自定义动画（仿Win10加载动画）

一、源代码

源代码及demo

二、背景

先看看Win10的加载动画（找了很久才找到）：

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每次打开电脑都会有这个加载动画，看上挺cool的，就想着自己能否实现它。

要实现这个动画？

首先想能否通过自定义SurfaceView控件（界面刷新是通过子线程来完成）来实现。这需要知道某一刻时间，那些小圆点在什么位置。小圆点都在做圆周运动，可以看出除了左上角，可以通过势能和动能的相互转化来计算速度。但速度是变化的，如何计算某一个时刻的位置？网上一查，晕，都是微积分，算了吧。

后来，还是使用动画吧，最后的效果：

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动起来：

要玩动画，自然就得理解动画的核心部分。如果理解了，就坐电梯直达“动画分析”。

三、动画的两个核心

一般复杂动画需要自定义TimeInterpolator和TypeEvaluator，前者控制运动的速度，后者控制运动的轨迹。

TypeEvaluator不仅控制运动轨迹，只要有权限且能体现效果的setter属性，都可以控制，如旋转、缩放、颜色等；TimeInterpolator能干的事情，它也能干，只是为了方便，把它抽出来了。

这是他俩的关系（详见参考5）：

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3.1 TimeInterpolator

TimeInterpolator，名为时间插值器（或时间校正器），用于校正动画播放的时间。默认是加速减速插值器AccelerateDecelerateInterpolator。

正常情况下，动画在执行时间duration内，从起点到终点，中间是匀速运动，每一时刻都对应着固定的位置。为了统一，把时间[0, duration]转换成时间百分比[0, 1]，如duration=100ms时，在50ms，应该对应着时间比0.5，且位置在正中间。如下图红色线：

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说明：

横轴是实际运行的时间百分比轴（X轴），纵轴是校正后的时间百分比轴（Y轴）； 图中紫色线是经过校正后的时间百分比，在x=0.5时，正常情况是y=0.35，但校正后y不到0.3，也就是说这个时刻所在的位置还不到总路线的1/3。说白了，导数就是速度，紫色线的导数在逐渐变大，表示速度也在逐渐变快，这就是一个加速过程。 X轴是实际运行的时间轴，与Y轴，只有一对一、或一对多的关系，不能出现多对一的情况。一对多的关系就是来回运动的具体体现。

再看TimeInterpolator，是个接口，只有一个方法getInterpolation(float input)，方法中的参数对应着X轴，返回值对应着Y轴。

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1 2 3

<code>public interface TimeInterpolator {     float getInterpolation(float input); }</code>

3.2 TypeEvaluator

TypeEvaluator就是一个估值器。拿代码说来，明白一点。

?

1 2 3

<code>public interface TypeEvaluator<t> {     public T evaluate(float fraction, T startValue, T endValue); }</t></code>

也是一个接口，有一个方法evaluate(float fraction, T startValue, T endValue)，参数说明：

fraction：时间插值器的校正值 startValue：开始值 endValue：结束值 T：可以是float类的单值，也可以是坐标、颜色等

一般与AnimatorUpdateListener的onAnimationUpdate()方法结合。

3.3 贝塞尔曲线

以下用到了很多二阶贝塞尔曲线，具体计算公式如下（详见参考2）：

B(t)=(1?t)2P0+2t(1?t)P1+t2P2，t∈[0,1]

原理：由 P0 至 P1 的连续点 Q0，描述一条线段。
由 P1 至 P2 的连续点 Q1，描述一条线段。
由 Q0 至 Q1 的连续点 B(t)，描述一条二次贝塞尔曲线。

经验：P1-P0为曲线在P0处的切线

另外加两条经验：

为了更自然，P1-P2一般情况下也是曲线在P2处的切线，这样就能算出P1的具体位置 曲线上每个点的坐标x和y，x和y分别套用此公式

3.4 效果比较

无图无真相。。。图来了

在起点、终点、运行时间都一样的情况下，三种效果比较：

普通动画——默认插值器是加速减速插值器AccelerateDecelerateInterpolator 自定义插值器动画——速度效果是先匀速，再做贝塞尔曲线运动（先反向减速后，再正向加速）。如下图红线（其他画图软件都没不好办，这时还是PS的钢笔工具好用）
 自定义估值器动画——插值器是默认的（水平方向与普通动画是一致的），做正弦曲线运动

三种动画的代码：

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<code><code>private static final long ANIM_DURATION = 5000; /**  * 普通动画  * 差值器默认为AccelerateDecelerateInterpolator  */ private void normalAnim() {     ObjectAnimator oa = ObjectAnimator.ofFloat(v_normal, "translationX", 0, 300);     oa.setDuration(ANIM_DURATION);     oa.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE);     oa.start(); }</code></code>

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<code><code>/**  * 自定义插值器的动画  */ private void interpolatorAnim() { ObjectAnimator oa = ObjectAnimator.ofFloat(v_interpolator, "translationX", 0, 300); oa.setInterpolator(new TimeInterpolator() {     /**      * 获取插值器的值      * @param input 原生时间比值[0, 1]      * @return 校正后的值      */     @Override     public float getInterpolation(float input) {         // 前半段时间为直线（匀速运动），后半段贝塞尔曲线（先反向）         if (input < 0.5) {             return input;         }         // 把贝塞尔曲线范围[0.5, 1]转换成[0, 1]范围         input = (input - 0.5f) * (1 - 0) / (1 - 0.5f);         float tmp = 1 - input;         return tmp * tmp * 0.5f + 2 * input * tmp * 0 + input * input * 1;     } }); oa.setDuration(ANIM_DURATION); oa.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE); oa.start(); }</code></code>

 

 

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<code><code>/**  * 自定义估值器的动画  */ private void evaluatorAnim() {     ValueAnimator va = ValueAnimator.ofObject(             new TypeEvaluator<pointf>() {                 /**                  * 估算结果                  *                  * @param fraction 由插值器提供的值，∈[0, 1]                  * @param startValue 开始值                  * @param endValue 结束值                  * @return                  */                 @Override                 public PointF evaluate(float fraction, PointF startValue, PointF endValue) {                     PointF p = new PointF();                     float distance = endValue.x - startValue.x;                     p.x = fraction * distance;                     float halfDistance = distance / 2;                     float sinX = (float) Math.sin(fraction * Math.PI / 0.5);                     p.y = -halfDistance * sinX;                     return p;                 }             },             new PointF(0, 0),             new PointF(300, 0)     );     va.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {         @Override         public void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {             PointF pointF = (PointF) animation.getAnimatedValue();             v_evaluator.setTranslationX(pointF.x);             v_evaluator.setTranslationY(pointF.y);         }     });     va.setDuration(ANIM_DURATION);     va.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE);     va.start(); } </pointf></code></code>

四、动画分析

再看看原生动画：


4.1 组成与始末

毫无疑问，是由5个圆点组成。
从哪开始的呢？一般都是从无到有，即从最底部一个一个弹出开始的。经过查看Win10的动画，每次显示时确实从此处开始的。
结束，从开始的前一刻，也就是其它点都消失了，最后一个点到达底部的时刻。

4.2 动画剖析

从上面的动画核心部分可知，要分析动画，就要分析其速度变化与运行时间。

先从第一个圆点开始分析。底部起始点为0°，顺时针为正，分析每个区间段的速度与时间：

0° ~ 160°：速度变慢，时间0.5s 160° ~ 180°：匀速，时间2s 180° ~ 360°：速度变快，时间1s 360° ~ 520°：速度变慢，时间0.5s 520° ~ 540°：匀速，时间2s 540° ~ 720°：速度变快，时间1s

其中：步骤4-6重复1-3。

第二个以后的圆点，一开始以为在使用延时执行就可以，但发现有问题：动画需无限次重复执行，延时只在第一次执行时延时。

所以，用时间来模拟延时执行的效果：首先隐藏在起始点，速度为0，然后延时时间（偏移时间offsetMs）到达后就显示，开始运动了。
最后第一个圆点等待最后一个圆点到达底部的功能也是一样：到达后隐藏在终点，速度不变且为0，一直等待最后一个圆点到达终点。

这样，才算一个完整的运动轨迹（这里范围为实际运行时间）：

步骤	时间段	时间差	运动范围	速度变化	备注
1	0 ~ offsetMs	offsetMs	0° ~ 0°	0	隐藏
2	offsetMs ~ offsetMs + 0.5	0.5	0° ~ 160°	减速	显示
3	offsetMs + 0.5 ~ offsetMs + 2.5	2	160° ~ 180°	匀速
4	offsetMs + 2.5 ~ offsetMs + 3.5	1	180° ~ 360°	加速
5	offsetMs + 3.5 ~ offsetMs + 4.0	0.5	360° ~ 520°	减速
6	offsetMs + 4.0 ~ offsetMs + 6.0	2	520° ~ 540°	匀速
7	offsetMs + 6.0 ~ offsetMs + 7.0	1	540° ~ 720°	加速
8	offsetMs + 7.0 ~ 8.0	1-offsetMs	720° ~ 720°	0	隐藏

其中，步骤5-7运动与步骤2-3重复，也就是实际看到运动效果的几个步骤。

之后又经过了如下优化：

经过多次卡表发现，一次运行的总时间为7s，但比例还是按上面的来 测试中发现会出现挤压重叠现象，仔细查看原生动画，发现在匀速开始和结束的位置，并不都是160°和180°，五个圆点到达匀速的角度在逐渐变小，离开的角度也在逐渐变小。因此需要给每个圆点一个偏移角度 为了进一步模仿动画在左上角慢慢靠近的追逐效果，上面所述的到达偏移角度要比离开的偏移角度大

这样，就有了下面轨迹参数的确定（这些参数是我测试出来比较理想的，可以自己去设置更精确的参数）：

/**
 * 创建动画
 *
 * @param view 需执行的控件
 * @param index 该控件执行的顺序
 * @return 该控件的动画
 */
private Animator createViewAnim(final View view, final int index) {
    long duration = 7000; // 一个周期（2圈）一共运行7000ms，固定值
    int comeStepAngle = 22; // 到达的间隔角度
    int goStepAngle = 16; // 离开的间隔角度

    // 最小执行单位时间
    final float minRunUnit = duration / 16;
    // 最小执行单位时间所占总时间的比例
    double minRunPer = minRunUnit / duration;
    // 在差值器中实际值（Y坐标值），共8组
    final double[] trueRunInOne = new double[]{
            0,
            0,
            160 / 720d - index * comeStepAngle / 720d,
            180 / 720d - index * goStepAngle / 720d,
            360 / 720d,
            520 / 720d - index * comeStepAngle / 720d,
            540 / 720d - index * goStepAngle / 720d,
            1
    };
    // 动画开始的时间比偏移量。剩下的时间均摊到每个圆点上（本应该是length-1，但length效果更好）
    final float offset = (float) (index * (16 - 14) * minRunPer / mDotViews.length);
    // 在差值器中理论值（X坐标值），与realRunInOne对应
    final double[] rawRunInOne = new double[]{
            0,
            offset + 0,
            offset + 1 * minRunPer,
            offset + 5 * minRunPer,
            offset + 7 * minRunPer,
            offset + 8 * minRunPer,
            offset + 12 * minRunPer,
            offset + 14 * minRunPer
    };
}

整个动画放在了一个自定义RelativeLayout里，圆点是通过代码动态添加的，圆点背景使用的是shape：

// 2、 添加新控件
for (int i = 0; i < mDotViews.length; i++) {
    mDotViews[i] = new View(getContext());

    View view = mDotViews[i];
    LayoutParams lp = new LayoutParams(dotD, dotD);
    // 添加规则：底部 + 水平居中
    lp.addRule(ALIGN_PARENT_BOTTOM);
    lp.addRule(CENTER_HORIZONTAL);
    // 调整位置
    if (mHeight > mWidth) {
        lp.bottomMargin = (mHeight - mWidth)/2;
    }
    // 设置旋转中心点
    view.setPivotX(dotR);
    view.setPivotY(-(halfSize - dotD));
    // 背景
    view.setBackgroundResource(R.drawable.shape_dot);
    // 修改点的背景颜色
    GradientDrawable gradientDrawable = (GradientDrawable) view.getBackground();
    gradientDrawable.setColor(dotColor);
    view.setVisibility(INVISIBLE);
    addView(view, lp);
}

五个圆点的时间百分比轨迹图如下（这时PS画图也不好使了，还是要Android自己来，demo里有源代码）：


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五、核心代码

private Animator createViewAnim(final View view, final int index) {
   ...

    // 各贝塞尔曲线控制点的Y坐标
    final float p1_2 = calculateLineY(rawRunInOne[2], trueRunInOne[2], rawRunInOne[3], trueRunInOne[3], rawRunInOne[1]);
    final float p1_4 = calculateLineY(rawRunInOne[2], trueRunInOne[2], rawRunInOne[3], trueRunInOne[3], rawRunInOne[4]);
    final float p1_5 = calculateLineY(rawRunInOne[5], trueRunInOne[5], rawRunInOne[6], trueRunInOne[6], rawRunInOne[4]);
    final float p1_7 = calculateLineY(rawRunInOne[5], trueRunInOne[5], rawRunInOne[6], trueRunInOne[6], rawRunInOne[7]);

    // A 创建属性动画：绕着中心点旋转2圈
    ObjectAnimator objAnim = ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotation", 0, 720);
    // B 设置一个周期执行的时间
    objAnim.setDuration(duration);
    // C 设置重复执行的次数：无限次重复执行下去
    objAnim.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE);
    // D 设置差值器
    objAnim.setInterpolator(new TimeInterpolator() {
        @Override
        public float getInterpolation(float input) {
            if (input < rawRunInOne[1]) {
                // 1 等待开始
                return 0;
            } else if (input < rawRunInOne[2]) {
                if (view.getVisibility() != VISIBLE) {
                    view.setVisibility(VISIBLE);
                }
                // 2 底部 → 左上角：贝赛尔曲线1
                // 先转换成[0, 1]范围
                input = calculateNewPercent(rawRunInOne[1], rawRunInOne[2], 0, 1, input);
                return calculateBezierQuadratic(trueRunInOne[1], p1_2, trueRunInOne[2], input);

            } else if (input < rawRunInOne[3]) {
                // 3 左上角 → 顶部：直线
                return calculateLineY(rawRunInOne[2], trueRunInOne[2], rawRunInOne[3], trueRunInOne[3], input);

            } else if (input < rawRunInOne[4]) {
                // 4 顶部 → 底部：贝赛尔曲线2
                input = calculateNewPercent(rawRunInOne[3], rawRunInOne[4], 0, 1, input);
                return calculateBezierQuadratic(trueRunInOne[3], p1_4, trueRunInOne[4], input);

            } else if (input < rawRunInOne[5]) {
                // 5 底部 → 左上角：贝赛尔曲线3
                input = calculateNewPercent(rawRunInOne[4], rawRunInOne[5], 0, 1, input);
                return calculateBezierQuadratic(trueRunInOne[4], p1_5, trueRunInOne[5], input);

            } else if (input < rawRunInOne[6]) {
                // 6 左上角 → 顶部：直线
                return calculateLineY(rawRunInOne[5], trueRunInOne[5], rawRunInOne[6], trueRunInOne[6], input);

            } else if (input < rawRunInOne[7]) {
                // 7 顶部 → 底部：贝赛尔曲线4
                input = calculateNewPercent(rawRunInOne[6], rawRunInOne[7], 0, 1, input);
                return calculateBezierQuadratic(trueRunInOne[6], p1_7, trueRunInOne[7], input);

            } else {
                // 8 消失
                if (view.getVisibility() != INVISIBLE) {
                    view.setVisibility(INVISIBLE);
                }
                return 1;
            }

        }
    });
    return objAnim;
}

/**
 * 根据旧范围，给定旧值，计算在新范围中的值
 *
 * @param oldStart 旧范围的开始值
 * @param oldEnd   旧范围的结束值
 * @param newStart 新范围的开始值
 * @param newEnd   新范围的结束之
 * @param value    给定旧值
 * @return 新范围的值
 */
private float calculateNewPercent(double oldStart, double oldEnd, double newStart, double newEnd, double value) {
    if ((value < oldStart && value < oldEnd) || (value > oldStart && value > oldEnd)) {
        throw new IllegalArgumentException(String.format("参数输入错误，value必须在[%f, %f]范围中", oldStart, oldEnd));
    }
    return (float) ((value - oldStart) * (newEnd - newStart) / (oldEnd - oldStart));
}

/**
 * 根据两点坐标形成的直线，计算给定X坐标在直线上对应的Y坐标值
 *
 * @param x1 起点X坐标
 * @param y1 起点Y坐标
 * @param x2 终点X坐标
 * @param y2 终点Y坐标
 * @param x  给定的X坐标
 * @return 给定X坐标对应的Y坐标
 */
private float calculateLineY(double x1, double y1, double x2, double y2, double x) {
    if (x1 == x2) {
        return (float) y1;
    }
    return (float) ((x - x1) * (y2 - y1) / (x2 - x1) + y1);
}

/**
 * 计算贝塞尔二阶曲线的X（或Y）坐标值
 * 给定起点、控制点、终点的X（或Y）坐标值，和给定时间t（∈[0, 1]），算出此时贝塞尔曲线的X（或Y）坐标值
 *
 * @param p0 起点值
 * @param p1 控制点值
 * @param p2 终点值
 * @param t  给定的时间
 * @return 曲线的位置值
 */
private float calculateBezierQuadratic(double p0, double p1, double p2, @FloatRange(from = 0, to = 1) double t) {
    double tmp = 1 - t;
    return (float) (tmp * tmp * p0 + 2 * tmp * t * p1 + t * t * p2);
}

public synchronized void setDotColor(int dotColor) {
    this.dotColor = dotColor;
    for (View view : mDotViews) {
        GradientDrawable gradientDrawable = (GradientDrawable) view.getBackground();
        gradientDrawable.setColor(dotColor);
    }
}

http://www.2cto.com/kf/201610/553402_2.html