於上層的 API 由底層 API 支撐實現,TargetBasedAnimation 是開發者可直接使用的最低級 API。Animatable 也是一個相對低級的 API,它是一個動畫值的包裝器,在協程中完成狀態值的變化,向上提供對 animate*AsState 的支撐。它與其他 API 不同,是一個普通類而非一個 Composable 函數,所以可以在 Composable 之外使用,因此更具靈活性。本例子的動畫主要也是依靠它完成的。

// Animtable 包裝瞭一個顏色狀態值
val color = remember { Animatable(Color.Gray) }
LaunchedEffect(ok) {
    // animateTo 是個掛起函數,驅動狀態之變化
    color.animateTo(if (ok) Color.Green else Color.Gray)
}
Box(Modifier.fillMaxSize().background(color.value))

無論高級別 API 還是低級別 API ,它們都遵循狀態驅動的動畫方式,即目標對象通過觀察狀態變化實現自身的動畫。

2. 長按點贊動畫分解

長按點贊的動畫乍看之下非常復雜,但是稍加分解後,不難發現它也是由一些常見的動畫形式組合而成,因此我們可以對其拆解後逐個實現:

  • 彩虹動畫:全屏范圍內不斷擴散的彩虹效果。可以通過半徑不斷擴大的圓形圖案並依次疊加來實現
  • 表情動畫:從按壓位置不斷拋出的表情。可以進一步拆解為三個動畫:透明度動畫,旋轉動畫以及拋物線軌跡動畫。
  • 煙花動畫:拋出的表情在消失時會有一個煙花炸裂的效果。其實就是圍繞中心的八個圓點逐漸消失的過程,圓點的顏色提取自表情本身。

傳統視圖動畫可以作用在 View 上,通過動畫改變其屬性;也可以在 onDraw 中通過不斷重繪實現逐幀的動畫效果。 Compose 也同樣,我們可以在 Composable 中觀察動畫狀態,通過重組實現動畫效果(本質是改變 UI 組件的佈局屬性),也可以在 Canvas 中觀察動畫狀態,隻在重繪中實現動畫(跳過組合)。這個例子的動畫效果也需要通過 Canvas 的不斷重繪來實現。

Compose 的 Canvas 也可以像 Composable 一樣聲明式的調用,基本寫法如下:

Canvas {
    …
    drawRainbow(rainbowState) //繪制彩虹
    …
    drawEmoji(emojiState) //繪制表情
    …
    drawFlow(flowState) //繪制煙花
    …
}

State 的變化會驅動 Canvas 會自動重繪,無需手動調用 invalidate 之類的方法。那麼接下來針對彩虹、表情、煙花等各種動畫的實現,我們的工作主要有兩個:

  • 狀態管理:定義相關 State,並在在動畫中驅動其變化,如前所述這主要依靠 Animatable 實現。
  • 內容繪制:通過 Canvas API 基於當前狀態繪制圖案

3. 彩虹動畫

3.1 狀態管理

對於彩虹動畫,唯一的動畫狀態就是圓的半徑,其值從 0F 過渡到 screensize,圓形面積鋪滿至整個屏幕。我們使用 Animatable 包裝這個狀態值,調用 animateTo 方法可以驅動狀態變化:

val raduis = Animatable(0f) //初始值 0f
radius.animateTo(
    targetValue = screenSize, //目標值
    animationSpec = tween(
        durationMillis = duration, //動畫時長
        easing = FastOutSlowInEasing //動畫衰減效果
    ) 
)

animationSpec 用來指定動畫規格,不同的動畫規格決定瞭瞭狀態值變化的節奏。Compose 中常用的創建動畫規格的方法有以下幾種,它們創建不同類型的動畫規格,但都是 AnimationSpec 的子類:

  • tween:創建補間動畫規格,補間動畫是一個固定時長動畫,比如上面例子中這樣設置時長 duration,此外,tween 還能通過 easiing 指定動畫衰減效果,後文詳細介紹。
  • spring: 彈跳動畫:spring 可以創建基於物理特性的彈簧動畫,它通過設置阻尼比實現符合物理規律的動畫衰減,因此不需要也不能指定動畫時長
  • Keyframes:創建關鍵幀動畫規格,關鍵幀動畫可以逐幀設置當前動畫的軌跡,後文會詳細介紹。

AnimatedRainbow

要實現上面這樣多個彩虹疊加的效果,我們還需有多個 Animtable 同時運行,在 Canvas 中依次對它們進行繪制。繪制彩虹除瞭依靠 Animtable 的狀態值,還有 Color 等其他信息,因此我們定義一個 AnimatedRainbow 類保存包括 Animtable 在內的繪制所需的的狀態

class AnimatedRainbow(
    //屏幕尺寸(寬邊長邊大的一方)
    private val screenSize: Float,
    //RainbowColors是彩虹的候選顏色
    private val color: Brush = RainbowColors.random(),
    //動畫時長
    private val duration: Int = 3000
) {
    private val radius = Animatable(0f)
    suspend fun startAnim() = radius.animateTo(
        targetValue = screenSize * 1.6f, // 關於 1.6f 後文說明
        animationSpec = tween(
            durationMillis = duration,
            easing = FastOutSlowInEasing
        )
    )
}

animatedRainbows 列表

我們還需要一個集合來管理運行中的 AnimatedRainbow。這裡我們使用 Compose 的 MutableStateList 作為集合容器,MutableStateList 中的元素發生增減時,可以被觀察到,而當我們觀察到新的 AnimatedRainbow 被添加時,為它啟動動畫。關鍵代碼如下:

//MutableStateList 保存 AnimatedRainbow
val animatedRainbows = mutableStateListOf<AnimatedRainbow>()
//長按屏幕時,向列表加入 AnimtaedRainbow, 意味著增加一個新的彩虹
animatedRainbows.add(
    AnimatedRainbow(
        screenHeightPx.coerceAtLeast(screenWidthPx),
        RainbowColors.random()
    )
)

我們使用 LaunchedEffect + snapshotFlow 觀察 animatedRainbows 的變化,代碼如下:

LaunchedEffect(Unit) {
    //監聽到新添加的 AnimatedRainbow
    snapshotFlow { animatedRainbows.lastOrNull() } 
        .filterNotNull()
        .collect {
            launch {
                //啟動 AnimatedRainbow 動畫
                val result = it.startAnim()
                //動畫結束後,從列表移除,避免泄露
                if (result.endReason == AnimationEndReason.Finished) {
                    animatedRainbows.remove(it)
                }
            }
        }
}

LaunchedEffectsnapshotFlow 都是 Compose 處理副作用的 API,由於不是本文重點就不做深入介紹瞭,這裡隻需要知道 LaunchedEffect 是一個提供瞭執行副作用的協程環境,而 snapshotFlow 可以將 animatedRainbows 中的變化轉化為 Flow 發射給下遊。當通過 Flow 收集到新加入的 AnimtaedRainbow 時,調用 startAnim 啟動動畫,這裡充分發揮瞭掛起函數的優勢,同步等待動畫執行完畢,從 animatedRainbows 中移除 AnimtaedRainbow 即可。

值得一提的是,MutableStateList 的主要目的是在組合中觀察列表的狀態變化,本例子的動畫不發生在組合中(隻發生在重繪中),完全可以使用普通的集合類型替代,這裡使用 MutableStateList 有兩個好處:

  • 可以響應式地觀察列表變化
  • 在 LaunchEffect 中響應變化並啟動動畫,協程可以隨當前 Composable 的生命周期結束而終止,避免泄露。

3.2 內容繪制

我們在 Canvas 中遍歷 animatedRainbows 所有的 AnimtaedRainbow 完成彩虹的繪制。彩虹的圖形主要依靠 DrawScopedrawCircle 完成,比較簡單。一點需要特別註意,彩虹動畫結束時也要以一個圓形圖案逐漸退出直至漏出底部內容,要實現這個效果,用到一個小技巧,我們的圓形繪制使用空心圓 (Stroke ) 而非 實心圓( Fill )

  • 出現彩虹:圓環逐漸鋪滿屏幕卻不能漏出空心。這要求 StrokeWidth 寬度覆蓋 ScreenSize,且始終保持 CircleRadius 的兩倍
  • 結束彩虹:圓環空心部分逐漸覆蓋屏幕。此時要求 CircleRadius 減去 StrokeWidth / 2 之後依然能覆蓋 ScreenSize

基於以上原則,我們為 AnimatedRainbow 添加單個 AnnimatedRainbow 的繪制方法:

fun DrawScope.draw() {
    drawCircle(
        brush = color, //圓環顏色
        center = center, //圓心:點贊位置
        radius = radius.value,// Animtable 中變化的 radius 值,
        style = Stroke((radius.value * 2).coerceAtMost(_screenSize)),
    )
}

如上,StrokeWidth 覆蓋 ScreenSize 之後無需繼續增長,而 CircleRadius 的最終尺寸除去 ScreenSize 之外還要將 StrokeWidth 考慮進去,因此前面代碼中將 Animtable 的 targetValue 設置為 ScreenSize 的 1.6 倍。

4. 表情動畫

4.1 狀態管理

表情動畫又由三個子動畫組成:旋轉動畫、透明度動畫以及拋物線軌跡動畫。像 AnimtaedRainbow 一樣,我們定義 AnimatedEmoji 管理每個表情動畫的狀態,AnimatedEmoji 中通過多個 Animatable 分別管理前面提到的幾個子動畫

AnimatedEmoji

class AnimatedEmoji(
    private val start: Offset, //表情拋點位置,即長按的屏幕位置
    private val screenWidth: Float, //屏幕寬度
    private val screenHeight: Float, //屏幕高度
    private val duration: Int = 1500 //動畫時長
) {
    //拋出距離(x方向移動終點),在左右一個屏幕之間取隨機數
    private val throwDistance by lazy {
        ((start.x - screenWidth).toInt()..(start.x + screenWidth).toInt()).random()
    }
    //拋出高度(y方向移動終點),在屏幕頂端到拋點之間取隨機數
    private val throwHeight by lazy {
        (0..start.y.toInt()).random()
    }
    private val x = Animatable(start.x)//x方向移動動畫值
    private val y = Animatable(start.y)//y方向移動動畫值
    private val rotate = Animatable(0f)//旋轉動畫值
    private val alpha = Animatable(1f)//透明度動畫值
    suspend fun CoroutineScope.startAnim() {
        async {
            //執行旋轉動畫
            rotate.animateTo(
                360f, infiniteRepeatable(
                    animation = tween(_duration / 2, easing = LinearEasing),
                    repeatMode = RepeatMode.Restart
                )
            )
        }
        awaitAll(
            async {
                //執行x方向移動動畫
                x.animateTo(
                    throwDistance.toFloat(),
                    animationSpec = tween(durationMillis = duration, easing = LinearEasing)
                )
            },
            async {
                //執行y方向移動動畫(上升)
                y.animateTo(
                    throwHeight.toFloat(),
                    animationSpec = tween(
                        duration / 2,
                        easing = LinearOutSlowInEasing
                    )
                )
                //執行y方向移動動畫(下降)
                y.animateTo(
                    screenHeight,
                    animationSpec = tween(
                        duration / 2,
                        easing = FastOutLinearInEasing
                    )
                )
            },
            async {
                //執行透明度動畫,最終狀態是半透明
                alpha.animateTo(
                    0.5f,
                    tween(duration, easing = CubicBezierEasing(1f, 0f, 1f, 0.8f))
                )
            }
        )
    }

infiniteRepeatable

上面代碼中,旋轉動畫的 AnimationSpec 使用 infiniteRepeatable 創建瞭一個無限循環的動畫,RepeatMode.Restart 表示它的從 0F 過渡到 360F 之後,再次重復這個過程。

除瞭旋轉動畫之外,其他動畫都會在 duration 之後結束,它們分別在 async 中啟動並行執行,awaitAll 等待它們全部結束。而由於旋轉動畫不會結束,因此不能放到 awaitAll 中,否則 startAnim 的調用方將永遠無法恢復執行。

CubicBezierEasing

透明度動畫中的 easing 指定瞭一個 CubicBezierEasing。easing 是動畫衰減效果,即動畫狀態以何種速率逼近目標值。Compose 提供瞭幾個默認的 Easing 類型可供使用,分別是:

//默認的 Easing 類型,以加速度起步,減速度收尾
val FastOutSlowInEasing: Easing = CubicBezierEasing(0.4f, 0.0f, 0.2f, 1.0f)
//勻速起步,減速度收尾
val LinearOutSlowInEasing: Easing = CubicBezierEasing(0.0f, 0.0f, 0.2f, 1.0f)
//加速度起步,勻速收尾
val FastOutLinearInEasing: Easing = CubicBezierEasing(0.4f, 0.0f, 1.0f, 1.0f)
//勻速接近目標值
val LinearEasing: Easing = Easing { fraction -> fraction }

上圖橫軸是時間,縱軸是逼近目標值的進度,可以看到除瞭 LinearEasing 之外,其它的的曲線變化都滿足 CubicBezierEasing 三階貝塞爾曲線,如果默認 Easing 不符合你的使用要求,可以使用 CubicBezierEasing,通過參數,自定義合適的曲線效果。比如例子中曲線如下:

這個曲線前半程狀態值進度非常緩慢,臨近時間結束才快速逼近最終狀態。因為我們希望表情動畫全程清晰可見,透明度的衰減盡量後置,默認 easiing 無法提供這種效果,因此我們自定義 CubicBezierEasing

拋物線動畫

再來看一下拋物線動畫的實現。通常我們可以借助拋物線公式,基於一些動畫狀態變量計算拋物線坐標來實現動畫,但這個例子中我們借助 Easing 更加巧妙的實現瞭拋物線動畫。

我們將拋物線動畫拆解為 x 軸和 y 軸兩個方向兩個並行執行的位移動畫,x 軸位移通過 LinearEasing 勻速完成,y 軸又拆分成兩個過程

上升到最高點,使用 LinearOutSlowInEasing 上升時速度加速衰減

下落到屏幕底端,使用 FastOutLinearInEasing 下落時速度加速增加

上升和下降的 Easing 曲線互相對稱,符合拋物線規律

animatedEmojis 列表

像彩虹動畫一樣,我們同樣使用一個 MutableStateList 集合管理 AnimatedEmoji 對象,並在 LaunchedEffect 中監聽新元素的插入,並執行動畫。隻是表情動畫每次會批量增加多個

//MutableStateList 保存 animatedEmojis
val animatedEmojis = mutableStateListOf<AnimatedEmoji>()
//一次增加 EmojiCnt 個表情
animatedEmojis.addAll(buildList {
    repeat(EmojiCnt) {
        add(AnimatedEmoji(offset, screenWidthPx, screenHeightPx, res))
    }
})
//監聽 animatedEmojis 變化
LaunchedEffect(Unit) {
        //監聽到新加入的 EmojiCnt 個表情
        snapshotFlow { animatedEmojis.takeLast(EmojiCnt) }
            .flatMapMerge { it.asFlow() }
            .collect {
                launch {
                    with(it) {
                        startAnim()//啟動表情動畫,等待除瞭旋轉動畫外的所有動畫結束
                        animatedEmojis.remove(it) //從列表移除
                    }
                }
            }
    }

4.2 內容繪制

單個 AnimatedEmoji 繪制代碼很簡單,借助 DrawScopedrawImage 繪制表情素材即可

//當前 x,y 位移的位置
val offset get() = Offset(x.value, y.value)
//圖片topLeft相對於offset的距離
val d by lazy { Offset(img.width / 2f, img.height / 2f) }
//繪制表情
fun DrawScope.draw() {
    rotate(rotate.value, pivot = offset) {
        drawImage(
            image = img, //表情素材
            topLeft = offset - dCenter,//當前位置
            alpha = alpha.value, //透明度
        )
    }
}

註意旋轉動畫實際上是借助 DrawScoperotate 方法實現的,在 block 內部調用 drawImage 指定當前的 alphatopLeft 即可。

5. 煙花動畫

5.1 狀態管理

煙花動畫緊跟在表情動畫結束時發生,動畫不涉及位置變化,主要是幾個花瓣不斷縮小的過程。花瓣用圓形繪制,動畫狀態值就是圓形半徑,使用 Animatable 包裝。

AnimatedFlower

煙花的繪制還要用到顏色等信息,我們定義 AnimatedFlower 保存包括 Animtable 在內的相關狀態。

class AnimatedFlower(
    private val intial: Float, //花瓣半徑初始值,一般是表情的尺寸
    private val duration: Int = 2500
) {
    //花瓣半徑
    private val radius = Animatable(intial)
    suspend fun startAnim() {
        radius.animateTo(0f, keyframes {
            durationMillis = duration
            intial / 3 at 0 with FastOutLinearInEasing
            intial / 5 at (duration * 0.95f).toInt()
        })
    }

keyframes

這裡又出現瞭一種 AnimationSpec,即幀動畫 keyframes,相對於 tween ,keyframes 可以更精確指定時間區間內的動畫進度。比如代碼中 radius / 3 at 0 表示 0 秒時狀態值達到 intial / 3 ,相當於以初始值的 1/3 尺寸出現,這是一般的 tween 難以實現的。另外我們希望花瓣可以持久可見,所以使用 keyframe 確保時間進行到 95% 時,radius 的尺寸仍然清晰可見。

animatedFlower 列表

由於煙花動畫設計是表情動畫的延續,所以它緊跟表情動畫執行,共享 CoroutienScope ,不需要借助 LaunchedEffect ,所以使用普通列表定義 animatedFlower 即可:

//animatedFlowers 使用普通列表創建
val animatedFlowers = mutableListOf<AnimatedFlower>()
launch {
    with(it) {//表情動畫執行
        startAnim()
        animatedEmojis.remove(it)
    }
    //創建 AnimatedFlower 動畫
    val anim = AnimatedFlower(
        center = it.offset,
        //使用 Palette 從表情圖片提取煙花顏色
        color = Palette.from(it.img.asAndroidBitmap()).generate().let {
            arrayOf(
                Color(it.getDominantColor(Color.Transparent.toArgb())),
                Color(it.getVibrantColor(Color.Transparent.toArgb()))
            )
        },
        initial = it.img.run { width.coerceAtLeast(height) / 2 }.toFloat()
    )
    animatedFlowers.add(anim) //添加進列表
    anim.startAnim() //執行煙花動畫
    animatedFlowers.remove(anim) //移除動畫
}

5.2 內容繪制

煙花的內容繪制,需要計算每個花瓣的位置,一共8個花瓣,各自位置計算如下:

//計算 sin45 的值
val sin by lazy { sin(Math.PI / 4).toFloat() }
val points
    get() = run {
        val d1 = initial - radius.value
        val d2 = (initial - radius.value) * sin
        arrayOf(
            center.copy(y = center.y - d1), //0點方向
            center.copy(center.x + d2, center.y - d2),
            center.copy(x = center.x + d1),//3點方向
            center.copy(center.x + d2, center.y + d2),
            center.copy(y = center.y + d1),//6點方向
            center.copy(center.x - d2, center.y + d2),
            center.copy(x = center.x - d1),//9點方向
            center.copy(center.x - d2, center.y - d2),
        )
    }

center 是煙花的中心位置,隨著花瓣的變小,同時越來越遠離中心位置,因此 d1d2 就是偏離 center 的距離,與 radius 大小成反比。

最後在 Canvas 中繪制這些 points 即可:

fun DrawScope.draw() {
    points.forEachIndexed { index, point ->
        drawCircle(color = color[index % 2], center = point, radius = radius.value)
    }
}

6. 合體效果

最後我們定義一個 AnimatedLike 的 Composable ,整合上面代碼

@Composable
fun AnimatedLike(modifier: Modifier = Modifier, state: LikeAnimState = rememberLikeAnimState()) {
    LaunchedEffect(Unit) {
        //監聽新增表情
        snapshotFlow { state.animatedEmojis.takeLast(EmojiCnt) }
            .flatMapMerge { it.asFlow() }
            .collect {
                launch {
                    with(it) {
                        startAnim()
                        state.animatedEmojis.remove(it)
                    }
                    //添加煙花動畫
                    val anim = AnimatedFlower(
                        center = it.offset,
                        color = Palette.from(it.img.asAndroidBitmap()).generate().let {
                            arrayOf(
                                Color(it.getDominantColor(Color.Transparent.toArgb())),
                                Color(it.getVibrantColor(Color.Transparent.toArgb()))
                            )
                        },
                        initial = it.img.run { width.coerceAtLeast(height) / 2 }.toFloat()
                    )
                    state.animatedFlowers.add(anim)
                    anim.startAnim()
                    state.animatedFlowers.remove(anim)
                }
            }
    }
    LaunchedEffect(Unit) {
        //監聽新增彩虹
        snapshotFlow { state.animatedRainbows.lastOrNull() }
            .filterNotNull()
            .collect {
                launch {
                    val result = it.startAnim()
                    if (result.endReason == AnimationEndReason.Finished) {
                        state.animatedRainbows.remove(it)
                    }
                }
            }
    }
    //繪制動畫
    Canvas(modifier.fillMaxSize()) {
        //繪制彩虹
        state.animatedRainbows.forEach { animatable ->
            with(animatable) { draw() }
        }
        //繪制表情
        state.animatedEmojis.forEach { animatable ->
            with(animatable) { draw() }
        }
        //繪制煙花
        state.animatedFlowers.forEach { animatable ->
            with(animatable) { draw() }
        }
    }
}

我們使用 AnimatedLike 佈局就可以為頁面添加動畫效果瞭,由於 Canvas 本身是基於 modifier.drawBehind 實現的,我們也可以將 AnimatedLike 改為 Modifier 修飾符使用,這裡就不贅述瞭。

最後,復習一下本文例子中的內容:

  • Animatable :包裝動畫狀態值,並且在協程中執行動畫,同步返回動畫結果
  • AnimationSpec:動畫規格,可以配置動畫時長、Easing 等,例子中用到瞭 tween,keyframes,infiniteRepeatable 等多個動畫規格
  • Easing:動畫狀態值隨時間變化的趨勢,通常使用默認類型即可, 也可以基於 CubicBezierEasing 定制。

一個例子不可能覆蓋到 Compose 所有的動畫 API ,但是借由這個例子我們可以掌握一些基礎 API 的使用,瞭解 Compose 動畫開發的基本思想,這之後再學習其他 API 就是水到渠成的事情瞭。

到此這篇關於Android Jetpack結構運用Compose實現微博長按點贊彩虹效果的文章就介紹到這瞭,更多相關Android Jetpack Compose內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!

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