【翻译】javascript 动画原理浅析

动画

通常，框架会为你处理动画。但是，你可能想知道仅仅用javascript怎么来实现动画，和可能出现的一些问题。理解这项技术对于创建复杂的动画是很有帮助的，即使在框架的帮助下。

动画基础

javascript的动画是通过周期性的改变DOM元素的style 或者 canvas 的对象。
整个的动画过程被分成了很小的步骤(step)，每一个步骤被定时器调用。因为定时器的周期非常短，所以动画看起来是连续的。
伪代码：

var id = setInterval(function(){
    /*当前显示帧*/
    if(/*完成*/) clearInterval(id)
}, 10)

上面代码每一帧的间隔是 10ms ，意味着每秒钟有100帧。
在大多数的javascript框架中 10-15ms的delay是默认的。越短的延时让动画看起来更加流畅，但是只有在浏览器足够快的时候，每一步的动画才会准时运行。
如果动画需要许多计算，CPU可能会100%的负载，动画就会变得迟缓。这种情况下，delay就应该被增加。例如，delay 40ms 就是每秒25帧，接近24帧的电影标准。

setInterval 而不是用 setTimout(其实在现代浏览器中大多使用requestAnimationFrame)

我们使用setInterval,而不是递归的使用setTimeout,是因为我们想要一帧一个delay，而不是所有帧之间有一个固定的delay.查阅Understanding timers: setTimeout and setInterval来了解setInterval和递归的setTimeout之间到底有什么不同。（译者：经测试最新的chrome > 56中，setInterval的行为跟本文中描述的不同。当函数执行时间超过了delay时间，下一个函数不会马上运行，仍然会等一个delay的间隔，再执行。但本文仍有参考价值）

例子

例如，一个元素移动通过改变element.stye.left从0到100px。每10ms改变1px。

<html>
<head>
<link type="text/css" rel="stylesheet" href="/files/tutorial/browser/animatio/animate.css">
<script>
    function move(elem) {
        var left = 0;
        function frame(){
            left++ // 更新参数
            elem.style.left = left + 'px' // 显示帧
            if(left === 100) //检查结束条件
            clearInterval(id)
        }
        var id = setInterval(frame, 10) //没10ms绘制一次
    }
</script>
</head>
<body>
<div onclick="move(this.children[0])" class="example_path">
<div class="example_block"></div>
</div>
</body>
</html>

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动画重构

为了让动画更加通用，我们介绍下面的一些参数：

delay
每一帧之间的间隔(ms).例如,10ms
duration
整个动画完成需要的时间(ms)。例如：1000ms

当动画开始的时候，我们也可以用：

start 动画开始的时间，start = new Date
动画过程的核心，每一帧我们需要计算：
timePassed
从动画开始所经过的时间(ms)。

从0到动画(duration)结束.但是偶尔可能会超过结束时间，因为浏览器的计时器并不准确。

progress
已经过去的动画时间作为分子，计算每一帧通过公式timePassed/duration。值得范围通常是0到1。

例如，progress的值为0.5就是说动画时间(duration)已经过去了一半。

delta(progress)
一个返回当前动画进度的函数。

例如，我们让高度属性从0%变化到100%。
我们可以让动画均匀的显示，这样动画进度看起来就是线性的。
Mapping:
->progress = 0 -> height = 0%
->progress = 0.2 -> height = 20%
->progress = 0.5->height = 50%
->progress = 0.8 -> height = 80%
->progress = 1 -> height = 100%
animation-linear-height

但是我们可能想让动画缓慢的开始然后再加速。这样的话经过一半的动画时间高度可能只有25%
，然后逐渐加速到100%。
Mapping:
->progress = 0 -> height = 0%
->progress = 0.2 -> height = 4%
->progress = 0.5->height = 25%
->progress = 0.8 -> height = 64%
->progress = 1 -> height = 100%
animation-quad-height

delta(progress) 是一个映射动画进度增量的函数，
动画进度通常是0到1之间的一个数字。

这篇文章会用一些例子进一步讨论几种增量函数

step(delta)
这个函数是实际上用来做这件事的函数。

它计算出增量的结果并且应用它。
对于这个高度的例子，他们可能是：

function state(delta) {
    elem.style.height = 100*delta + "%"
}

到现在为止几个重要的参数是：
-> delay是setInterval的第二个参数。
-> duration是动画完成需要的时间。
-> progress是动画已经经过的时间，除以duration使它的值在0到1之间。
-> delta通过当前的时间，计算当前的动画进度。
-> step做了视觉上(?)的工作。它获得当前的动画进度，并且把它应用在元素上。

通用的动画

让我们把上面讨论的简单的写成一个可扩展的动画核心。
下面的动画函数执行时间管理并且把工作分配给delta和step:

function animate(opts) {
    var start = new Date;
    var id = setInterval(function(){
        var timePassed = new Date - start;
        var progress = timePassed / opts.duration;
        if(progress > 1) progress = 1;
        var delta = opts.delta(progress)
        opts.step(delta)
        if(progress == 1) {
            clearInterval(id)
        }
    }, opts.delay || 10)
}

参数对象应该包含以下的一些动画属性：
-> delay
-> duration
-> function delta
-> function step
这个算法完全遵循上面的描述

Example

让我们基于这个来创建一个移动的动画

function move(element, delta, duration){
    var to = 500;
    animate({
        delay: 10,
        duration: duration || 1000,
        delta: delta,
        step: function(delta){
            element.style.left = to * delta + 'px'
        }
    })
}

它把工作指派给animate,给animate传入了delay,用户提供的duration, delta, 和 step。
delta = function(p) { return p}
意味着动画进程一直是均匀的
step
用一个简单的公式映射0..1，delta返回一个进度值 0..to。把这些结果应用到element.style.left。
用法:

<div onclick="move(this.children[0], function(p) {return p})" 

class="example_path">
    <div class="example_block"></div>
</div>

数学，进度增量函数

动画就是是根据给定的规则，一直改变属性。在javascript动画中，这个规则就是delta函数来实现的。
不同的delta使动画的速度，加速度和其他的参数表现出各种各样的形式。
数学公式通常被用在这里。但是它们对于只做web编程和忘记学校里的数学的人来说，可能很陌生。在这个章节，我们将浏览很多的受欢迎的公式并看一下它们是如何工作的。
动画运动的例子，提供不同的delta.

线性 delta

function linear(progress){
    return progress;
}

linear-delta

水平方向指的是时间进度，垂直方向指的是动画进程。
我们已经能看见了。线性的delta使动画以固定的速度进行。
Power of n
也是一个简单的例子。delta是progress的n次方。例如2次，3次方等。
例如2次方

function quad(progress) {
    return Math.pow(progress, 2)
}

quadrantic-function

增加加速度的影响。例如，下面这个图片是5次方。

5-th degree

Circ: 圆的一部分

function circ(progress) {
    return 1 - Math.sin(Math.acos(progress))
}

a-piece-of-circle

Back: the bow function
这个函数向弓一样工作：首先我们"拉开工，然后发射出去"。
不像先前的函数，它会依赖于一个附加的参数x,这就是“弹性系数”。
它定义了“拉弓”的距离。
代码是：

function back(progress, x) {
    return Math.pow(progress, 2) * ((x + 1) * progress - x)
}

图像x=1.5
the-bow-1.5

bounce(弹跳)
想象一下我们释放一个球，它掉在地上，然后弹跳几次，最后停止。
bounce事实上做了相反的事情。属性将会一直改变知道它达到目标点。
这个函数比之前要复杂一些，也没有简单的数学公式。

function bounce(progress) {
    for(var a = 0, b=1, result; 1; a+=b, b /= 2) {
        if (progress >= (7-4*a) / 11){
            return -Math.pow(11 - 6 * a - 11 * progress) / 4, 2) + Math.pow(b, 2)
        }
    }
}

*这段代码曲子 MooTools.FX.Transitions.据我所知，仍然有其他实现bounce的算法。
Elastic 弹性
这个函数也依赖于额外的参数x,x定义了初始范围。

function elastic(progress, x){
    return Math.pow(2, 10 * (progress - 1)) * Math.cos(20 * Math.PI * x/3 *progress)
}

图像 x=1.5
Elastic-x-1.5

在这个例子中，为了让动画更加平滑，时间是2s.
反向函数（Reverse functions）
一个javascript框架经常会提供的一种delta函数。
它们的直接使用被称作 easeIn.
偶尔的时候，需要以时间倒退的方式来展示动画。这就叫做easeout 被'time-reversing'delta来实现。
未完待续
第一次翻译点东西，质量不好，主要是做记录用。里面有很多比较'术语'的，不好翻，最好看原文。后面我也会继续修改。

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