前端能力模型-动画类型及动画库的介绍

来源：互联网发布：余弦夹角算法编辑：程序博客网时间：2024/06/05 16:17

一、背景：

合适的动画不仅更能吸引人们的眼球，也能让你的应用体验更为流畅，而将动画的效果做到极致，才能让用户感到使用你的应用是一种享受，而不是觉得生硬和枯燥。

二、动画技术分类：

按技术类型来进行分类，分为三类：JS动画，CSS3动画，html5动画，接下来分别对三类动画进行讲解。

1）JS动画

通过一个定时器setInterval间隔来改变元素样式，动画结束时clearInterval即可。（早期类库：jquery、prototype、mootools）

优缺点：

优点：可控性很强，兼容性较好

缺点：

1、性能不佳：因为需要不断获取和修改dom布局，所以导致了大量页面重排（repaint）；

2、缺乏标准：不同的库使用了不同的API，导致即使是简单的动画也有各不相同的实现方式，调整起来比较耗时；

3、带宽消耗：相对丰富的动画库代码量都很大，结果就是增加了http请求的大小，降低了页面的载入时间。

2）css3动画

css3两种动画实现方式：一种是transition，一种是animation，animation相比transition使用起来更为复杂。

transition包含4种属性：transition-delay、transition-duration、transition-property、transition-timing-function，对应动画的4种属性：延迟、持续时间、对应CSS属性和缓动函数。

transform包含7种属性：animation-name、animation-duration、animation-timing-function、animation-delay、animation-direction、animation-iteration-count、animation-fill-mode、animation-play-state，对应动画名称、持续时间、缓动函数、动画延迟、动画方向、重复次数、填充模式。

优点：

1、css3动画相比JS更轻量，性能更好，更易于实现。

2、不必担心缺乏标准和增加带宽消耗的问题。

3、不依赖于主线程，采用硬件加速（GPU）

4、move.js是一个封装了css3动画效果的轻量级js动画库。

缺点：

1、不能动态的修改或定义动画内容

2、不同的动画无法实现同步

3、多个动画彼此无法堆叠

示例：2-1 Transitions动画（过渡动画）

<!DOCTYPE html>
<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate {
                    width: 200px;
                    height: 200px;
                    margin: 0 auto;
                    border-radius: 50%;
                    background-color: #f00;
                    line-height: 200px;
                    border-radius: 50%;
                    text-align: center;
                    color: #fff;
                    font-size: 20px;
               }
               .animate-transition {
                    transition: transform 2s linear;
                    -moz-transition: -moz-transform 2s linear;
                    -webkit-transition: -webkit-transform 2s linear;
                    -o-transition: -o-transform 2s linear;
               }
               .animate-transition:hover {
                    cursor: pointer;
                    transform: rotate(360deg);
                    -moz-transform: rotate(360deg);
                    -webkit-transform: rotate(360deg);
                    -o-transform: rotate(360deg);
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div class="animate animate-transition">Transition Animation</div>
     </body>
</html>

示例2-2：keyframes animation（关键帧动画）

<!DOCTYPE html>
<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate {
                    width: 200px;
                    height: 200px;
                    margin: 0 auto;
                    border-radius: 50%;
                    background-color: #f00;
                    line-height: 200px;
                    border-radius: 50%;
                    text-align: center;
                    color: #fff;
                    font-size: 20px;
               }
               .animate-keyframes {
                    -webkit-animation: none;
               }
               .animate-keyframes:hover {
                    cursor: pointer;
                    -webkit-animation: frames 2s linear infinite;
               }
               @-webkit-keyframes frames {
                    0% {
                         background-color: #f00;
                         -webkit-transform: rotate(0deg);
                    }
                    100% {
                         background-color: #f00;
                         -webkit-transform: rotate(360deg);
                    }
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div class="animate animate-keyframes">Transition Animation</div>
     </body>
</html>

3）html5动画

html5定义了三种绘图的方式，canvas，svg，webGL，其中svg作为一种可缩放矢量图形的实现是基于xml标签定义的，它有专门的animate标签来定义动画。而为canvas或者webGL实现动画则需要通过requestAnimationFrame（简称raf）来定期刷新画布。尽管raf的方式会让代码变得复杂，但是因为不需要那么多的文档对象（通常浏览器只需要管理一个画布），它的性能也好很多，尤其是在内存吃紧的移动端上面。

3-1 svg动画：

示例：3-1

<!DOCTYPE html>

<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate-svg {
                    width: 200px;
                    margin: 0 auto;
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div class="animate-svg">
               <svg id="svgAnimation" ns="http://www.w3.org/2000/svg" version="1.1" width="200" height="200">
                    <g transform="translate(100, 100)">
                         <g>
                              <rect width="200" height="200" rx="100" ry="100" fill="red" transform="translate(-100, -100)"></rect>
                              <text x="-60" y="-0" font-size="20" fill="white">SVG Animation</text>
                              <animateTransform attributeName="transform" attributeType="xml" type="rotate" from="0" to="360" dur="3s" repeatCount="indefinite">SVG Animation</animateTransform>
                         </g>
                    </g>
               </svg>
          </div>
     </body>
</html>

svn动画优缺点：

优点：

1) 矢量图形，不受像素影响，这个特性在不同的平台或者媒体下表现良好；

2) SVG对动画支持较好，其DOM结构可以被其特定语法或者js控制

3) SVG的结构是XML，其可访问性、可操作性、可编程性、可被CSS样式化完胜Canvas。另外，其支持ARIA属性

缺点：

1) DOM比正常的图形慢，而且如果其节点多而杂，就更慢。

2) 不能动态修改动画内容

3）不能与HTML内容集成，整个SVG作为一个动画

3-2：requestAnimationFrame（简称raf）接口改进手段+结合js来实现高性能的动画。主要手段如下：

优点：

1、在每次浏览器更新页面时，能获取通知并执行应用，简单理解为RAF能在每个16.7ms间执行一次咱们的函数。

2、最小化的消耗资源，RAF在页面被切换或浏览器最小化时，会暂停执行，等页面再次关注时，继续执行动画。

3、在移动设备上使用3d硬件加速，最简单办法就是添加-webkit-transform: translateZ(0)，原因是移动端的显卡有很强的图形渲染能力，而每个应用的webview内存却是极其有限的。

4、js配合h5可控性好，这方面做的最全面的有Velocity.js，不过tween.js也很棒（从flash算法移植过来的，专注与动画的数值计算）。

缺点：

1、无法控制执行时间，执行时间由系统根据屏幕刷新时间决定

2、浏览器兼容问题，低版本浏览器降级处理，使用setInterval或setTimeout

示例3-2：requestAnimationFrame制作旋转特效

<!DOCTYPE html>

<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate {
                    width: 200px;
                    height: 200px;
                    margin: 0 auto;
                    border-radius: 50%;
                    background-color: #f00;
                    line-height: 200px;
                    border-radius: 50%;
                    text-align: center;
                    color: #fff;
                    font-size: 20px;
               }
               .animate-input {
                    margin-top: 10px;
                    text-align: center;
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div id="animate-RAF" class="animate animate-RAF">RAF Animation</div>
          <div class="animate-input"><input type="button" id="btn_start" value="Start" style="width:100px;height:30px;" /></div>
          <script type="text/javascript">
               var animate_raf = document.getElementById("animate-RAF"),
                    btn_start = document.getElementById("btn_start"),
                    frameid = null;
               function frame(time) {
                    animate_raf.style['-webkit-transform'] = 'rotate(' + Math.cos(time/1000) * 360 + 'deg)';
                    frameid = requestAnimationFrame(frame);
               }
               // 绑定事件
               btn_start.addEventListener("click", function(event) {
                    var val = this.value;
                    if (val == "Start") {
                         frameid = requestAnimationFrame(frame);
                         this.value = "Pause";
                    } else {
                         this.value = "Start";
                         cancelAnimationFrame(frameid);
                    }
               }, false);
          </script>
     </body>
</html>

3-3：Canvas动画

优点：

1）画2D图形中，页面渲染性能比较高，页面渲染性能受图形复杂度影响小，渲染性能只受图像的分辨率的影响

2）画出来的图形可以直接保存为.png或者.jpg的图形

3）最适合于画光栅图像（如游戏和不规则集合图形等）

缺点：

1）整个一张图，没有dom节点可供操作；

2）没有实现动画的API，你必须依靠定时器和其他事件来更新Canvas

3）对文本的渲染支持是比较差

4）对要求有高可访问性（盲文、声音朗读等）页面，比较困难

3-4：WebGL

WebGL是一种3D绘图标准，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型, 还能创建复杂的导航和数据视觉化。

3-5 问题思考：

1、不必要维护来支持多种方式实现同样的事情；

2、Web开发人员需要学习多种实现技术；

3、js不容易设置声明式动画。

4、flash动画（已慢慢过时）

三、动画基本属性

相关概念：绘制频率、屏幕刷新频率、硬件加速、60fps

绘制频率：页面每一帧变化都是系统绘制出来的（GPU或者CPU）。

它的最高绘制频率受限于显示器的刷新频率（而非显卡），所以大多数情况下最高的绘制频率只能是每秒60帧（frame per second，简称fps），对应于显示器的60Hz。

刷新频率：图像在屏幕上更新的速度，也就是屏幕上的图像每秒出现的次数，单位是Hz，刷新频率越高，屏幕上图片闪烁感就越小，稳定性也就越高。人的眼睛不容易察觉75Hz以上刷新频率带来的闪烁感。

硬件加速：

硬件有三个处理器：CPU、GPU和APU（声音处理器）。他们通过PCI/AGP/PCIE总线交换数据。

GPU在浮点运算、并行计算等部分计算方面，明显高于CPU的性能。

60Hz和60fps关系：

fps代表GPU渲染画面的频率，Hz代表显示器刷新屏幕的频率。游戏里谈到掉帧，是指GPU渲染画面频率降低。比如跌落到30fps甚至20fps，但因为视觉暂留原理，我们看到的画面仍然是运动和连贯的。

四、web Animations 1.0 通用动画模型

web Animations API为css和svg动画提供了单一接口。旨在通过提供更好的性能、更好的控制时间线和播放、灵活、统一的JavaScript编程接口。

示例：4-1：点击旋转效果

<!DOCTYPE html>
<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate {
                    width: 200px;
                    height: 200px;
                    margin: 0 auto;
                    border-radius: 50%;
                    background-color: #f00;
                    line-height: 200px;
                    border-radius: 50%;
                    text-align: center;
                    color: #fff;
                    font-size: 20px;
                    cursor: pointer;
               }
               .web-animation-1 {
                    -webkit-transform: rotate(360deg);
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div id="web_animation_1" class="animate web-animation-1">Web Animation-1</div>
          <script src="web-animations.js"></script>
          <script type="text/javascript">
               var web_animation_1 = document.getElementById("web_animation_1");
               web_animation_1.addEventListener('click', function() {
                    web_animation_1.animate([{
                         transform: 'rotate(0deg)'
                    }, {
                         transform: 'rotate(360deg)'
                    }],{
                         duration: 2
                    });
               }, false);
          </script>
     </body>
</html>

示例：4-2：更复杂时序（正负旋转）

<!DOCTYPE html>
<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .animate {
                    width: 200px;
                    height: 200px;
                    margin: 0 auto;
                    border-radius: 50%;
                    background-color: #f00;
                    line-height: 200px;
                    border-radius: 50%;
                    text-align: center;
                    color: #fff;
                    font-size: 20px;
                    cursor: pointer;
               }
               .web-animation-2 {
                    -webkit-transform: rotate(360deg);
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div id="web_animation_2" class="animate web-animation-2">Web Animation-2</div>
          <script src="web-animations.js"></script>
          <script type="text/javascript">
               var web_animation_2 = document.getElementById("web_animation_2");
               web_animation_2.addEventListener('click', function() {
                    web_animation_2.animate([{
                         transform: 'rotate(0deg)'
                    }, {
                         transform: 'rotate(360deg)'
                    }],{
                         // 旋转方向
                         direction: "alternate",
                         // 旋转值
                         duration: 1,
                         // 迭代
                         iterations: Infinity,
                         // 缓解过渡
                         easing: 'ease-in-out',
                         // 播放速率
                         playbackRate: 2
                    });
               }, false);
          </script>
     </body>
</html>

示例：4-3 并行动画

<!DOCTYPE html>
<html>
     <head>
          <meta charset="utf-8" />
          <style type="text/css">
               .web_animation_4 {
                    width: 700px;
                    margin: 0 auto;
                    padding: 10px;
                    background-color: #ccc;
                    cursor: pointer;
               }
               .web_animation_4 .par-timing-box {
                    background-color: #00f;
                    height: 20px;
                    margin: 10px;
               }
          </style>
     </head>
     <body>
          <div id="web_animation_4" class="web_animation_4">
               <div id="parItem1" class="par-timing-box" style="width: 500px;"></div>
               <div id="parItem2" class="par-timing-box" style="width: 700px;"></div>
               <div id="parItem3" class="par-timing-box" style="width: 200px;"></div>
          </div>
          <script src="web-animations.js"></script>
          <script type="text/javascript">
               var web_animation_4 = document.getElementById("web_animation_4"),
                    parItem1 = document.getElementById("parItem1"),
                    parItem2 = document.getElementById("parItem2"),
                    parItem3 = document.getElementById("parItem3");
               web_animation_4.addEventListener('click', function() {
                    var obj = new ParGroup([
                         new Animation(parItem1, [{width: '0px'}, {width: '500px'}], 1),
                         new Animation(parItem2, [{width: '0px'}, {width: '700px'}], 1),
                         new Animation(parItem3, [{width: '0px'}, {width: '200px'}], 1)
                    ]);
                    document.timeline.play(obj);
               }, false);
          </script>
     </body>
</html>

还有很多的例子..大家可以多尝试

五、现行动画实现方案：

1）页面增强动画建议使用CSS动画

2）复杂动画交互建议使用RAF及setInterval或setTimeout优雅降级处理

3）业界主流动画库：

Velocity.js是一款动画切换的jQuery插件，包含（颜色切换、转换(transform)、循环缓动、CSS切换、Scroll功能），支持Android和ios，内部使用jQuery的$.queue方法，如果能将Velocity.js依赖jQuery插件变为js原生来实现，在移动端的作用将更加明显。

4）Swipe JS 一款移动端触摸滑块幻灯片插件，不但能够使用于各种操作系统的手机，还能够利用H5的硬件加速功能来完成滑块的切换效果，其效果以及实用性非常强。

六、css动画比JS流畅度对比：

根据Google Developer Chromium项目，渲染线程分为main thread和compositor thread。

如果CSS动画只是改变transforms和opacity，这时整个CSS动画得以在compositor thread完成（而js动画则会在main thread执行，然后触发compositor进行下一步操作）

在JS执行一些昂贵的任务时，main thread繁忙，CSS动画由于使用了compositor thread可以保持流畅。

在主线程中，维护了一棵Layer树（LayerTreeHost），管理了TiledLayer，在compositor thread，维护了同样一颗LayerTreeHostImpl，管理了LayerImpl，这两棵树的内容是拷贝关系。因此可以彼此不干扰，当JavaScript在main thread操作LayerTreeHost的同时，compositor thread可以用LayerTreeHostImpl做渲染。当JavaScript繁忙导致主线程卡住时，合成到屏幕的过程也是流畅的。为了实现防假死，鼠标键盘消息会被首先分发到compositor thread，然后再到main thread。这样，当main thread繁忙时，compositor thread还是能够响应一部分消息，例如，鼠标滚动时，加入main thread繁忙，compositor thread也会处理滚动消息，滚动已经被提交的页面部分。

CSS动画比JS流畅的前提：

1）在Chromium基础上的浏览器中

2）JS在执行一些昂贵的任务

3）同时CSS动画不触发layout或paint

在CSS动画或JS动画触发了paint或layout时，需要main thread进行Layer树的重计算，这时CSS动画或JS动画都会阻塞后续操作。

根据CSS Triggers，只有如下属性的修改才符合“仅触发Composite，不触发layout或paint”：

backface-visibility: 指定当元素背面朝向观察者时是否可见。

opacity: 透明度

perspective: 定于3D元素距视图的距离

perspective-origin: 定义3D元素所基于的X轴和Y轴

transform: 设置元素变形、旋转、缩放、倾斜。

所以只有用上了3D加速活修改opacity时，才有机会用得上CSS动画的这一优势。

因此，在大部分应用场景下，效率角度更值得关注还是下列问题。

是否导致layout

repaint的面积

是否有高消耗的属性（css shadow等）

是否启用硬件加速。

css动画和JS动画主要的不同点是

功能涵盖面，JS比CSS3大

定义动画过程的@keyframes不支持递归定义，如果有多种类似的动画过程，需要调节多个参数来生成的话，将会有很大的冗余

时间尺度上，@keyframes动画粒度粗，而JS的动画粒度控制可以很细

CSS3动画里被支持的时间函数非常少，不够灵活

以现有的接口，CSS3动画无法做到支持两个以上的状态转化

实现重构难度不一，CSS3比JS更简单，性能调优方向固定

对于帧速表现不好的低版本浏览器，CSS3可以做到自然降级，而JS则需要撰写额外代码

css3有兼容性问题，而JS大多时候没有兼容性问题。

七、常见动画效果分类

公司内部常见活动页动画库：

1、modPageSlide组件：H5活动页整屏滑动切换功能，提供多种切换方式；

2、H5FullscreenPage组件：全屏滚动效果组件

3、iSlider：高性能H5滑屏组件

4、css3的滑屏组件

5、WebApp手机活动页模板

6、ELego.js：CSS3动画流水式编程框架

7、smartclick：移动设备HTML5点击高亮组件

业界常使用的一些动画库：

1、css3动画：move.js

2、动画切换的jQuery插件：velocity.js

3、移动web内容滑块类库：swipe.js

4、提供CSS、SVG动画的单一接口：Web Animations API

5、基于H5高性能js动画库：Collie

八、号称DOM动画的四大神器

位移：transform: translate(npx, npx);

缩放：transform: scale(n);

旋转：transform: rotate(ndeg);

透明：opacity: 0 ~ 1;

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