利用PreLoader实现一个平视显示（HUD）效果（可以运用到加载等待效果），并进行简单的讲解

什么是PreLoader？

PreLoader是由​​Volodymyr Kurbatov​​设计的一个很有意思的HUD（平视显示效果（Head Up Display）），通过运动污点和固定污点之间的粘黏动画吸引用户的眼球跟踪，能有效分散等待注意力。

这篇文章简单剖析本人使用OC实现PreLoader的原理思路和做法。

喷出来的油污

根据这个Loading动画的粘黏特征，我把它里面这些有颜色的物体比作油污，观察这个动画发现，可将它分成两个整体，左右两边两个固定的油污，还有移动中的三个小油污点，左右两个固定的油污轮流向对方喷射油污，双方都会因为吸收油污而变大，喷射油污而变小。

首先我们从左右循环移动的污点着手，因为路径不是平滑一步到位，我这里选择使用CAKeyframeAnimation关键帧动画，先做出在左右固定点间来回运动的污点。

​​//moving Spot​​        


         ​​for​​          ​​(int i = 0; i < 3; i++) {​​        


                  ​​Spot *movingSpot = [[Spot alloc] initWithFrame:CGRectMake(originX - UNIT_RADIUS,
 self.bounds.size.height / 2 - UNIT_RADIUS , 2 * UNIT_RADIUS, 2 * UNIT_RADIUS) color:spotColor];​​        


                  ​​//1​​        


                  ​​CAKeyframeAnimation *anim = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@​​         ​​"position.x"​​         ​​];​​        


                  ​​anim.values = @[@(originX), @(originX), @(finalX), @(finalX), @(originX), @(originX)];​​        


                  ​​anim.keyTimes = @[@(0.0), @(0.25), @(0.35), @(0.75), @(0.85), @(1.0)];​​         ​​//sleep 0.4 ratio​​        


                  ​​anim.duration = PROCESS_DURING;​​        


                  ​​anim.repeatCount = HUGE_VALF;​​        


                  ​​anim.beginTime = CACurrentMediaTime() + i * SPOT_DELAY_RATIO * PROCESS_DURING;​​        


                  ​​[movingSpot.layer addAnimation:anim forKey:@​​         ​​"movingAnim"​​         ​​];​​        


                  ​​[self addSubview:movingSpot];​​        


                  ​​[CATransaction begin];​​        


                  ​​[CATransaction setDisableActions:YES];​​        


                  ​​[CATransaction commit];​​        


         ​​}​​

我把多余的代码删除掉了，主要我们来看//1处，先拿一个污点来做参考，我们通过CAKeyFrameAnimation控制污点layer的position.x变化，形成动画。现在我们只需要两个控制点(originX, finalX)，路径可以解析为:“休息，左边出发点，到右边结束点，休息，然后回到左边出发点”，这个动作链为一个循环。看看我们的keyTimes和values为什么是这些数字？这里我们只需要保证两点：

• 污点在左固定点 和 右固定点休息的时间相同
• 污点从左往右 和 从右往左移动的时间相同

这里我规定了污点休息时间为0.4个单位，因此移动时间就是(1-2*0.4)/2 = 0.1个单位。这里有两个问题：

• 为什么从0.25个单位开始移动而不是0.0呢？可能我只是想为后面保留灵活性吧，这个其实没多大关系。
• 为什么values前面有两个重复的originX，后面又有两个重复的finalX？这个是必须的，虽然CAKeyframeAnim的value不需要从0.0开始1.0结束也可以实现相同的动画效果，但是如果没有了这两个极点，通过presentationLayer取动画实时位置时会出现超出边界不准确的负数，后面会再提到这个问题。

有些朋友可能会没有弄明白这个Animation Path对应的污点休息时间在哪里，这里再强化下，0.35-0.75在右边休息，0.85-0.25在左边休息，盯着我代码看，会看懂的。

ok，我们已经理解了一个污点的动画路径，那么我们用一个for循环，很简单就可以做出三个，一个跟一个出发的污点动画路径，保证了前面的基础以后，这里只需要保证三个路径的动画一个循环的持续时间duration相同，然后我们使用一个延迟系数SPOT_DELAY_RATIO = 0.08f，控制3个动画分别的beginTime，实现了一个跟一个的效果。

吸收油污，喷射油污

接下来我们做两个固定污点的变大变小动画，当然不可以用碰撞检测来做，那样不好控制而且受大小影响，会有很多不必要的代码。思路是在特定的时间做特定大小变化，既然我们已经定义了污点移动和休息的关键帧keyframe，为什么不继续用上他们呢？看固定油污的动画代码:

​​//Fixed Spot​​        


         ​​Spot *leftFixedSpot = [[Spot alloc] initWithFrame:CGRectMake(originX - UNIT_RADIUS,
 self.bounds.size.height / 2 - UNIT_RADIUS, 2 * UNIT_RADIUS, 2 * UNIT_RADIUS) color:spotColor];​​        


         ​​Spot *rightFixedSpot = [[Spot alloc] initWithFrame:CGRectMake(self.bounds.size.width - margin - UNIT_RADIUS,
 self.bounds.size.height / 2 - UNIT_RADIUS, 2 * UNIT_RADIUS, 2 * UNIT_RADIUS) color:spotColor];​​        


         ​​NSValue *firstVal = [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(1.0f, 1.0f, 0)];​​        


         ​​NSValue *secondVal = [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(2.0f, 2.0f, 0)];​​        


         ​​NSValue *thirdVal = [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(3.0f, 3.0f, 0)];​​        


         ​​NSValue *fourthVal = [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(4.0f, 4.0f, 0)];​​        


         ​​//发射点，先调至最大​​        


         ​​leftFixedSpot.layer.transform = CATransform3DMakeScale(4.0f, 4.0f, 0);​​        


         ​​//left​​        


         ​​CAKeyframeAnimation *leftFixedSpotAnim = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@​​         ​​"transform"​​         ​​];​​        


         ​​leftFixedSpotAnim.values = @[thirdVal,  thirdVal, fourthVal,   fourthVal, thirdVal,   thirdVal, secondVal, 
  secondVal, firstVal,​​        


         ​​firstVal, secondVal,   secondVal, thirdVal,   thirdVal];​​        


         ​​leftFixedSpotAnim.keyTimes = @[@(0.0),  @(0.01), @(0.01),    @(0.25), @(0.25),     @(0.33), @(0.33), 
    @(0.41), @(0.41),​​         ​​//sleep​​        


         ​​@(0.85), @(0.85),    @(0.93), @(0.93),     @(1.00)];​​         ​​//SPOT_DELAY_RATIO = 0.08​​        


         ​​leftFixedSpotAnim.duration = PROCESS_DURING;​​        


         ​​leftFixedSpotAnim.repeatCount = HUGE_VALF;​​        


         ​​[leftFixedSpot.layer addAnimation:leftFixedSpotAnim forKey:@​​         ​​"fixedSpotScaleAnim"​​         ​​];​​        


         ​​//right​​        


         ​​CAKeyframeAnimation *rightFixedSpotAnim = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@​​         ​​"transform"​​         ​​];​​        


         ​​rightFixedSpotAnim.values = @[firstVal, firstVal, secondVal,     secondVal, thirdVal,     thirdVal, fourthVal,​​        


         ​​fourthVal, thirdVal,     thirdVal, secondVal,     secondVal,  firstVal, firstVal];​​        


         ​​rightFixedSpotAnim.keyTimes = @[@(0.0),  @(0.25), @(0.25),     @(0.33), @(0.33),     @(0.41), @(0.41),​​         ​​//sleep​​        


         ​​@(0.75), @(0.75),     @(0.83), @(0.83),     @(0.91), @(0.91),  @(1.0)];​​         ​​//SPOT_DELAY_RATIO = 0.08​​        


         ​​rightFixedSpotAnim.duration = PROCESS_DURING;​​        


         ​​rightFixedSpotAnim.repeatCount = HUGE_VALF;​​        


         ​​//0.1 ratio needed that the spot from left to right​​        


         ​​rightFixedSpotAnim.beginTime = CACurrentMediaTime() + PROCESS_DURING * 0.1;​​        


         ​​[rightFixedSpot.layer addAnimation:rightFixedSpotAnim forKey:@​​         ​​"fixedSpotScaleAnim"​​         ​​];​​        


         ​​[self addSubview:leftFixedSpot];​​        


         ​​[self addSubview:rightFixedSpot];​​

我们先定义好4种Scale对应的污点value(firstVal, secondVal, thirdVal, fourthVal), 使用keyframeAnimation控制这4种value的变化，实现左右固定污点在指定时间点的变大变小。

这里需要注意什么:

• 跟移动的污点保持一致，也是从0.25开始活动
• 还记得移动污点一个跟一个出发的延迟系数0.08f吗？它就是固定污点变大变小的间隔时间单位
• 因为移动污点从一边移动到另一边用的时间单位为0.1，所以右固定点的变大动画开始时间要比左固定点晚0.1，也就是rightFixedSpotAnim.beginTime = CACurrentMediaTime() + PROCESS_DURING * 0.1;
• 移动污点休息时间在固定点关键帧上用不着，因为固定点在最后一个移动污点离开后变成最小，而在第一个移动污点来临时就要开始变大
• 因为右固定点的动画相对于左固定点延迟了0.1开始，所以仍然是从0.25关键帧开始活动(变大)

这里举例讲解下这一part关键帧的计算依据:

看左固定点的代码//left，从0.25开始活动，每过一个延迟系数0.08，会有一个污点触发(喷出)，做一次变小动画，当第三次变小动画做完，我们并不知道中间休息时间有多长，这时就要用到0.85这个关键帧时间(从移动污点代码可看出，第一个污点在0.85时回到左固定点)，于是从0.85开始做变大动画，也是延迟系数0.08，最后会操作1.0，没关系影响不大，最后一个变大动画在0.01做就好了！

那右固定点的0.75关键帧是怎样算的呢？0.41是最后一次变大(最后一个污点被吸收), 那么距离第一个污点被喷出的时间间隔就是0.41+移动污点休息时间0.4-两个延迟系数0.08*2，因为，最后一个污点被吸收时，第一个来的污点已经休息了两个延迟系数时间了。

缓动胀大

之前scale的KeyframeAnim变化都是突然的，一个scale跳去另外一个scale，看看局部代码会议下:

​​firstVal, secondVal,   secondVal, thirdVal​​        


         ​​@(0.25), @(0.25),      @(0.33), @(0.33)​​

可以看出一个Val变化到另一个Val是发生在同一个关键帧，没有做过度效果。这里为了修改方便，我们只需要引入一个比较短的动画时间间隔CGFloat ti = SPOT_MAGNIFY_ANIM_DURATION_RATIO = 0.03f即可:

​​CGFloat ti = SPOT_MAGNIFY_ANIM_DURATION_RATIO;​​        


         ​​leftFixedSpotAnim.keyTimes = @[@(0.0),  @(0.01), @(0.01+ti),    @(0.25), @(0.25+ti),     @(0.33), @(0.33+ti),
     @(0.41), @(0.41+ti),​​         ​​//sleep​​        


         ​​@(0.85), @(0.85+ti),    @(0.93), @(0.93+ti),     @(1.00)];​​         ​​//SPOT_DEL​​

粘黏动画

这里我使用presentationLayer获取动画layer的实时frame信息，然后准备几个工具函数：

• centerDistanceWithPoint:another:计算圆心距CD
• faceDistanceWithCircleLayer:another:计算表面距离FD
• circleIncirclingWithBigOne:smallOne:判断两圆是否包含关系

我使用了CAShapeLayer和UIBezierPath来做这个粘连效果，通过控制CAShapeLayer的颜色控制粘连的显示和消失，而显示/消失的依据就是两圆的表面距离FD。这里再次强调一遍KeyframeAnim的keyTimes一定要从0.0开始，1.0结束，否则获取layer实时frame时会有错误数据干扰。

那么“是否包含”用来干什么呢？我们有3个污点，一个粘连效果ShapeLayer，当第三个污点到来时根据FD计算出粘连Path，准备愉快地表现自己的时候，这个Path又会被第一个污点的FD干扰，计算出一个不正确的Path覆盖，所以我们让移动污点跟固定污点内切以后，就不对粘连Path产生影响。顺便一提，这一切的动画逻辑计算，都在CADisplayLink里完成。

路径Path:

我们采用两条曲线衔接两个圆的这种污点结合方式作为动画路径(见上图)，这种方式能很好地模拟呈现液体的吸收结合效果，曲线经过固定污点的顶点Fu和移动污点的顶点Mu，再由FuMu线段中垂线上的一个controlPoint决定了一条曲线。UIBezierPath的API：addQuadCurveToPoint:controlPoint:。整个路径由曲线FuMu，曲线FdMd，和圆弧MuMd组成，最后由线段FuFd封闭。吸收效果截图:

回弹粘黏效果

做回弹效果前，我们先得让移动污点会跑到固定污点的后面，引入originRearX(出发点的后方)和finalRearX(终点的后方)，修改移动污点的keyframeAnim:

​​anim.values = @[@(originX),    @(originX), @(finalX),    @(finalRearX), @(finalX),​​        


         ​​@(finalX), @(originX),    @(originRearX), @(originX), @(originX)];​​        


         ​​anim.keyTimes = @[@(0.0), @(0.25), @(0.35),    @(0.38), @(0.41),​​        


         ​​@(0.75), @(0.85),    @(0.88), @(0.91), @(1.0)];​​         ​​//sleep 0.4 ratio​​

代码中可以看出，我定义了回弹时间为0.03 * 2，ok这里没有什么问题。 

至于回弹的效果Path，因为两个污点的圆心距比较小，如果仍然沿用上一种路径方案效果会不太好，我们使用上图这种Path而不再使用模拟液体吸收的曲线方式。参考上图，我们通过两条线段，和一条与移动污点圆周重合的圆弧来组合粘黏效果Path，再由线段FuFd来闭合它，线段经过左固定污点，与溢出的移动污点相切。

还记得“是否包含”吗，移动污点从固定污点后面溢出来时也就不符合包含关系了，会影响到正面粘黏效果的作画，于是这里的回弹粘黏效果跟普通粘黏效果分开两个独立的CAShapeLayer来做的，避免干扰。回弹效果截图: 

总体思路就是这样了，主要的耗时工作就是计算path和协调几个CAShapeLayer的显示消失和互相影响