iOS 开发之动画中的时间

引言

在iOS开发中使用动画时，可以通过设置动画的duration、speed、begintime、offset属性，来设置动画的时长、速度、起始时间及起始偏移。 用一个简单的例子来说明各个参数的的作用。动画很简单，一个红色的方块从左移到右边。动画的持续时间是1s，没有重复，效果如下。

    CFTimeInterval currentTime = CACurrentMediaTime();
    CFTimeInterval currentTimeInLayer = [self.testLayer convertTime:currentTime fromLayer:nil];
    CFTimeInterval addTime = currentTimeInLayer;
    anim.beginTime = 0.3 + addTime;
    [anim setTimeOffset:0.5];
    [anim setSpeed:2];

做修改以后，效果如下：

与上面相比，三处不同

1. 动画的速度是原来的两倍。
2. 点击开始动画的按钮，到开始动画，有一个延迟。
3. 动画起始时，滑块的位置为中央，而不是在左边。

我们已经看到了这些属性的效果。翻阅文档，发现begintime、speed等属性是CAMediaTiming这协议的属性，并且CALayer、CAAnimation都遵守了CAMediaTiming协议。

那么CAMediaTiming协议是什么呢？有什么作用呢？

层级时间结构

根据文档，CMediaTiming协议构建了一个层级的时间系统，并用这个层级的时间系统来协调各个layer、animation的时间。

这个协议被CAAnimation及CALayer遵守，每一个遵守协议的的object对应一个time space。根据object之间的关系，不同的time space有层级关系。比如Layer A有一个subLayer B，那么Layer A对应的time space就是layer B对应的time space的parent time space。每一个time space中时间的数值都是根据parent time space的数值，以及begintime、speed等属性，根据一定的规则来计算的。

为了便于理解层级时间系统，先看下layer在屏幕上的显示位置是如何确定的，然后做一个类比。

layer层级如上。要确定sublayer1在屏幕上的显示位置，一共分三步。

1. 确定window layer在屏幕位置position1
2. 根据position1及view layer的position属性，确定view layer在屏幕中的位置position2
3. 根据position2及sublayer1的position属性，确定sublayer1在屏幕中的位置position3

与此类似，要确定sub1ayer1中的time，也要分三步。

1. 确定window layer中的time1
2. 根据time1及view layer的begintime、offset等属性计算出view layer中的time2
3. 根据time2及sublayer1的begintime、offset等属性计算出sublayer中的time3

和确定layer的位置相比，确定时间有一些复杂，主要提现在下面两点

1 . 层级时间系统的构成复杂。 layer tree的每一级都是CALayer，而只要遵守CAMediaTiming协议，就可以作为层级时间系统的一部分。比如CALayer、CAAnimation(及其子类CAAnimationGroup)都可以作为层级时间系统的一部分。

2 .不同层级之间时间转换规则复杂 计算当前layer的位置时，只需要知道父layer的位置，以及当前layer的position属性。计算当前层级时间时，不仅需要知道上一个层级的时间，还需要知道当前层级的begintime、offset、speed等属性。转换的规则也比较复杂，要经历两次转换。从parent time到active local time，再到basic local time。

active local time

这次转换是为了处理当前层级的object在父层级的的时间线上的位置，以及当前层级和父层级之间时间流逝速度的关系。

和这次转换相关的属性有beginTime、speed以及timeOffset

1. begin time 子层级相对于父层级的起始时间。也就是父层级的时间经过多久，子层级才开始计算时间。 比如子层级A被加入层级时间系统时，它父层级B的时间是5s，子层级A的begintime是6s，那么当它父层级的时间变为6s时，子层级才开始计算时间。
2. speed 子层级相对于父层级的时间流逝速度。如果speed是2，那么当父层级的时间增加了10s时，子层级的时间增加了20s(10s的2倍)。
3. timeOffset 为本地时间增加一个偏移。 如果timeOffset是5s，那么本地时间的起始就是5s。 从parent time到active local time有一个公式，可以用来参考。

t = (tp - begin) * speed + offset
basic local time

这次转换是为了处理当前层级的重放(repeat)、以及重放之前是否要倒放(play backward)等操作。

比如当前层级是一个动画（CAAnimation遵守CAMediaTiming协议），duration是1s，经过第一次转换之后的active local time是5.5s。如果动画的repeatCount是10，那么经过第二次转化以后，basic local time会是0.5s，因此当前是动画展示一半的状态。

1 .repeatCount及repeatDuration 当前的层级要重复的次数或重复的时间，两者不可同时指定。 以动画为例，如果指定repeatCount,那么指定了动画要重复几次。如果指定了repeatDuration，那么指定了动画重复的时间。 2 .autoreverses 在重复之前是否要倒放。

文首的例子

根据这些知识，可以解释文章开始时设置参数的效果。 当动画被加到layer上时，动画对应的time space被加到层级时间系统中，是layer对应的time space的子层级。

1 .动画的速度是原来的两倍 设置动画的speed是2，这样子动画中的时间流逝速度时layer中时间流逝速度的2倍。当layer中时间经过0.5s时，动画中时间已经流逝了1s，动画已经完成了。（动画的duration是1s） 2 .点击开始动画的按钮，到开始动画，有一个延迟 我们首先得到了当前layer的时间addtime，然后把动画的begintime设置为addtime+0.3。这样子当动画被加到layer之后0.3s，layer中的时间是addtime+0.3，此时动画中的时间才开始计算，之前动画没有开始。 3 .动画起始时，滑块的位置为中央，而不是在左边 我们设置了动画的offset为0.5s。当动画开始时，动画对应的time space的时间是0.5s，对应动画duration的一半，即滑块位置在屏幕中央。

更多应用

了解了CAMediaTiming协议后，可以实现很多动画的效果。

1. 让某一个layer上的动画停止 设置layer的speed为0即可。
2. 实现门打开然后关闭的效果 实现一个门打开的动画，然后把动画的autoreverses属性设置为YES即可。
3. layer上的若干动画依次延迟启动 分别设置这些动画的beginTime为不同的值即可
4. 手动控制动画的进度 设置动画的speed为0，然后改变动画的offset即可。

苹果已经把工具给我们了，可以做出什么样的产品就看大家的想象力了。

参考

控制动画时间： http://ronnqvi.st/controlling-animation-timing/

Time Warp in Animation：http://wangling.me/2011/06/time-warp-in-animation.html#fn-1