core animation官方文档翻译

what is core animation？
core animation是objective-c类中图形渲染，投影和动画的一个集合。它提供了先进的合成效果。
我们想创建一些动态的动画，如果用interface是很困难的，但是core animation能够创建这些interface通过提供下面这些：
(1)高性能合成与容易掌握的编程模型
(2)创建复杂的user interface通过使用layer对象的继承
(3)一个轻量级的数据结构，你可以同时显示动画数百层
(4)抽象的动画界面允许动画在单独的线程中，从而独立与程序的run loop。一旦动画配置后并开始，core animation会承担全部的责任去运行它的帧速。
(5)提高应用性能，程序仅仅在它改变的时候才需要重绘内容，用于调整和布局服务层提供最小的应用程序交互。
(6)拥有一个灵活的布局管理模型，包括管理与layer的兄弟层的位置和大小。

使用core animation，开发者可以为他们的程序创建动态的用户界面，避免了使用底层的图形API，例如OPenGl等等。


core animation是oc的一个框架，它将一个高性能的合成引擎与一个简单的动画编程接口结合起来。

core animation类可以分为下面几个:
(1)提供显示layer的类
(2)动画和时间类
(3)布局和约束类
(4)使多个层变成几个原子更新的执行类
core animation包含的基础类的都在Quartz Core framework中，虽然附加的类层可以在其他的框架中定义。
下面是core animation类继承的层次图

 

层类（Layer Classes）
Layer Classes是core animation的基础。Layer Classes提供了一个抽象的概念，这个概念对于那些使用NSview和UIview的开发者来说是很熟悉的。基础层是由CAlayer类提供的，CAlayer是所有Core Animation层的父类。

同一个视图类的实例一样，一个CAlayer实例也有一个单独的superlayer和上面所有的子层（sublayers），它创建了一个有层次结构的层，我们称之为layer tree。layers的绘制就像views一样是从后向前绘制的，绘制的时候我们要指定其相对与他们的superlayer的集合形状，同时还需要创建一个局部的坐标系。layers润需一些更复杂的操作，例如rotate(旋转)，skew(倾斜)，scale(放缩)，和project the layer content(层的投影)。

CAlayer在Application kit和Cocoa touch view类中是不同的，在Cocoa touch view类中不需要为了显示内容而去子类化CALayer。可以提供给CAlyer实例显示的内容有：
(1)直接设置层的content属性到一个core graphics图，或者通过delegation来设置
(2)提供一个代理直接绘制到Core Graphics image context（核心图形的上下文）
(3)设置任意数量的所有层共有的可视的风格属性。例如：backgroundColor(背景色)，opacity(透明度)和masking(遮罩)。max os x应用通过使用core image filters来达到这种可视化的属性。
(4)子类化CAlayer，同时在更多的封装方式中完成上面的任意技术。

除Calayer类意外，Core animation还提供了额外的类来显示其他类型的内容。在mac os x和ios中这些类略有不同。

下面这些类可以同时在max os x和ios中使用：
(1)CAScrollLayer:它是CALayer的一个子类，用来显示layer的某一部分，一个CAScrollLayer对象的滚动区域是由其子层的布局来定义的。CAScrollLayer没有提供键盘或者鼠标事件，也没有提供明显的滚动条。
(2)CATextLayer：它是一个很方便就可以从string和attributed string创建layer的content的类。
(3)CATIledLayer：它允许在增量阶段显示大和复杂的图像（就是将图形进行分块显示，来减少内存）

mac os x提供下面这些额外的类：
(4)CAOpenGLLayer：它提供了OPenGL的渲染环境，你必须子类化这个类来提供content来使用OpenGl，这个content可以是静态的也可以是随着时间推移来更新的。
(5)QCCompositionLayer：（它由QUartz Composer framework提供）产生一个动画作为QUartz Composer composition的content。
(6)QTMovieLayer和QTCaptureLayer：(由QTKit framework提供)提供QuickTime电影和视频的playback。

ios增加下面的类：
(7)CAEAGLLayer：它提供了OPenGLES的渲染环境

CAlyer类也介绍了key-value coding compliant container class(键 - 值编码兼容的容器类)的概念。这个类可以存储任意值，可以使用key-value coding compliant的方法，而不必创建一个子类。CAlayer还延伸了NSKeyValueCoding的非正式协议，增加了对默认键值的支持和自动包装一个结构体类型（CGPOint，CGRect，CGSize，CGAffineTransform和CAtransformD），同时也提供了通过key path来获取这个结构体的数值。

CALayer也管理动画和与其相关的layer的actions。layers接收一些从layer tree中触发的insert和remove消息，修改被创建的layer的属性，或者指明开发者的需求。这些actions通常都会导致动画的产生。

动画和计时类（Animation and Timing Classes）
层的许多可视属性都是隐式的动画，通过简单的修改动画属性的值，层会自动的从当前的value到new value产生动画。例如：设置layer的hidden属性为YES将会触发该layer逐渐淡出的动画。大多数动画属性都有默认的动画，你可以很容易的自定义和替换他们。
层的动画属性也可以被设置成显式的动画。为了明确动画属性你要创建Core animation动画类的一个实例，同时指定所需要的可视效果。在layer中一个明确的动画并没有改变属性的值，而仅仅是以动画的形式来显示它。
core animation提供了可以动画类，这些类可以使layer中的内容进行动画或者用basci animation和key-frame animation来选择属性。所有的core animation的动画类都是从CAAnimation类抽象而来。CAAnimation遵守CAMediaTiming协议，该协议提供了简单duration(持续时间)，speed(速度)和repeat count for an animation(动画重复的次数)。CAAnimation也遵守CAAction协议，这个协议为开始动画提供了一个标准的方法来响应一个layer的行为触发(action triggered).
动画类定义了一个timing(计时)功能来描述动画的每步作为一个简单的贝塞尔曲线。例如：一个线性计时功能会指定动画的每一步，即使是在整个运行期间，一个ease-out功能会引发动画随着它接近duration而慢下来。
core animation提供了下面这些额外的抽象和具体的类：
(1)CATranstion：提供了影响整个层内容过渡的效果，在动画期间它使层产生fade(渐变)，push(推拉)以及reveals(揭示)的动画效果。这些过渡的效果可以通过你自己自定义的core image filters来扩展。
(2)CAAnimationGroup:允许动画对象的数组组合在一起，并同时运行。
(3)CAPropertyAnimation：它是CAAnimation的一个抽象子类，支持层在动画期间为层提供key path。
(4)CABasicAnimation：为层的属性提供了简单的插值。
(5)CAkeyframeAnimation：提供了关键帧动画的支持。你可以为层属性指定key path来使其产生动画，这个数组的值保存了动画每个阶段的值，同时还有key frame的次数和时间函数。在动画运行的时候，数组中的每个值就会被轮流进行插值使用。
这些类都core animation和cocoa animation代理使用。
Layout Manager classes(布局管理类)
Application kit视图类相对他们的superlauer提供了经典的“struts and springs”定位层模型。当layer支持这些模型的时候，在mac os x上的core animation也提供了更灵活的布局管理机制，这个机制允许开发者编写他们自己的布局管理。
core animation的CAConstraint类是一个布局管理类，该类用你指定好的约束条件来重排sublayers。每个约束条件都描述了与这个layer的兄弟层或者它的superlayer的相关的几何特性。
事务管理类（Transaction Management Classes）
每个层的动画属性的修改都是事务的一部分。CATransaction是来把多个动画操作分配到原子更新来显示。支持事务嵌套。

core animation支持两种类型的事务：隐式事务和显示事务。当一个layer的动画属性被一个没有活跃的事务和线程run-loop下一次迭代自动提交的线程所修改的时候，隐式事务会自动的被创建。当应用程序在layer修改之前发送一个CAtransaction类开始的消息的时候显示事务会发生，之后还要提交一个信息。

core aniamtion rending architecture
在core aniamtion和cocoa view之间有很大的相似之处，他们之间最大的概念上的分歧就是layer不直接渲染到屏幕上。
在MVC的设计模式下，NSView和UIView是视图对象，core animation层实际上是模型对象。他们封装了几何图形，时间和可视属性，同时提供显示的内容，但是实际上显示并不是layer的责任。

每一个可视的layer tree后面都有两个相应的tree：presentation tree和render tree。
图1：core animation 渲染结构

 

layer tree包含了每个layer的对象模型。当你为一个layer的属性设置一个的时候，他们的值就是你设置的。

The presentation tree包含了当前正在呈现给用户作为动画发生的值。例如：对一个layer的backgroundcolor设置一个新的值的时候，在layer tree中的值会马上改变。然而，在presentation tree的相应层的backgroundcolor的值随着要显示给用户的插值颜色会被更新。

当渲染一个layer的时候，the render-tree会使用presentation-tree的值。the render-tree的责任就是执行独立与程序活动的合成操作；渲染是在一个单独进程或者线程中，以便使其对应用程序的run loop影响最小。

当一个动画在执行的过程中，你可以查询相应的presentation layer的实例。如果你打算改变当前的动画并且从当前显示状态开始一个新的动画，这是非常有用的。

position属性是一个CGPoint，用来指定layer与其superlayer的相对位置，同时表示它在superlayer的坐标系中。
bounds属性是一个CGRect，它提供了layer的size和origin。当你重载layer的绘制方法的时候bounds的origin被用来作为graphics context的origin。
layers有一个隐含的frame，这个frame是position，bounds，anchorPoint和transform属性的功能。可以适当的为layer设置新的position和bounds属性，但是frame本身并没有被存储。当你设置一个新的框架矩形的bounds origin是不受外界所干扰的时候，这时候bounds size会设置成frame的size。layer的position设置成正确location是与anchor point有关的。当你得到frame的属性值的时候，它会计算相对应的position，bounds和anchorPoint属性的值。

anchorPoint属性是一个CGPoint，它会在与位置坐标相关的layer的bounds内指定一个location。anchor point指定了bounds是如何相对于position属性的位置，同时为周围的转换点做服务。它主要变现在单位坐标系中，点(0.0,0.0)在layer的原点，点(1.0,1.0)在layer中与原点相对的角。对layer的父层（如果存在）做转换可以改变anchorPoint的方向，y轴取决于父坐标系。

当你指定layer的frame，position是与anchorPoint有关的。当你指定layer的position，bounds是与anchorPoint有关的。

ios小提示:下面的例子展示了在mac os x中的layer，默认坐标系原点是左下角。on ios，默认的是左上角，正值方向是向下和向右。

图2 3个锚点（mac os x）
anchorPoint默认值是(0.5,0.5)，与layer的bounds的中心相关。（图中的A）B点显示的anchorPoint是(0.0，0.5).最后C点(1.0,0.0)引起layer的position设置在frame的右下角。

图片:anchorpoint.gif 

 

 frame，bounds，position和anchorPoint在图3中显示

上面的例子中anchorPoint设置为默认值(0.5,0.5)，与layer的center有关。layer的position设置为(100.0,100.0)，bounds设置为(0.0,0.0,120.0,80.0).这样frame属性经计算得出为(40.0,60.0,120.0,80.0).
如果你创建了一个新layer，仅仅设置了layer的frame属性为(40.0,60.0,120.0,80.0),position自动就为(100.0,100.0)，，bounds属性就为(0.0,0.0,120.0,80.0)。
图4显示的layer与图3中的layer有相同的frame rectangle。然而，在这种情况layer下的anchorPoint是(0.0,0.0),即layer的左下角。

设置frame为(40.0,60.0,120.0,80.0)，bounds的值也是一样，但是这时候position的值已经改变了。

不同cocoa views的几何图形的另外一个方面是你可以指定的半径用作layer的角落的弧形。当绘制layer中的内容，裁剪子层，或者边界和阴影的时候，cornerRadius属性可以指定一个半径供layer使用。

zPosition属性指定了layer在z轴中的位置。zPosition是用于设置相对于其兄弟层的可视的位置。它不能用来指定层之间的顺序，也不是重新排布子层数组。

层的几何转换(Transforming a Layer’s Geometry)

一旦你创建了一个layer，你就可以使用矩阵转换来转换layer的几何坐标。Transform数据结构定义了一个三维变换(是一个4行4列的CGFloat值)，被用来对layer做旋转，放缩，偏移，歪斜和角度转换。
struct CATransform3D
{
CGFloat m11, m12, m13, m14;
CGFloat m21, m22, m23, m24;
CGFloat m31, m32, m33, m34;
CGFloat m41, m42, m43, m44;
};

有两个layer属性来指定变换矩阵：transform和sublayerTransform。通过transform属性指定的矩阵应用于layer以及与层的anchorPoint有关的该layer的子类。图3中展示用默认的anchorPoint(0.5,0.5)的时候，layer在旋转和放缩的时候对layer的影响。图4中显示当anchorPoint为(0.0,0.0)的时候对于相同的转换矩阵对一个layer的影响。sublayerTransform属性指定的矩阵仅仅应用与layer的sublayer，而不是应用与layer本身。

你可以通过下面方式中的一种创建和修改CATransform3D数据结构：
(1)用CATransform3D函数
(2)直接修改数据结构的成员
(3)用key-value编码和key path

CATransform3DIdentity常量的值是一个单位矩阵，这个矩阵不能进行放缩，旋转，歪斜和角度的使用。对layer使用这个单位矩阵，layer会显示默认几何结构。
转换函数（transform functions）
在core animation中transform函数可以对矩阵进行操作。你可以用这些函数(表1)去构建一个矩阵，在稍后一些通过分别修改transform和sunlayerTransform属性将其应用与layer或者layer的子类。transform函数既可以操作CATransform3D数据结构也可以返回一个数据结构。这可以使你构建简单或者复杂的可重用的转换。
表1 用于转换，旋转和放缩的 CATransform3D transform 函数

旋转的角度是指的弧度而不是度。下面的函数允许你在弧度与度之间进行转换
CGFloat DegreesToRadians(CGFloat degrees) {return degrees * M_PI / 180;};

CGFloat RadiansToDegrees(CGFloat radians) {return radians * 180 / M_PI;};

core animation提供了一个反转函数用来反转一个矩阵，CATransform3DInvert，反转通常是使用在反转对象中提供的反转点。当你要恢复一个被矩阵转换过的值的时候转换是很有用的：反转矩阵和逆矩阵乘以这个值，得到的结果都是初始值。


函数也提供了允许你转换CATransform3D的矩阵到CGAffineTransform矩阵，如果CATransform3D矩阵可以这样表示。
表2  对于CGAffineTransform 转换的CATransform3D 转换函数

修改转换数据结构（Modifying the Transform Data Structure）
列表1包含CATransform3D数据结构的定义，结构成员在其相应的矩阵位置。
列表1 CATransform3D结构

struct CATransform3D
{
  CGFloat m11, m12, m13, m14;
  CGFloat m21, m22, m23, m24;
  CGFloat m31, m32, m33, m34;
  CGFloat m41, m42, m43, m44;

}

typedef struct CATransform3D CATransform3D;

列表2中的例子说明了如何配置CATransform3D作为视角的转换。
列表2 直接修改CATransform3D数据结构
CATransform3D aTransform = CATransform3DIdentity;

// the value of zDistance affects the sharpness of the transform.

zDistance = 850;

aTransform.m34 = 1.0 / -zDistance;

使用key paths修改转换（Modifying a Transform Using Key Paths）
core animation对key-value coding协议进行了扩展，允许通过key paths获取和设置一个layer的CATransform3D矩阵的公值（common value）。表4描述了layer的transform 和sublayerTransform属性的key path是键值编码和观察兼容的。
表4 CATransform3D 关键路径

你不能用objective-c 2.0的属性来指定结构的key path。这样是不能有任何效果的:
myLayer.transform.rotation.x=0;

而是必须使用下面这样的setValue:forKeyPath: 或者 valueForKeyPath: 
[myLayer setValue:[NSNumber numberWithInt:0] forKeyPath:@"transform.rotation.x"];

Layer-Tree层次结构（Layer-Tree Hierarchy）
随着layer可以直接对自己提供的可视内容和动画进行负责管理，layer同时也扮演着包含其他layer的角色，从而创建了layer的层次结构。

什么是Layer-Tree层次结构？（What Is a Layer-Tree Hierarchy?）
layer-tree是core animation，它等同于cocoa视图层次结构。正如NSView或UIView的实例有superview和subviews一样，core animation layer也有superlayer和sublayers。layer-tree提供了与视图层次结构许多相同的好处：
(1)复杂的界面可以用简单的layer来实现，避免了单片和复杂的子类化。由于layer自身具有复杂的合成功能，使它可以很好的使用这种‘stacking(堆)’的类型。
(2)每个layer相对于它的superlayer的坐标系都有它自己的坐标系。当某个layer转换的时候的，这个layer的sublayer也会随之转换。
(3)layer-tree是动态的，它可以随着程序的运行重新装配，layer可以被创建，作为layer的第一个sublayer添加到layer上，在添加其他的，同时也可以从layer-tree中remove掉。

在视图中显示layer（Displaying Layers in Views）
core animation没有提供方法在一个窗口中来显示layer，他们必须由视图来托管。当对视图进行搭配的时候，视图必须提供底层的实践处理，而layer指示提供内容的显示。

在ios的视图系统中是直接在core animation layer的上面创建的。每个UIView的实例都会自动创建一个CALayer类的实例，同时将这个CALayer类的实例作为视图的layer属性的值。当然你也可以根据自己的需要来添加sublayer。
在mac os x中你必须配置一个NSView的的实例能够托管一个layer。为了显示layer tree的root layer，你需要设置视图的layer，同时设置视图去使用layer。
表1 在视图中插入layer
// theView is an existing view in a window

// theRootLayer is the root layer of a layer tree

[theView setLayer: theRootLayer];
[theView setWantsLayer:YES];

在层次结构中增加和移除layer（ Adding and Removing Layers from a Hierarchy）
如果仅仅是简单的实例化一个layer不需要将其插入到layer-tree中，相反如果你是在layer-tree中增加，插入，替换，移除layer，你可以使用在Table 1中数列出的方法：
Table 1 layer-tree管理方法

 
 

 

 

 

你可以使用一个layer的数组来设置一个layer的sublayer，同时设置打算要设置superlayer的sublayer的属性。当用一个数组(数组中元素都是layer对象)来设置sublayer属性的时候,你必须确保数组中layer的superlayer设置为nil。

 

默认情况下，从一个可视的layer-tree中插入或者移除layers会触发一个动。当一个layer作为一个sublayer添加的时候，它的父layer的操作标识符kCAOnOrderIn会被触发并以动画的形式返回。当从layer的sublayers中移除一个layer的时候，它的父layer的操作标识符kCAOnOrderOut会被触发并以动画的形式返回。当在sublayer中替换一个layer的时候，它的父layer的操作标识符kCATransition会被触发并以动画的形式返回。当你在对layer-tree进行操作时候你可以禁止动画，或者使用任意的操作标识符来改变动画。

重新定位layer的位置和调整layer的尺寸（Repositioning and Resizing Layers）
layer被创建之后，你可以通过改变layer的几何属性(frame，bounds，position，anchorPoint，zPosition)来移动和调整它。
如果layer的needsDisplayOnBoundsChange属性设置为YES，那么当layer的bounds改变的时候，layer上的内容是要重新进行缓存处理的。默认情况下needsDisplayOnBoundsChange属性是NO。
默认情况下，设置frame，bounds，position，anchorPoint和zPosition属性会导致layer以这些新设置的值产生动画。

自动调整layer的大小 (Autoresizing layers)
CAlayer提供了一种自动的机制，就是当他们的superlayer在移动或者改变大小的时候，他们的sublayer也会自动的移动或者改变大小。在许多情况下，只需为layer配置自动调整的mask，就可以为应用程序提供适当的行为。layer的自动调整的mask是通过使用位运算or操作符或者使用layer的autoresizingMask属性的值来合并CAAutoresizingMask常量来指定的。
Table 2 Autoresizing mask values and descriptions

 

 例如，为了确保layer的superlayer在左下角，你可以使用kCALayerMaxXMargin | kCALayerMaxYMargin来设置。当沿着x轴方向不止一个方向是灵活的时候，会给每个方向都进行调整。

 

Figure 1 layer autoresizing mask constants

  

  如果这些常量中有一个被省略，那么这个方向的布局就是不变的，当一个常量被包含的时候，那么layer的布局在这个方向上就是灵活的。

CAlayer的子类可以重写resizeSublayersWithOldSize: 和resizeWithOldSuperlayerSize: 方法从而来自定义layer的自动调整的大小的行为。layer的bounds属性改变的时候，layer的resizeSublayersWithOldSize：方法都会被自动调用，同时也会给每个sublayer发送一个resizeWithOldSuperlayerSize：消息。每个layer都会用以前的bounds的值与现在的bounds的值进行比较，从而来根据它的autoresize mask来调整它的位置和大小。


裁剪子层（Clipping Sublayers）
当cocoa view的subviwes处于父view的bounds的外面时，这些subviews会被父view所裁剪。layer移除了这个限制，允许sublayer显示他们的全部整体，不用管他们相对于父layer的位置。

layer的masksToBounds属性决定了sublayer是否被父layer所裁剪，masksToBounds的默认值是NO，防止sublayer被父layer裁剪。
Figure  2  masksToBounds属性值举例

 
 

提供layer中的显示内容（Providing Layer Content）
当使用cocoa视图的时候你必须对NSView或者UIView进行子类化，同时为了显示内容还必须完成drawRect：方法。但是CALayer实例都是直接使用的，并不需要子类化。因为CALAyer是一个键值编码兼容的容器类，你可以在任何实例中存储任意的值，避免了直接子类化。

提供layer中的内容（Providing Layer Content）
你可以使用下面方法中的一种来指定CALayer的内容：
(1)用包含Image的CGImageRef来设置layer的content属性
(2)使用代理来绘制cotents
(3)对CAlayer进行子类化并重写显示的方法。

设置contents属性(Setting the Contents Property)
通过contents属性设置到CGImageRef来指定layer所包含的图像
Listing 1 设置layer的contents属性
CALayer *theLayer；
// create the layer and set the bounds and position
theLayer=[CALayer layer];
theLayer.position=CGPointMake(50.0f,50.0f);
theLayer.bounds=CGRectMake(0.0f,0.0f,100.0f,100.0f)；
// set the contents property to a CGImageRef
// specified by theImage (loaded elsewhere)
theLayer.contents=theImage;

使用代理提供content（Using a Delegate to Provide Content）
你可以为你的layer绘制content，或者创建一个代理类来完成下面的方法中displayLayer:或drawLayer:inContext:中的一个来设置layer的content图像。
layer的绘制的时候并不会自动就调用已经完成了绘制content的代理方法，而是，你必须通过发送setNeedsDisplay 或 setNeedsDisplayInRect:消息，或者设置needsDisplayOnBoundsChange属性值为YES，来通知layer的实例去重新缓存它的content。
完成的displayLayer：代理方法能够决定哪个image应该显示在哪个指定的layer上，同时相应的设置layer的contents属性。在“layer Coordinate system”中实施displayLayer：这个例子是通过state key来设置thelayer的contents属性值的。子类化的时候不需要存储一个state值，因为CALayer实例是一个键值编码容器类。
Listing 2 完成代理方法displayLayer：的例子
- (void)displayLayer:(CALayer *)theLayer
{
    // check the value of the layer's state key

    if ([[theLayer valueForKey:@"state"] boolValue])
    {
        // display the yes image

        theLayer.contents=[someHelperObject loadStateYesImage];

    }
    else {

        // display the no image

        theLayer.contents=[someHelperObject loadStateNoImage];

    }
}

如果你是自己绘制layer的content而不是从一个image加载的话，你就要完成drawLayer:inContext: 代理方法。这个代理参数是被绘制的layer和CGContextRef
下面这个例子用drawLayer:inContext: 来完成的。
Listing 3 完成代理方法drawLayer:inContext: 的例子
- (void)drawLayer:(CALayer *)theLayer

        inContext:(CGContextRef)theContext

{

    CGMutablePathRef thePath = CGPathCreateMutable();



    CGPathMoveToPoint(thePath,NULL,15.0f,15.f);

    CGPathAddCurveToPoint(thePath,

                          NULL,

                          15.f,250.0f,

                          295.0f,250.0f,

                          295.0f,15.0f);

    CGContextBeginPath(theContext);
    CGContextAddPath(theContext, thePath );

    CGContextSetLineWidth(theContext,

                          [[theLayer valueForKey:@"lineWidth"] floatValue]);

    CGContextStrokePath(theContext);
  // release the path
    CFRelease(thePath);

}

 

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