使用css3实现动画来开启GPU加速

Evan_zhan关注赞赏支持

使用css3实现动画来开启GPU加速

参考文章：
www.w3cplus.com/css3/introd…
blog.csdn.net/hsany330/ar…

用CSS3动画替代JS模拟动画的好处：

不占用JS主线程；
可以利用硬件加速；
浏览器可对动画做优化（元素不可见时不动画减少对FPS影响）

下面让我们来看一个动画效果，在该动画中包含了几个堆叠在一起的球并让它们沿相同路径移动。最简单的方式就是实时调整它们的 left 和 top 属性。我们可以使用JavaScript，但我们将使用CSS动画来替代。请注意，文中的示例不带任何前缀，示例中使用了Autoprefixer来确保完整的兼容性。

.ball-running {
  animation: run-around 4s infinite;
}

@keyframes run-around {
  0%: {
    top: 0;
    left: 0;
  }

  25% {
    top: 0;
    left: 200px;
  }

  50% {
    top: 200px;
    left: 200px;
  }

  75% {
    top: 200px;
    left: 0;
  }
}

这里有一个动画按例，点击按钮启动一个JavaScript动画：

点击“Start Animation”按钮之后，你会隐约感觉到动画并不是那么流畅，即使使用电脑上的浏览器也会有些卡顿，更不要提在移动端达到 60fps 的流畅效果了。为了解决这个问题，我们可以使用 CSS transform 中的 translate() 来替代 top 和 left：

.ball-running {
  animation: run-around 4s infinite;
}

@keyframes run-around {
  0%: {
    transform: translate(0, 0);
  }

  25% {
    transform: translate(200px, 0);
  }

  50% {
    transform: translate(200px, 200px);
  }

  75% {
    transform: translate(0, 200px);
  }
}

现在动画看起来流畅多了。这是为什么呢？这是因为 transform 属性不会触发浏览器的 repaint，而 left 和 top 则会一直触发 repaint，下图是从 chrome 开发者工具的 timeline 面板监测到的数据：

CSS动画之硬件加速

上图数据中的绿色条纹表示的就是使用 top 和 left 实现动画时浏览器发生的 repaint 操作，从中可以看出动画帧数远低于 60 帧。

下图是使用CSS transform 检测到的数据：

CSS动画之硬件加速

如你所见，动画演示期间并没有过多的 repaint 操作。

从 chrome 的开发者工具按 ESC 之后选择 “rendering” 面板，我们可以通过选中“Enable piant flashing”来进一步监测 repaint 操作。开启该选项后，页面中的 repaint 区域就会被绿色蒙版高亮显示出来。重新使用 top 和 left 的示例演示的话，你会发现包裹球的那块区域会一直闪烁绿色的蒙版。

CSS动画之硬件加速

另一方面，在使用 transform的示例中，绿色蒙版只会在动画开始和结束的时候出现。

那么，为什么 transform 没有触发 repaint 呢？简而言之，transform 动画由GPU控制，支持硬件加速，并不需要软件方面的渲染。

浏览器接收到页面文档后，会将文档中的标记语言解析为DOM树。DOM树和CSS结合后形成浏览器构建页面的渲染树。渲染树中包含了大量的渲染元素，每一个渲染元素会被分到一个图层中，每个图层又会被加载到GPU形成渲染纹理，而图层在GPU中 transform 是不会触发 repaint 的，这一点非常类似3D绘图功能，最终这些使用 transform 的图层都会由独立的合成器进程进行处理。

在我们的示例中，CSS transform 创建了一个新的复合图层，可以被GPU直接用来执行 transform 操作。在chrome开发者工具中开启“show layer borders”选项后，每个复合图层就会显示一条黄色的边界：

示例中的球就处于一个独立的复合图层，移动时的变化也是独立的：

CSS动画之硬件加速

此时，你也许会问：浏览器什么时候会创建一个独立的复合图层呢？事实上一般是在以下几种情况下：

3D 或者 CSS transform
<video> 和 <canvas> 标签
CSS filters
元素覆盖时，比如使用了 z-index 属性

等一下，上面的示例使用的是 2D transition 而不是 3D 的 transforms 啊？这个说法没错，所以在timeline中我们可以看到：动画开始和结束的时候发生了两次 repaint 操作。

CSS动画之硬件加速

3D 和 2D transform 的区别就在于，浏览器在页面渲染前为3D动画创建独立的复合图层，而在运行期间为2D动画创建。动画开始时，生成新的复合图层并加载为GPU的纹理用于初始化 repaint。然后由GPU的复合器操纵整个动画的执行。最后当动画结束时，再次执行 repaint 操作删除复合图层。

使用 GPU 渲染元素

并不是所有的CSS属性都能触发GPU的硬件加速，实际上只有少数属性可以，比如下面的这些：

transform
opacity
filter

强制使用GPU渲染

为了避免 2D transform 动画在开始和结束时发生的 repaint 操作，我们可以硬编码一些样式来解决这个问题：

.example1 {
  transform: translateZ(0);
}

.example2 {
  transform: rotateZ(360deg);
}

这段代码的作用就是让浏览器执行 3D transform。浏览器通过该样式创建了一个独立图层，图层中的动画则有GPU进行预处理并且触发了硬件加速。

开启GPU硬件加速可能触发的问题：

通过-webkit-transform:transition3d/translateZ开启GPU硬件加速之后，有些时候可能会导致浏览器频繁闪烁或抖动，可以尝试以下办法解决之：

-webkit-backface-visibility:hidden;
-webkit-perspective:1000;

如何监测动画帧速率

推荐两种实时监测网页渲染帧速率的方法：

1.Chrome的DevTool中TimeLine的Frame模块

chrome_timeline_frames

2.地址栏输入”chrome:flags”搜索”fps”，将”FPS计数器”开启，浏览器重启后右上角会实时显示帧速率。

chrome_fps_counter

使用css3实现动画来开启GPU加速

使用css3实现动画来开启GPU加速

使用css3实现动画来开启GPU加速

使用 GPU 渲染元素

强制使用GPU渲染

开启GPU硬件加速可能触发的问题：

如何监测动画帧速率

推荐阅读更多精彩内容