Core Animation之基础介绍

本文详细介绍了CoreAnimation的基本概念及其在iOS应用中的应用,包括动画实现、层类使用、动画类使用、事务管理及CoreAnimation类的继承关系。重点突出其在提高性能和改善用户体验方面的关键作用。

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   Core Animation可以翻译为核心动画,它为图形渲染和动画提供了基础。使用核心动画,你只需要设置一些参数比如起点和终点,剩下的帧核心动画为你自动完成。核心动画使用硬件加速,不用消耗cpu资源。其实平时咱们开发的iOS应用都在有意无意的使用了核心动画。动画不会替代View,而是和View一起提供更好的性能。Core Animation通过缓存view上的内容到bitmap,这样bitmap就可以直接在图形硬件上操作。从而提高了性能。

核心动画所在的位置:



1、关于层类

Layer Classes是core animation的基础。Layer Classes提供了一个抽象的概念,这个概念对于那些使用NSview和UIview的开发者来说是很熟悉的。基础层是由CAlayer类提供的,CAlayer是所有Core Animation层的父类。    
和一个视图类的实例一样,一个CAlayer实例也有一个单独的superlayer和上面所有的子层(sublayers),它创建了一个有层次结构的层,我们称之为layer tree。layers的绘制就像views一样是从后向前绘制的,绘制的时候我们要指定其相对与他们的superlayer的集合形状,同时还需要创建一个局部的坐标系。layers可以做一些更复杂的操作,例如rotate(旋转),skew(倾斜),scale(放缩),和project the layer content(层的投影)。   
图层的内容提供:
(1)直接设置层的content属性到一个core graphics图,或者通过delegation来设置
(2)提供一个代理直接绘制到Core Graphics image context(核心图形的上下文)
(3)设置任意数量的所有层共有的可视的风格属性。例如:backgroundColor(背景色),opacity(透明度)和masking(遮罩)。max os x应用通过使用core image filters来达到这种可视化的属性。
(4)子类化CAlayer,同时在更多的封装方式中完成上面的任意技术。 

 1.1 CALayer的子类和他们的使用场景

Class

Usage

CAEmitterLayer

Used to implement a Core Animation–based particle emitter system. The emitter layer object controls the generation of the particles and their origin.

CAGradientLayer

Used to draw a color gradient that fills the shape of the layer (within the bounds of any rounded corners).

CAEAGLLayer/CAOpenGLLayer

Used to set up the backing store and context needed to draw using OpenGL ES (iOS) or OpenGL (OS X).

CAReplicatorLayer

Used when you want to make copies of one or more sublayers automatically. The replicator makes the copies for you and uses the properties you specify to alter the appearance or attributes of the copies.

CAScrollLayer

Used to manage a large scrollable area composed of multiple sublayers.

CAShapeLayer

Used to draw a cubic Bezier spline. Shape layers are advantageous for drawing path-based shapes because they always result in a crisp path, as opposed to a path you draw into a layer’s backing store, which would not look as good when scaled. However, the crisp results do involve rendering the shape on the main thread and caching the results.

CATextLayer

Used to render a plain or attributed string of text.

CATiledLayer

Used to manage a large image that can be divided into smaller tiles and rendered individually with support for zooming in and out of the content.

CATransformLayer

Used to render a true 3D layer hierarchy, rather than the flattened layer hierarchy implemented by other layer classes.

QCCompositionLayer

Used to render a Quartz Composer composition. (OS X only)

1.2、 anchorPoint、 position

anchorPoint又称锚点,锚点对动画是有很大影响的。下图描述了基于锚点的三个示例值:



1.3、 图层的 frame、bounds、position 和 anchorPoint 关系如下图所示: 


在该示例中,anchorPoint 默认值为(0.5,0.5),位于图层的中心点。图层的 position 值为(100.0,100.0),bounds 为(0.0,0.0,120,80.0)。通过计算得到图层的 frame为(40.0,60.0,120.0,80.0)。

如果你新创建一个图层,则只有设置图层的 frame 为(40.0,60.0,120.0,80.0),相应的 position 属性值将会自动设置为(100.0,100.0),而 bounds 会自动设置为 (0.0,0.0,120.0,80.0)。下图显示一个图层具有相同的 frame(如上图),但是在该图中它的 anchorPoint 属性值被设置为(0.0,0.0),位于图层的左下角位置。


图层的 frame 值同样为(40.0,60.0,120.0,80.0),bounds 的值不变,但是图层的 position 值已经改变为(40.0,60.0)。


2、关于动画类

核心动画的动画类使用基本的动画和关键帧动画把图层的内容和选取的属性动画的显示出来。所有核心动画的动画类都是从 CAAnimation 类继承而来。
CAAnimation 实现了 CAMediaTiming 协议,提供了动画的持续时间,速度,和重复计数。 CAAnimation 也实现了 CAAction 协议该协议为图层触发一个动画动作提供了提供标准化响应。动画类同时定义了一个使用贝塞尔曲线来描述动画改变的时间函数。例如,一个 匀速时间函数(linear timing function)在动画的整个生命周期里面一直保持速度不变, 而渐缓时间函数(ease-out timing function)则在动画接近其生命周期的时候减慢速度。核心动画额外提供了一系列抽象的和细化的动画类,比如:CATransition 提供了一个图层变化的过渡效果,它能影响图层的整个内容。 动画进行的时候淡入淡出(fade)、推(push)、显露(reveal)图层的内容。这些过渡效 果可以扩展到你自己定制的 Core Image 滤镜。CAAnimationGroup 允许一系列动画效果组合在一起,并行显示动画。

2.1动画类

CAPropertyAnimation :是一个抽象的子类,它支持动画的显示图层的关键路径中指定的属性。一般不直接使用,而是使用它的子类,CABasicAnimation,CAKeyframeAnimation. 在它的子类里修改属性来运行动画。
CABasicAnimation: 简单的为图层的属性提供修改。 很多图层的属性修改默认会执行这个动画类。比如大小,透明度,颜色等属性
CAKeyframeAnimation: 支持关键帧动画,你可以指定的图层属性的关键路径动画,包括动画的每个阶段的价值,以及关键帧时间和计时功能的一系列值。在 动画运行时,每个值被特定的插入值替代。核心动画 和 Cocoa Animation 同时使用这些动画类。

2.2 如何使用多个动画效果叠加

在执行动画的过程中需要同时修改position,alpha, frame等属性,使用CAAnimationGroup可以将三个动画合成一起执行:

  1. CAAnimationGroup *animGroup = [CAAnimationGroup animation];   
  2. animGroup.animations = [NSArray arrayWithObjects:moveAnim,scaleAnim,opacityAnim, nil];  
  3. animGroup.duration = 1;  
  4. [view.layer addAnimation:animGroup forKey:nil];  

2.3事务管理类  

   图层的动画属性的每一个修改必然是事务的一个部分。CATransaction 是核心动画里面负责协调多个动画原子更新显示操作事务支持嵌套使用。 


2.4 Core Animation类的继承关系图 



转自:容芳志 (http://blog.youkuaiyun.com/totogo2010)

内容概要:该论文研究增程式电动汽车(REEV)的能量管理策略,针对现有优化策略实时性差的问题,提出基于工况识别的自适应等效燃油消耗最小策略(A-ECMS)。首先建立整车Simulink模型和基于规则的策略;然后研究动态规划(DP)算法和等效燃油最小策略;接着通过聚类分析将道路工况分为四类,并设计工况识别算法;最后开发基于工况识别的A-ECMS,通过高德地图预判工况类型并自适应调整SOC分配。仿真显示该策略比规则策略节油8%,比简单SOC规划策略节油2%,并通过硬件在环实验验证了实时可行性。 适合人群:具备一定编程基础,特别是对电动汽车能量管理策略有兴趣的研发人员和技术爱好者。 使用场景及目标:①理解增程式电动汽车能量管理策略的基本原理;②掌握动态规划算法和等效燃油消耗最小策略的应用;③学习工况识别算法的设计和实现;④了解基于工况识别的A-ECMS策略的具体实现及其优化效果。 其他说明:此资源不仅提供了详细的MATLAB/Simulink代码实现,还深入分析了各算法的原理和应用场景,适合用于学术研究和工业实践。在学习过程中,建议结合代码调试和实际数据进行实践,以便更好地理解策略的优化效果。此外,论文还探讨了未来的研究方向,如深度学习替代聚类、多目标优化以及V2X集成等,为后续研究提供了思路。
内容概要:论文《基于KANN-DBSCAN带宽优化的核密度估计载荷谱外推》针对传统核密度估计(KDE)载荷外推中使用全局固定带宽的局限性,提出了一种基于改进的K平均最近邻DBSCAN(KANN-DBSCAN)聚类算法优化带宽选择的核密度估计方法。该方法通过对载荷数据进行KANN-DBSCAN聚类分组,采用拇指法(ROT)计算各簇最优带宽,再进行核密度估计和蒙特卡洛模拟外推。实验以电动汽车实测载荷数据为对象,通过统计参数、拟合度和伪损伤三个指标验证了该方法的有效性,误差显著降低,拟合度R²>0.99,伪损伤接近1。 适合人群:具备一定编程基础和载荷数据分析经验的研究人员、工程师,尤其是从事汽车工程、机械工程等领域的工作1-5年研发人员。 使用场景及目标:①用于电动汽车载荷谱编制,提高载荷预测的准确性;②应用于机械零部件的载荷外推,特别是非对称载荷分布和多峰扭矩载荷;③实现智能网联汽车载荷预测与数字孪生集成,提供动态更新的载荷预测系统。 其他说明:该方法不仅解决了传统KDE方法在复杂工况下的“过平滑”与“欠拟合”问题,还通过自适应参数机制提高了方法的普适性和计算效率。实际应用中,建议结合MATLAB代码实现,确保数据质量,优化参数并通过伪损伤误差等指标进行验证。此外,该方法可扩展至风电装备、航空结构健康监测等多个领域,未来研究方向包括高维载荷扩展、实时外推和多物理场耦合等。
内容概要:该论文深入研究了直流微电网中的电能质量问题,特别是纹波污染对电网的影响。文章提出了使用直流有源滤波器(DC-APF)来抑制纹波,并创新性地将储能系统与DC-APF结合,实现交流侧无功补偿。研究内容涵盖纹波特性分析、DC-APF拓扑选择、基于数字滤波器的纹波提取策略、双幂次趋近律滑模控制设计,以及新型组合装置的无功补偿功能验证。仿真结果表明,所提方法在纹波抑制和无功补偿方面表现出色,能够有效提升直流微电网的电能质量。此外,论文还详细介绍了各个技术模块的具体实现代码,并通过多场景对比仿真验证了控制策略的有效性和优越性。 适合人群:具备电力电子、自动控制或相关专业背景的研究人员和技术工程师,尤其是对直流微电网电能质量治理感兴趣的从业者。 使用场景及目标:①理解和掌握直流微电网中纹波产生机理及其对系统性能的影响;②学习DC-APF的设计与实现,包括H桥拓扑、滑模控制器等核心技术;③探索储能系统与DC-APF组合装置在无功补偿方面的应用潜力;④评估不同控制策略在实际工程环境中的表现,为优化设计方案提供参考。 其他说明:本文不仅提供了理论分析和算法推导,还给出了完整的Python代码示例,便于读者动手实践。同时,文中涉及的技术细节和仿真结果对于推动直流微电网领域的技术创新具有重要价值。建议读者结合自身需求,重点关注感兴趣的部分,并尝试复现相关实验以加深理解。
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