最全的iOS物理引擎demo

概述

最全的iOS物理引擎demo，实现重力、碰撞、推力、摆动、碰撞+重力、重力弹跳、仿摩拜单车贴纸效果、防iMessage滚动效果、防百度外卖首页重力感应等效果！

详细

一、准备工作

1、需要Xcode8+iOS8的运行环境

2、本例子实现重力、碰撞、推力、摆动、碰撞+重力、重力弹跳、仿摩拜单车贴纸效果、防iMessage滚动效果、防百度外卖首页重力感应效果等功能！

二、程序实现

1、这是此demo的文件结构

文件夹说明：

• Base：存放控制器的基类和单个效果的控制器
• Group：存放组合效果的控制器
• Other：存放一些其他文件，如需要用到的自定义cell和CollectionViewLayout

图片中箭头所指的文件ViewController.m是此项目首页控制器。

2、iOS物理引擎UIDynamic是在iOS7引入的一项新技术，隶属于UIKit框架，可以让制作物理动画更简单； 
主要步骤： 
（1）、创建一个物理仿真器，设置作用的视图； 
（2）、创建物理仿真行为，并且添加元素； 
（3）、将仿真行为添加到仿真器内，开始执行；

3、所有物理行为的对象下载BaseViewController中，如图：

/**
 运动管理对象
 */
@property (nonatomic, strong) CMMotionManager *motionManager;

/**
 物理仿真器(相当于一个存放运动行为的容器)
 */
@property (nonatomic, strong) UIDynamicAnimator *animator;

/**
 重力行为
 */
@property (nonatomic, strong) UIGravityBehavior *gravity;

/**
 碰撞行为
 */
@property (nonatomic, strong) UICollisionBehavior *collision;

/**
 吸附行为
 */
@property (nonatomic, strong) UIAttachmentBehavior *attach;

/**
 迅猛移动弹跳摆动行为
 */
@property (nonatomic, strong) UISnapBehavior *snap;

/**
 推动行为
 */
@property (nonatomic, strong) UIPushBehavior *push;

/**
 物体属性，如密度、弹性系数、摩擦系数、阻力、转动阻力等
 */
@property (nonatomic, strong) UIDynamicItemBehavior *dynamicItem;

然后将这些对象在BaseViewController.m中懒加载初始化，其他控制器均需要继承这个控制器，以便需要用到这些对象的地方直接加载：

#pragma mark - lazy
- (UILabel *)descLabel
{
    if (!_descLabel) {
        _descLabel = [[UILabel alloc] init];
        [self.view addSubview:_descLabel];
        _descLabel.textColor = [UIColor lightGrayColor];
    }
    return _descLabel;
}

- (NSMutableArray *)pointViews
{
    if (!_pointViews) {
        _pointViews = [NSMutableArray array];
    }
    return _pointViews;
}

- (UIDynamicAnimator *)animator
{
    if (!_animator) {
        _animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithReferenceView:self.view];
    }
    return _animator;
}

- (UIGravityBehavior *)gravity
{
    if (!_gravity ) {
        _gravity = [[UIGravityBehavior alloc] init];
        [self.animator addBehavior:_gravity];
    }
    return _gravity;
}

- (UICollisionBehavior *)collision
{
    if (!_collision) {
        _collision = [[UICollisionBehavior alloc] init];
        [self.animator addBehavior:_collision];
        _collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = YES;
    }
    return _collision;
}

/*
- (UIAttachmentBehavior *)attach
{
    if (!_attach) {
        _attach = [[UIAttachmentBehavior alloc] init];
        _attach.damping = 0;
        _attach.frequency = 0.5;
         吸附类型：连接到视图View，至少需要两个动力项
        _attach.attachedBehaviorType = UIAttachmentBehaviorTypeItems;
         UIAttachmentBehaviorTypeAnchor 连接到锚点（只有一个动力项）
    }
    return _attach;
}
*/

- (UIPushBehavior *)push
{
    if (!_push) {
        _push = [[UIPushBehavior alloc] init];
        // mode : 推力模式，UIPushBehaviorModeContinuous：持续型。UIPushBehaviorModeInstantaneous：一次性推力。
//        _push.mode = UIPushBehaviorModeContinuous;
        
        // 推力是否被激活，在激活状态下，物体才会受到推力效果
        _push.active = YES;
        
        // 推力的大小和方向, 是一个平面向量，表示推力的力和方向
//        _push.pushDirection = CGVectorMake(<#CGFloat dx#>, <#CGFloat dy#>);
        
        [self.animator addBehavior:_push];
    }
    return _push;
}

//- (UISnapBehavior *)snap
//{
//    if (!_snap) {
//        _snap = [[UISnapBehavior alloc] initWithItem:nil snapToPoint:CGPointZero];
//        // 设置item要在哪个点上震动
//        _snap.snapPoint = CGPointZero;
//        // 减震系数,弹性的迅猛度，范围在0.0~1.0,默认值为0.5
//        _snap.damping = 0.5;
//    }
//    return _snap;
//}

- (UIDynamicItemBehavior *)dynamicItem
{
    if (!_dynamicItem) {
        _dynamicItem = [[UIDynamicItemBehavior alloc] init];
        [self.animator addBehavior:_dynamicItem];
        // 弹力, 通常0~1之间
        _dynamicItem.elasticity = 1;
        // 摩擦力，0表示完全光滑无摩擦
//        _dynamicItem.friction = 0;
        // 密度，一个 100x100 points（1 point 在 retina 屏幕上等于2像素，在普通屏幕上为1像素。）大小的物体，密度1.0，在上面施加 1.0 的力，会产生 100 point/平方秒 的加速度。
//        _dynamicItem.density = 1;
        // 线性阻力，物体在移动过程中受到的阻力大小
//        _dynamicItem.resistance = 1;
        // 旋转阻力，物体旋转过程中的阻力大小
//        _dynamicItem.angularResistance = 1;
        // 是否允许旋转
//        _dynamicItem.allowsRotation = YES;
    }
    return _dynamicItem;
}

- (CMMotionManager *)motionManager {
    if (!_motionManager) {
        _motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
        
        // 设备状态更新帧率
        _motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 0.01;
    }
    return _motionManager;
}

1、重力行为非常简单，只需要把需要设置重力效果的view添加到重力行为对象UIGravityBehavior中即可：

UIView *view = [self getLeadingActorView:(CGRect){point, 50, 50} backgroundColor:[UIColor redColor]];
    [self.view addSubview:view];
    [self.gravity addItem:view];

2、碰撞行为，和重力效果一样，把需要设置碰撞行为的view添加到碰撞行为对象UICollisionBehavior中即可：

// 创建View
        UIView *view = [self getLeadingActorView:[frames[i] CGRectValue] backgroundColor:[self randomColor]];
        [self.view addSubview:view];
        
        // 添加碰撞效果
        [self.collision addItem:view];

3、吸附效果，一个view想要拥有吸附效果，除了需要设置吸附行为外，还有一个锚点的概念，通俗点讲就是，这个view以后会吸附在这个点上，通过改变这个点的位置，这个view也在跟着锚点不断移动：

self.attach = [[UIAttachmentBehavior alloc] initWithItem:self.squareView offsetFromCenter:UIOffsetZero attachedToAnchor:self.anchorView.center];
    // anchorPoint : 类型的依赖行为的锚点，锚点与行为相关的动力动画的坐标系统有关
    // items : 与吸附行为相连的动态项目，当吸附行为类型是UIAttachmentBehaviorTypeItems时有2个元素，当吸附行为类型是UIAttachmentBehaviorTypeAnchor时只有一个元素。

    // 吸附行为中的两个吸附点之间的距离，通常用这个属性来调整吸附的长度，可以创建吸附行为之后调用。系统基于你创建吸附行为的方法来自动初始化这个长度
    self.attach.length = 60;
    
    // 吸附行为震荡的频率
    self.attach.frequency = .3;
    // 描述吸附行为减弱的阻力大小
    self.attach.damping = .3;
    [self.animator addBehavior:self.attach];

4、推力行为，一个view添加推力后，这个view在推力的方向上就会产生一个力，从而往这个方向移动：

UIView *square = self.pointViews.firstObject;
    // 创建推力行为
    UIPushBehavior *push = [[UIPushBehavior alloc] initWithItems:@[square] mode:UIPushBehaviorModeInstantaneous];
    CGPoint location = [touches.anyObject locationInView:self.view];
    CGPoint itemCenter = square.center;
    
    // 设置推力方向
    push.pushDirection = CGVectorMake((location.x - itemCenter.x) / 300, (location.y - itemCenter.y) / 300);
    [self.animator addBehavior:push];

5、摆动行为：也叫捕捉行为，因为捕捉行为比较抽象，不好理解，我一般会叫摆动行为。其实效果就是在某个作用点上震动。UISnapBehavior初始化时需要设置一个点，存在一个防震系数，值越大振幅越小。如果想多次操作一个behavior可以使用removeAllBehaviors移除所有的行为在添加即可。我这里只添加了一次，然后不断改变它的作用点

// 创建一个view
    UIView *view = [self getLeadingActorView:CGRectMake(20, 66, 20, 20) backgroundColor:[self randomColor]];
    [self.view addSubview:view];
    
    // 创建震动行为，snapPoint是它的作用点
    self.snap = [[UISnapBehavior alloc] initWithItem:self.pointViews.firstObject snapToPoint:view.center];
    [self.animator addBehavior:self.snap];
    
    // 设置震动量，范围从0到1，默认为0.5
    self.snap.damping = 1;

// 移动的时候改变作用点
- (void)touchesMoved:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    // 更改作用点
    [self changeSnapPoint:[touches.anyObject locationInView:self.view]];
}

- (void)changeSnapPoint:(CGPoint)snapPoint
{
    self.snap.snapPoint = snapPoint;
}

以上是独立效果，我们还可以稍加组合，做些组合效果，看起来会很酷～

1、重力加碰撞：

// 创建一个view
    UIView *view = [self getLeadingActorView:(CGRect){point, 20 + (arc4random() % 61), 40 + (arc4random() % 41)} backgroundColor:[self randomColor]];
    [self.view addSubview:view];
    
    // 为view添加重力效果
    [self.gravity addItem:view];
    // 为view添加碰撞效果
    [self.collision addItem:view];

2、重力加弹跳

UIView *square = [self getLeadingActorView:(CGRect){point, wh % 50, wh % 50} backgroundColor:[self randomColor]];
[self.view addSubview:square];
    
    // 动态媒介
    UIDynamicAnimator *animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithReferenceView:self.view];
    [self.animators addObject:animator];
    // 重力
    UIGravityBehavior *gravity = [[UIGravityBehavior alloc] initWithItems:@[square]];
    [animator addBehavior:gravity];
    
    // 碰撞
    UICollisionBehavior *collision = [[UICollisionBehavior alloc] initWithItems:@[square]];
    collision.collisionDelegate = self;
    [collision addBoundaryWithIdentifier:@"barrier" forPath:[UIBezierPath bezierPathWithRect:self.view.bounds]];
    collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = YES;
    [animator addBehavior:collision];
    
    // 动力学属性
    UIDynamicItemBehavior *itemBehavior = [[UIDynamicItemBehavior alloc] initWithItems:@[square]];
    itemBehavior.elasticity = 1;
    [animator addBehavior:itemBehavior];

除此之外，咱们还可以模仿一些大厂利用这种技术作出的效果：

1、防摩拜单车贴纸效果

这种效果说白了就是重力加互相碰撞，然后根据监听设备倾斜方向动态改变view的重力方向实现的。

// 创建view
    for (NSInteger i = 0; i < 40; i++) {
        UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"MobikeTest"]];
        imageView.frame = CGRectMake(100, 0, 50, 50);
        imageView.layer.masksToBounds = YES;
        imageView.layer.cornerRadius = 25;
        [self.view addSubview:imageView];
        
        // 添加重力效果
        [self.gravity addItem:imageView];
        // 碰撞效果
        [self.collision addItem:imageView];
        self.dynamicItem.elasticity = .7;
        // 添加动力学属性
        [self.dynamicItem addItem:imageView];
    }
    
    // 开始监听
    [self.motionManager startDeviceMotionUpdatesToQueue:NSOperationQueue.mainQueue withHandler:^(CMDeviceMotion * _Nullable motion, NSError * _Nullable error) {
        // 设置重力方向
        self.gravity.gravityDirection = CGVectorMake(motion.gravity.x * 3, -motion.gravity.y * 3);
    }];

2、防iMessage滚动效果

另外iPhone系统应用iMessage中消息滑动的时候添加了一个动画效果，其实是利用吸附效果实现的，这个实现参考了喵神的博客，在自定义collectionViewLayout中重写prepareLayout方法并为每个item添加吸附行为，再重写shouldInvalidateLayoutForBoundsChange方法，根据滚动的位移，改变吸附行为的anchorPoint：

- (void)prepareLayout
{
    [super prepareLayout];
    
    if (!_animator) {
        _animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithCollectionViewLayout:self];
        CGSize contentSize = [self collectionViewContentSize];
        NSArray *items = [super layoutAttributesForElementsInRect:CGRectMake(0, 0, contentSize.width, contentSize.height)];
        for (UICollectionViewLayoutAttributes *item in items) {
            UIAttachmentBehavior *spring = [[UIAttachmentBehavior alloc] initWithItem:item attachedToAnchor:item.center];
            spring.length = 0;
            spring.damping = .8;
            spring.frequency = .5;
            [_animator addBehavior:spring];
        }
    }
}


- (BOOL)shouldInvalidateLayoutForBoundsChange:(CGRect)newBounds {
    UIScrollView *scrollView = self.collectionView;
    CGFloat scrollDeltaY = newBounds.origin.y - scrollView.bounds.origin.y;
    CGFloat scrollDeltaX = newBounds.origin.x - scrollView.bounds.origin.x;
    CGPoint touchLocation = [scrollView.panGestureRecognizer locationInView:scrollView];
    for (UIAttachmentBehavior *spring in _animator.behaviors) {
        CGPoint anchorPoint = spring.anchorPoint;
        CGFloat distanceFromTouch = fabs(touchLocation.y - anchorPoint.y);
        CGFloat scrollResistance = distanceFromTouch / 2000;
        UICollectionViewLayoutAttributes *item = (id)[spring.items firstObject];
        CGPoint center = item.center;
        center.y += (scrollDeltaY > 0) ? MIN(scrollDeltaY, scrollDeltaY * scrollResistance)
        : MAX(scrollDeltaY, scrollDeltaY * scrollResistance);
        
        CGFloat distanceFromTouchX = fabs(touchLocation.x - anchorPoint.x);
        center.x += (scrollDeltaX > 0) ? MIN(scrollDeltaX, scrollDeltaX * distanceFromTouchX / 2000)
        : MAX(scrollDeltaX, scrollDeltaX * distanceFromTouchX / 2000);
        
        item.center = center;
        [_animator updateItemUsingCurrentState:item];
    }
    return NO;
}

3、百度外卖首页重力感应

用过百度外卖的可能都注意到了，在它的首页，有个collectionView可以根据重力去滚动，我这里简单实现了下：

// 加速计更新频率，我这里设置每隔0.06s更新一次，也就是说，每隔0.06s会调用一次下边这个监听的block
    self.motionManager.accelerometerUpdateInterval = 0.06;
    // 开始监听
    [self.motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:NSOperationQueue.mainQueue withHandler:^(CMAccelerometerData * _Nullable accelerometerData, NSError * _Nullable error) {
        // 获取加速计在x方向上的加速度
        CGFloat x = accelerometerData.acceleration.x;
        
        // collectionView的偏移量
        CGFloat offSetX = self.collectionView.contentOffset.x;
        CGFloat offSetY = self.collectionView.contentOffset.y;
        
        // 动态修改偏移量
        offSetX -= 15 * x;
        CGFloat maxOffset = self.collectionView.contentSize.width + 15 - self.view.frame.size.width;
        
        // 判断最大和最小的偏移量
        if (offSetX > maxOffset) {
            offSetX = maxOffset;
        } else if (offSetX < -15) {
            offSetX = -15;
        }
        
        // 动画修改collectionView的偏移量
        [UIView animateWithDuration:0.06 animations:^{
            [self.collectionView setContentOffset:CGPointMake(offSetX, offSetY) animated:NO];
        }];
    }];

三、运行效果

1、用Xcode8打开demo，然后按快捷键command+r运行

2、运行时截图

1、重力行为

2、碰撞行为

3、吸附行为

4、推力行为

5、摆动行为

6、重力+碰撞

7、酷炫的重力弹跳

8、防摩拜单车贴纸效果

9、防iMessage滚动效果

10、防百度外卖首页重力感应

四、其他补充

1、最后几张GIF压缩之后有点失真，真实效果可以下载demo来看。

2、下载这个demo，绝对能玩一天。