34、iOS UI动力学：创建各种力场效果

iOS UI动力学：创建各种力场效果

在iOS开发中，UI动力学可以为应用添加各种有趣的物理效果，如重力、磁力、湍流等。下面将详细介绍如何创建这些效果。

1. 添加径向重力场

• 问题描述 ：想要在UI中创建一个径向重力场。
• 解决方案 ：使用 UIFieldBehavior 的 radialGravityFieldWithPosition(_:) 类方法创建重力场，并将其添加到 UIDynamicAnimator 中。
• 操作步骤 ：
  1. 创建一个无导航栏的单视图应用，在Interface Builder中添加一个橙色视图，并将其链接到视图控制器的 orangeView 属性。
  2. 从对象库中找到平移手势识别器，将其拖到橙色视图上，并关联到 panning(_:) 方法。
  3. 在视图控制器中创建动画器：

lazy var animator: UIDynamicAnimator = {
    let animator = UIDynamicAnimator(referenceView: self.view)
    animator.isDebugEnabled = true
    return animator
}()

由于`debugEnabled`属性在`UIDynamicAnimator`的头文件中不可用，需要创建一个桥接头文件并扩展`UIDynamicAnimator`：

@import UIKit;
#if DEBUG
@interface UIDynamicAnimator (DebuggingOnly)
@property (nonatomic, getter=isDebugEnabled) BOOL debugEnabled;
@end
#endif

4. 创建碰撞行为：

lazy var collision: UICollisionBehavior = {
    let collision = UICollisionBehavior(items: [self.orangeView])
    collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = true
    return collision
}()

5. 创建径向重力场：

lazy var centerGravity: UIFieldBehavior = {
    let centerGravity = UIFieldBehavior.radialGravityField(position: self.view.center)
    centerGravity.addItem(self.orangeView)
    centerGravity.region = UIRegion(radius: 200)
    centerGravity.strength = -1 // 排斥物品
    return centerGravity
}()

6. 处理设备旋转：

override func viewWillTransition(to size: CGSize, with coordinator: UIViewControllerTransitionCoordinator) {
    super.viewWillTransition(to: size, with: coordinator)
    centerGravity.position = size.center
}

7. 视图加载时添加行为：

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehavior(collision)
    animator.addBehavior(centerGravity)
}

8. 处理平移手势：

@IBAction func panning(_ sender: UIPanGestureRecognizer) {
    switch sender.state {
    case .began:
        collision.removeItem(orangeView)
        centerGravity.removeItem(orangeView)
    case .changed:
        orangeView.center = sender.location(in: view)
    case .ended, .cancelled:
        collision.addItem(orangeView)
        centerGravity.addItem(orangeView)
    default: ()
    }
}

2. 创建线性重力场

• 问题描述 ：想要在UI中创建一个遵循向量的线性重力场。
• 解决方案 ：使用 UIFieldBehavior 的 linearGravityFieldWithVector(_:) 类方法创建重力场，并将其添加到 UIDynamicAnimator 中。
• 操作步骤 ：
  1. 使用与添加径向重力场相同的UI设置，创建橙色视图并关联平移手势识别器。
  2. 创建线性重力场：

lazy var gravity: UIFieldBehavior = {
    let vector = CGVector(dx: 0.4, dy: 1.0)
    let gravity = UIFieldBehavior.linearGravityField(direction: vector)
    gravity.addItem(self.orangeView)
    return gravity
}()

3. 视图加载时添加行为：

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehavior(collision)
    animator.addBehavior(gravity)
}

4. 处理平移手势：

@IBAction func panning(_ sender: UIPanGestureRecognizer) {
    switch sender.state {
    case .began:
        collision.removeItem(orangeView)
        gravity.removeItem(orangeView)
    case .changed:
        orangeView.center = sender.location(in: view)
    case .ended, .cancelled:
        collision.addItem(orangeView)
        gravity.addItem(orangeView)
    default: ()
    }
}

3. 创建湍流效果

• 问题描述 ：想要在动画器中模拟湍流效果，使UI组件在湍流区域内摆动。
• 解决方案 ：使用 UIFieldBehavior 的 turbulenceFieldWithSmoothness(_:animationSpeed:) 类方法创建湍流场，并将其添加到 UIDynamicAnimator 中。
• 操作步骤 ：
  1. 设置重力场，与创建线性重力场的步骤相同。
  2. 创建湍流场：

lazy var turbulence: UIFieldBehavior = {
    let turbulence = UIFieldBehavior.turbulenceField(smoothness: 0.5, animationSpeed: 60.0)
    turbulence.strength = 12.0
    turbulence.region = UIRegion(radius: 200.0)
    turbulence.position = self.orangeView.bounds.size.center
    turbulence.addItem(self.orangeView)
    return turbulence
}()

3. 视图加载时添加行为：

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehavior(collision)
    animator.addBehavior(gravity)
    animator.addBehavior(turbulence)
}

4. 处理平移手势：

@IBAction func panning(_ sender: UIPanGestureRecognizer) {
    switch sender.state {
    case .began:
        collision.removeItem(orangeView)
        gravity.removeItem(orangeView)
        turbulence.removeItem(orangeView)
    case .changed:
        orangeView.center = sender.location(in: view)
    case .ended, .cancelled:
        collision.addItem(orangeView)
        gravity.addItem(orangeView)
        turbulence.addItem(orangeView)
    default: ()
    }
}

4. 添加动画噪声效果

• 问题描述 ：想要在UI中添加噪声场，使UI组件在该场中向各个方向移动。
• 解决方案 ：使用 UIFieldBehavior 的 noiseFieldWithSmoothness(_:animationSpeed:) 类方法创建噪声场，并将其添加到 UIDynamicAnimator 中。
• 操作步骤 ：
  1. 使用与添加径向重力场相同的UI设置，创建橙色视图并关联平移手势识别器。
  2. 创建噪声场：

lazy var noise: UIFieldBehavior = {
    let noise = UIFieldBehavior.noiseField(smoothness: 0.9, animationSpeed: 1)
    noise.addItem(self.orangeView)
    return noise
}()

3. 视图加载时添加行为：

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehavior(collision)
    animator.addBehavior(noise)
}

4. 处理平移手势：

@IBAction func panning(_ sender: UIPanGestureRecognizer) {
    switch sender.state {
    case .began:
        collision.removeItem(orangeView)
        noise.removeItem(orangeView)
    case .changed:
        orangeView.center = sender.location(in: view)
    case .ended, .cancelled:
        collision.addItem(orangeView)
        noise.addItem(orangeView)
    default: ()
    }
}

5. 创建UI组件之间的磁力效果

• 问题描述 ：想要在两个或多个UI元素之间创建磁场。
• 解决方案 ：
  1. 创建动画器。
  2. 创建碰撞检测器。
  3. 使用 UIFieldBehavior 的 magneticField() 类方法创建磁场。
  4. 将磁场和碰撞检测器添加到动画器中。
• 操作步骤 ：
  1. 创建UI，将多个视图链接到视图控制器的 views 属性。
  2. 扩展 UIFieldBehavior 和 UIDynamicAnimator ：

extension UIFieldBehavior{
    public func addItems(_ items: [UIDynamicItem]){
        for item in items{
            addItem(item)
        }
    }
}

extension UIDynamicAnimator{
    public func addBehaviors(_ behaviors: [UIDynamicBehavior]){
        for behavior in behaviors{
            addBehavior(behavior)
        }
    }
}

3. 创建磁场：

lazy var magnet: UIFieldBehavior = {
    let magnet = UIFieldBehavior.magneticField()
    magnet.addItems(self.views)
    return magnet
}()

4. 视图加载时添加行为：

var behaviors: [UIDynamicBehavior]{
    return [collision, noise, magnet]
}

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehaviors(behaviors)
}

6. 设计速度场

• 问题描述 ：想要在UI组件上应用遵循向量的力。
• 解决方案 ：
  1. 创建动画器。
  2. 创建碰撞检测器。
  3. 应用重力或其他力。
  4. 使用 UIFieldBehavior 的 velocityFieldWithVector(_:) 方法创建速度场。
  5. 设置速度场的位置和区域。
  6. 将行为添加到动画器中。
• 操作步骤 ：
  1. 设置重力场、动画器和碰撞检测器，与创建线性重力场的步骤相同。
  2. 创建速度场：

lazy var velocity: UIFieldBehavior = {
    let vector = CGVector(dx: -0.4, dy: -0.5)
    let velocity = UIFieldBehavior.velocityField(direction: vector)
    velocity.position = self.view.center
    velocity.region = UIRegion(radius: 100.0)
    velocity.addItem(self.orangeView)
    return velocity
}()

3. 批量添加行为：

var behaviors: [UIDynamicBehavior]{
    return [self.collision, self.gravity, self.velocity]
}

override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    animator.addBehaviors(behaviors)
}

4. 处理平移手势：

@IBAction func panning(_ sender: UIPanGestureRecognizer) {
    switch sender.state {
    case .began:
        collision.removeItem(orangeView)
        gravity.removeItem(orangeView)
        velocity.removeItem(orangeView)
    case .changed:
        orangeView.center = sender.location(in: view)
    case .ended, .cancelled:
        collision.addItem(orangeView)
        gravity.addItem(orangeView)
        velocity.addItem(orangeView)
    default: ()
    }
}

7. 处理非矩形视图之间的碰撞

• 问题描述 ：想要在应用中创建非矩形视图，并使碰撞检测正常工作。
• 解决方案 ：
  1. 子类化 UIView ，并重写 collisionBoundsType 变量，返回 UIDynamicItemCollisionBoundsType.Path 。
  2. 重写 collisionBoundingPath 变量，返回定义视图边缘的路径。
  3. 在 UIBezierPath 中创建所需的形状，形状的第一个点应为中心，且形状必须是凸的和逆时针的。
  4. 重写 drawRect(_:) 方法，绘制路径。
  5. 将行为添加到视图中，并创建 UIDynamicAnimator 。

下面是这些操作步骤的流程图：

graph LR
    A[创建单视图应用] --> B[添加橙色视图]
    B --> C[添加平移手势识别器]
    C --> D[创建动画器]
    D --> E[创建碰撞行为]
    E --> F[创建重力场]
    F --> G[处理设备旋转]
    G --> H[视图加载添加行为]
    H --> I[处理平移手势]

这些步骤涵盖了从创建基本的UI到添加各种力场效果的整个过程，通过这些操作可以为iOS应用添加丰富的物理效果。

iOS UI动力学：创建各种力场效果

下面详细介绍操作步骤：
1. 子类化 UIView ：

class CustomView: UIView {
    override var collisionBoundsType: UIDynamicItemCollisionBoundsType {
        return .path
    }

    override var collisionBoundingPath: UIBezierPath {
        let path = UIBezierPath()
        // 假设创建一个三角形
        path.move(to: CGPoint(x: bounds.midX, y: bounds.minY))
        path.addLine(to: CGPoint(x: bounds.minX, y: bounds.maxY))
        path.addLine(to: CGPoint(x: bounds.maxX, y: bounds.maxY))
        path.close()
        return path
    }

    override func draw(_ rect: CGRect) {
        collisionBoundingPath.stroke()
    }
}

2. 在视图控制器中使用自定义视图 ：

class ViewController: UIViewController {
    var customView: CustomView!

    lazy var animator: UIDynamicAnimator = {
        let animator = UIDynamicAnimator(referenceView: self.view)
        animator.isDebugEnabled = true
        return animator
    }()

    lazy var collision: UICollisionBehavior = {
        let collision = UICollisionBehavior(items: [self.customView])
        collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = true
        return collision
    }()

    lazy var gravity: UIFieldBehavior = {
        let vector = CGVector(dx: 0.0, dy: 1.0)
        let gravity = UIFieldBehavior.linearGravityField(direction: vector)
        gravity.addItem(self.customView)
        return gravity
    }()

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        customView = CustomView(frame: CGRect(x: 100, y: 100, width: 100, height: 100))
        view.addSubview(customView)
        animator.addBehavior(collision)
        animator.addBehavior(gravity)
    }
}

总结与对比

以下是各种力场效果的对比表格：
| 效果类型 | 创建方法 | 关键属性 | 应用场景 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 径向重力场 | UIFieldBehavior.radialGravityFieldWithPosition(_:) | region 、 strength | 模拟以某点为中心的引力或斥力效果 |
| 线性重力场 | UIFieldBehavior.linearGravityFieldWithVector(_:) | direction | 使物体沿特定方向受重力影响 |
| 湍流效果 | UIFieldBehavior.turbulenceFieldWithSmoothness(_:animationSpeed:) | strength 、 region 、 position | 模拟物体在湍流区域的摆动 |
| 动画噪声效果 | UIFieldBehavior.noiseFieldWithSmoothness(_:animationSpeed:) | region | 使物体在参考视图中随机移动 |
| 磁力效果 | UIFieldBehavior.magneticField() | 无 | 模拟多个UI元素之间的磁力吸引 |
| 速度场 | UIFieldBehavior.velocityFieldWithVector(_:) | position 、 region | 对物体施加特定方向的力 |
| 非矩形视图碰撞处理 | 子类化 UIView 并重写相关方法 | collisionBoundsType 、 collisionBoundingPath | 处理非矩形视图的碰撞检测 |

注意事项

• 调试属性 ： UIFieldBehavior 的 debugEnabled 属性仅在调试时使用，因为它不是正式API，需要通过桥接头文件扩展。
• 形状绘制 ：在创建非矩形视图的碰撞路径时，形状必须是凸的和逆时针的，否则碰撞检测可能不准确。
• 性能考虑 ：过多的力场效果可能会影响应用的性能，特别是在处理大量UI组件时，需要进行性能测试和优化。

示例代码运行步骤

如果你想运行上述示例代码，可以按照以下步骤操作：
1. 创建项目 ：打开Xcode，创建一个新的单视图iOS应用项目。
2. 添加代码 ：将上述各个效果的代码复制到对应的 ViewController.swift 文件中。
3. 运行项目 ：连接iOS设备或使用模拟器，点击Xcode的运行按钮，即可看到各种力场效果的演示。

通过以上内容，你可以全面了解如何在iOS应用中创建各种力场效果，从基本的重力场到复杂的非矩形视图碰撞处理，为你的应用增添丰富的物理交互体验。

下面是创建非矩形视图碰撞处理的流程图：

graph LR
    A[子类化UIView] --> B[重写collisionBoundsType]
    B --> C[重写collisionBoundingPath]
    C --> D[创建UIBezierPath形状]
    D --> E[重写drawRect方法]
    E --> F[添加行为到视图]
    F --> G[创建UIDynamicAnimator]

这个流程图清晰地展示了处理非矩形视图碰撞的关键步骤，帮助你更好地理解和实现这一功能。