[译]玩转 Android Paths

IllllllIIl
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玩转 Paths

我最近帮别人实现了一个 app 里面英雄人物的动画。然而，我现在还不能把这个动画分享给你们。但我想分享在实现它的过程中学到的东西。在这篇文章中，我将回顾如何重现这些由 Dave ‘beesandbombs’ Whyte 展示的迷人动画，其中演示了很多一样的实现技巧。

beesandbombs 展示的多边形绕圈

当我看到这个时（对熟悉我工作的人来说可能不是很惊讶），第一想法是使用 AnimatedVectorDrawable (下文会简称为 AVD)。AVD 很好用，但不是适用所有的情况 —— 特别是我们有如下的需求的话：

  • 我知道我们需要画一个多边形，但还没却确定具体要画哪个形状。AVD 是需要预先设定参数的动画，即改变形状需要重新设置动画。
  • 关于动画进度追踪的问题，我们只想要绘制多边形的一部分。AVD 是“义无反顾”地执行任务，如果动画开始后，它会完整地执行完整个动画，换句话说你不能取消它。
  • 我们想要使另一个物体绕着多边形运动。这个当然也可以通过 AVD 实现。但它还是需要很多事前工作去计算想生成的轨迹。
  • 我们想把绕多边形物体的运动进度与多边形的显示分离开来，独立控制。

因此我选择用自定义 Drawable 来实现，其中包含多个 Path 对象。Path 是对图形形状的基本描绘（AVD 中实际也使用了 Path！），而且 Android Canvas 的 API也是借助 Path 来生成各种有趣的效果。在实现一些效果之前，我想强烈推荐 Romain Guy 这篇写得很好的文章，里面展示的很多技巧就是我在本文所用到的：

Android Recipe #4, path tracing

极坐标系

当定义 2d 形状的时候，我们通常在笛卡尔坐标系 (x,y) 中进行定义。通过指定 x 轴和 y 轴上离原点的距离，来定义图形形状。而另一个我们可选用的极坐标系，则是定义离原点的角度和半径长度。

笛卡尔坐标系（左边）vs 极坐标系（右边）

我们可以通过这两条公式进行极坐标系和笛卡尔坐标系之间的转换：

val x = radius * Math.cos(angle);
val y = radius * Math.sin(angle);

我强烈推荐读下面这篇文章以了解更多关于极坐标系的内容：

极坐标系

为了能生成规则的多边形（例如每个内角的度数相同），极坐标系能起到非常大的作用。为了生成想要的边数，你可以通过计算求出对应的度数（因为内角度数和是 360 度），然后借助同一个半径，再利用这个度数的多个倍数关系去描绘出每个点。 你可以用图形 API 将这些点坐标转化为笛卡尔坐标。下面是一个通过给定的边数和半径生成多边形 Path 的函数：

fun createPath(sides: Int, radius: Float): Path {
  val path = Path()
  val angle = 2.0 * Math.PI / sides
  path.moveTo(
      cx + (radius * Math.cos(0.0)).toFloat(),
      cy + (radius * Math.sin(0.0)).toFloat())
  for (i in 1 until sides) {
    path.lineTo(
        cx + (radius * Math.cos(angle * i)).toFloat(),
        cy + (radius * Math.sin(angle * i)).toFloat())
    }
  path.close()
  return path
}

所以为了生成想要的多边形组合，我们创建了一个有不同边数、半径和颜色的多边形 list 集合。Polygon 是一个持有这些信息和计算相应 Path 的类：

private val polygons = listOf(
  Polygon(sides = 3, radius = 45f, color = 0xffe84c65.toInt()),
  Polygon(sides = 4, radius = 53f, color = 0xffe79442.toInt()),
  Polygon(sides = 5, radius = 64f, color = 0xffefefbb.toInt()),
  ...
)

有效的 path 绘制

绘制一个 Path 只需简单地调用 Canvas.drawPath(path, paint) 但是 Paint 类的参数支持 PathEffect，借助这个我们可以去更改 path 被绘制时的效果。 例如我们可以使用 CornerPathEffect 去把我们的多边形的各个角圆滑化处理或者是用 DashPathEffect 去分段地画出 Path（虚线效果，译者注）（关于这个技巧的更多细节，请阅读前面提到的那篇 Path tracing 文章 ）：

另外一种画分段 path 的方法是使用 PathMeasure#getSegment，它能复制 path 的某一部分到一个新的 Path 对象。我是直接使用了能画出虚线的方法，就像自己改变了绘制的时间间隔和分段绘制实现的效果一样。

通过暴露这些控制 drawable 特性的参数，我们可以很容易地生成动画：

object PROGRESS : FloatProperty<PolygonLapsDrawable>("progress") {
  override fun setValue(pld: PolygonLapsDrawable, progress: Float) {
    pld.progress = progress
  }
  override fun get(pld: PolygonLapsDrawable) = pld.progress
}

...

ObjectAnimator.ofFloat(polygonLaps, PROGRESS, 0f, 1f).apply {
  duration = 4000L
  interpolator = LinearInterpolator()
  repeatCount = INFINITE
  repeatMode = RESTART
}.start()

例如，这是绘制同心圆多边形 path 过程的不同动画效果：

吸附在 path 上

为了绘制某个沿着 path 的物体，我们可以使用 PathDashPathEffect. 这会把另一个 Path 沿着某条 path “点印”在它上面，例如像这样以蓝色圆形形状沿着一个多边形的边点印在上面：

PathDashPathEffect 接收 advance 和 phase 两个参数 —— 分别对应每个 stamp（绘制在 path 上面的物体，译者注）之间的间距和绘制第一个 stamp 在 path 上的偏移量。通过把每个 stamp 的间距设置为和整个 path 的长度一样(通过 PathMeasure#getLength 获取)， 我们就可以只绘制出一个 stamp。然后再通过不断改变偏移量，（偏移量是由 dotProgress 范围 [0, 1] 控制）我们就可以实现只有一个 stamp 沿着 path 在运动的动画效果。

val phase = dotProgress * polygon.length
dotPaint.pathEffect = PathDashPathEffect(pathDot, polygon.length,
    phase, TRANSLATE)
canvas.drawPath(polygon.path, dotPaint)

我们现在有生成我们图形的所有要素。通过添加另一个参数，就是每个点在每个多边形上所对应的第几“圈”的圈数，每个点会完成对应的绕圈动画。能生成像这样的效果：

通过 Android drawable 实现原本 gif 的效果

你可以通过下面的链接获得这个 drawable 的源码： gist.github.com/nickbutcher…

展示不同的效果

你们可能已经注意到 PathDashPathEffect 构造方法中最后的参数：Style。这个枚举类控制在 path 上面的 stamp 在每个位置上是如何被绘制的。为了展示这个参数的使用，下面的例子使用了一个三角形 stamp 代替圆形，去展示平移（translate）和旋转（rotate）的效果差别：

比较平移和旋转效果的异同

注意到使用 translate 效果时，三角形 stamp 方向总是相同的（箭头方向指向左）而如果是 rotate 效果的话，三角形会旋转自身保持在处于 path 的切线方向上。

还有一种 类型 叫做 morph，能让 stamp 平稳变换。为了展示这个效果，我把 stamp 变成了如下的一条线段。请观察当经过角落时，线段是如何弯曲的：

当PathDashPathEffect.Style的类型为 MORPH

有趣的是，某些情况下，在 path 的开头或紧密的角落，stamp 的形状有点扭曲。

提醒一点你可以使用 ComposePathEffect 去组合多种 PathEffect 在一起，通过将 PathDashPathEffect和 CornerPathEffect 一起组合使用，可以实现让 stamp 在有圆滑角落的 path 上运动。

使用正切

上面我们所讨论的是关于如何生成多边形的绕圈组合，而我最初的需求实际上还要麻烦点。使用 PathDashPathEffect 的缺点是只能应用一种单一的形状和颜色。我自己的作品需要有更精巧的标记（marker，即 stamp，译者注），所以我用一种比点印在 path 上更好的办法。我使用了 Drawable 并且计算给定一个进度的话，沿着 Path 标记需要在哪个地方绘制出来。

沿着 path 移动 VectorDrawable

为了实现这个效果，我再次使用 PathMeasure 类，它提供了 getPosTan 方法获取位置坐标，和沿着某个 Path 给定长度时的正切值。通过这样（涉及到一点数学），我们可以平移和旋转画布，从而让我们的标记绘制在正确的位置和方向上。

pathMeasure.setPath(polygon.path, false)
pathMeasure.getPosTan(markerProgress * polygon.length, pos, tan)
canvas.translate(pos[0], pos[1])
val angle = Math.atan2(tan[1].toDouble(), tan[0].toDouble())
canvas.rotate(Math.toDegrees(angle).toFloat())
marker.draw(canvas)

找到你的 path

希望这篇文章能够说明自定义 drawable 的同时去创建和操作 path 对于生成有趣的图形效果是多么有用。 编写一个自定义 drawable，在单独更改各部分的动画效果这方面有很灵活的控制。这个方法也能让你动态更改数值，而不用需要预先就设定好整个动画。期待你们通过 Android 的 Path API 和其他内置效果实现更多新奇的效果，而这些工具早在 API 1 的时候就已经可以使用了。

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