iOS-Core Animation: 變換

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仿射變換

用 CGPoint 的每一列和 CGAffineTransform 矩陣的每一行對應元素相乘再求 和，就造成了一個新的 CGPoint 類型的結果。要解釋一下圖中顯示的灰色元素， 爲了能讓矩陣作乘法，左邊矩陣的列數必定要和右邊矩陣的行數個數相同，因此要 給矩陣填充一些標誌值，使得既可讓矩陣作乘法，又不改變運算結果，而且沒必 要存儲這些添加的值，由於它們的值不會發生變化，可是要用來作運算。

UIView 的 transform 屬性是一 個 CGAffineTransform 類型，用於在二維空間作旋轉，縮放和平移。 CGAffineTransform 是一個能夠和二維空間向量（例如 的3X2的矩陣（見圖5.1）。

CALayer 一樣也有一個 不是 transform CGAffineTransform 屬性，但它的類型是 CATransform3D ，而 ，本章後續將會詳細解釋。 CALayer 對應 於 UIView 的 transform 屬性叫作 affineTransform

注意咱們使用的旋轉常量是 M_PI_4 ，而不是你想象的45，由於iOS的變換函數使 用弧度而不是角度做爲單位。弧度用數學常量pi的倍數表示，一個pi表明180度，所 以四分之一的pi就是45度

混合變換

Core Graphics提供了一系列的函數能夠在一個變換的基礎上作更深層次的變換，

若是作一個既要縮放又要旋轉的變換，這就會很是有用了。例以下面幾個函數：

CGAffineTransformRotate(CGAffineTransform t, CGFloat angle)
CGAffineTransformScale(CGAffineTransform t, CGFloat sx,CGFloat sy)
CGAffineTransformTranslate(CGAffineTransform t, CGFloat tx, CGFloat

當操縱一個變換的時候，初始生成一個什麼都不作的變換很重要--也就是建立一 個 CGAffineTransform 類型的空值，矩陣論中稱做單位矩陣，Core Graphics一樣也提供了一個方便的常量：CGAffineTransformIdentity

最後，若是須要混合兩個已經存在的變換矩陣，就可使用以下方法，在兩個變換 的基礎上建立一個新的變換：CGAffineTransformConcat(CGAffineTransform t1, CGAffineTransform t2.....

舉個🌰：
咱們來用這些函數組合一個更加複雜的變換，先縮小50%，再旋轉30度，最後向右 移動200個像素（清單5.2）。圖5.4顯示了圖層變換最後的結果。

[super viewDidLoad];

//create a new transform

CGAffineTransform transform = CGAffineTransformIdentity;

//scale by 50%

transform = CGAffineTransformScale(transform, 0.5, 0.5);

//rotate by 30 degrees

transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI / 180.0 * 30.0);

//translate by 200 points

transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 200, 0);

//apply transform to layer

self.layerView.layer.affineTransform = transform;

中有些須要注意的地方：圖片向右邊發生了平移，但並無指定距離那麼遠 （200像素），另外它還有點向下發生了平移。緣由在於當你按順序作了變換，上 一個變換的結果將會影響以後的變換，因此200像素的向右平移一樣也被旋轉了30 度，縮小了50%，因此它其實是斜向移動了100像素。

這意味着變換的順序會影響最終的結果，也就是說旋轉以後的平移和平移以後的旋 轉結果可能不一樣。

3D變換

CG的前綴告訴咱們，CGAffineTransform類型屬於CoreGraphics框架，CoreGraphics其實是一個嚴格意義上的2D繪圖API，而且 CGAffineTransform 僅僅 對2D變換有效。

transform 屬性（CATransform3D類型）能夠真正作到這點，即讓圖層在3D空間內移動或者旋轉

CATransform3DMakeRotation(CGFloat angle, CGFloat x, CGFloat y, CGFloat z)

CATransform3DMakeScale(CGFloat sx, CGFloat sy, CGFloat sz)

CATransform3DMakeTranslation(Gloat tx, CGFloat ty, CGFloat tz)

• X，Y，Z軸，以及圍繞它們旋轉的方向:
  

xy軸是垂直於手機屏幕的，

繞Z軸的旋轉等同於以前二維空間的仿射旋轉，可是繞X軸和Y軸的旋轉就突破了屏幕的二維空間，而且在用戶視角看來發生了傾斜。
，此時並未真正實現3D的展現效果，也是因爲此因此有了透視

透視投影

在真實世界中，當物體遠離咱們的時候，因爲視角的緣由看起來會變小，理論上說 遠離咱們的視圖的邊要比靠近視角的邊跟短，但實際上並無發生，而咱們當前的 視角是等距離的，也就是在3D變換中任然保持平行，和以前提到的仿射變換相似。

在等距投影中，遠處的物體和近處的物體保持一樣的縮放比例，這種投影也有它自 己的用處（例如建築繪圖，顛倒，和僞3D視頻），但當前咱們並不須要。

m34的默認值是0，咱們能夠經過設置m34爲-1.0/d來應用透視效果，d表明了想象中視角相機和屏幕之間的距離，以像素爲單位，那應該如何計算這個距離 呢？實際上並不須要，大概估算一個就行了。

由於視角相機實際上並不存在，因此能夠根據屏幕上的顯示效果自由決定它的防止 的位置。一般500-1000就已經很好了，但對於特定的圖層有時候更小後者更大的值 會看起來更舒服，減小距離的值會加強透視效果，因此一個很是微小的值會讓它看 起來更加失真，然而一個很是大的值會讓它基本失去透視效果，對視圖應用透視的

[super viewDidLoad];

//create a new transform

CATransform3D transform = CATransform3DIdentity;

//apply perspective

transform.m34 = - 1.0 / 500.0;

//rotate by 45 degrees along the Y axis

transform = CATransform3DRotate(transform, M_PI_4, 0, 1, 0);

//apply to layer

self.layerView.layer.transform = transform;

滅點

當在透視角度繪圖的時候，遠離相機視角的物體將會變小變遠，當遠離到一個極限 距離，它們可能就縮成了一個點，因而全部的物體最後都匯聚消失在同一個點

在現實中，這個點一般是視圖的中心（圖5.11），因而爲了在應用中建立擬真效果 的透視，這個點應該聚在屏幕中點，或者至少是包含全部3D對象的視圖中點。

這就是說，當圖層發生變換時，這個點永遠位於圖 層變換以前 anchorPoint 的位置。

當改變一個圖層的position，你也改變了它的滅點，作3D變換的時候要時刻記 住這一點，當你視圖經過調整m34來讓它更加有3D效果，應該首先把它放置於屏幕中央，而後經過平移來把它移動到指定位置（而不是直接改變它的position），這樣全部的3D圖層都共享一個滅點。

sublayerTransform

若是有多個視圖或者圖層，每一個都作3D變換，那就須要分別設置相同的m34值，並 且確保在變換以前都在屏幕中央共享同一個 position ，若是用一個函數封裝這些 操做的確會更加方便，但仍然有限制（例如，你不能在Interface Builder中擺放視 圖），這裏有一個更好的方法。

CALayer有一個屬性叫作sublayerTransform它也是CATransform3D類
型，但和對一個圖層的變換不一樣，它影響到全部的子圖層。這意味着你能夠一次性 對包含這些圖層的容器作變換，因而全部的子圖層都自動繼承了這個變換方法。

滅點被設置在容器圖層的中點，從而不須要再對子圖層分別設置了。這意味着 你能夠隨意使用 position 和 frame 來放置子圖層，而不須要把它們放置在屏幕中點，而後爲了保證統一的滅點用變換來作平移。

[super viewDidLoad];

//apply perspective transform to container

CATransform3D perspective = CATransform3DIdentity;

perspective.m34 = - 1.0 / 500.0;

self.containerView.layer.sublayerTransform = perspective;

//rotate layerView1 by 45 degrees along the Y axis

CATransform3D transform1 = CATransform3DMakeRotation(M_PI_4, 0, 1, 0);

self.layerView1.layer.transform = transform1;

//rotate layerView2 by 45 degrees along the Y axis

CATransform3D transform2 = CATransform3DMakeRotation(-M_PI_4, 0, 1, 0);

self.layerView2.layer.transform = transform2;

背面

如你所見，圖層是雙面繪製的，反面顯示的是正面的一個鏡像圖片。

但這並非一個很好的特性，由於若是圖層包含文本或者其餘控件，那用戶看到這 些內容的鏡像圖片固然會感到困惑。另外也有可能形成資源的浪費：想象用這些圖 層造成一個不透明的固態立方體，既然永遠都看不見這些圖層的背面，那爲何浪 費GPU來繪製它們呢？

CALayer有一個叫作doubleSided的屬性來控制圖層的背面是否要被繪製。這 BOOL 類型，默認爲YES，若是設置爲NO，那麼當圖層正面從相機視角是一個 消失的時候，它將不會被繪製。

扁平化圖層

• 繞Z軸作相反的旋轉變換:

[super viewDidLoad];

//rotate the outer layer 45 degrees

CATransform3D outer = CATransform3DMakeRotation(M_PI_4, 0, 0, 1);

self.outerView.layer.transform = outer;

//rotate the inner layer -45 degrees

CATransform3D inner = CATransform3DMakeRotation(-M_PI_4, 0, 0,

1);

self.innerView.layer.transform = inner;

• 繞Y軸相反的旋轉變換:

[super viewDidLoad];

//rotate the outer layer 45 degrees

CATransform3D outer = CATransform3DIdentity;

outer.m34 = -1.0 / 500.0;

outer = CATransform3DRotate(outer, M_PI_4, 0, 1, 0);

self.outerView.layer.transform = outer;

//rotate the inner layer -45 degrees

CATransform3D inner = CATransform3DIdentity;

inner.m34 = -1.0 / 500.0;

inner = CATransform3DRotate(inner, -M_PI_4, 0, 1, 0);

self.innerView.layer.transform = inner;

但其實這並非咱們所看到的，相反，咱們看到的結果如圖5.18所示。發什麼了什 麼呢？內部的圖層仍然向左側旋轉，而且發生了扭曲，但按道理說它應該保持正面 朝上，而且顯示正常的方塊。

這是因爲儘管CoreAnimation圖層存在於3D空間以內，但它們並不都存在同一個 3D空間。每一個圖層的3D場景實際上是扁平化的，當你從正面觀察一個圖層，看到的實際上由子圖層建立的想象出來的3D場景，但當你傾斜這個圖層，你會發現實際上這個3D場景僅僅是被繪製在圖層的表面。(仍是因爲Z軸的變換實際上是有xy共同做用代替的，沒有真實的Z)

相似的，當你在玩一個3D遊戲，實際上僅僅是把屏幕作了一次傾斜，或許在遊戲中 能夠看見有一面牆在你面前，可是傾斜屏幕並不可以看見牆裏面的東西。全部場景 裏面繪製的東西並不會隨着你觀察它的角度改變而發生變化；圖層也是一樣的道 理。

這使得用Core Animation建立很是複雜的3D場景變得十分困難。你不可以使用圖層 樹去建立一個3D結構的層級關係--在相同場景下的任何3D表面必須和一樣的圖層保 持一致，
這是由於每一個的父視圖都把它的子視圖扁平化了。
至少當你用正常的CALayer的時候是這樣，

CALayer 有一個叫作CATransformLayer的子類來解決這個問題。具體在第六章「特殊的圖層」中將會具體討論

固體對象

- (void)addFace:(NSInteger)index withTransform:(CATransform3D)transform

{

//get the face view and add it to the container

UIView *face = self.faces[index];

[self.containerView addSubview:face];

//center the face view within the container

CGSize containerSize = self.containerView.bounds.size;

face.center = CGPointMake(containerSize.width / 2.0, containerSize.heigh

// apply the transform

face.layer.transform = transform;

}

- (void)viewDidLoad

{

[super viewDidLoad];

//set up the container sublayer transform

CATransform3D perspective = CATransform3DIdentity;

perspective.m34 = -1.0 / 500.0;

self.containerView.layer.sublayerTransform = perspective;

//add cube face 1

CATransform3D transform = CATransform3DMakeTranslation(0, 0, 100);

[self addFace:0 withTransform:transform];

//add cube face 2

transform = CATransform3DMakeTranslation(100, 0, 0);
transform = CATransform3DRotate(transform, M_PI_2, 0, 1, 0);

[self addFace:1 withTransform:transform];

//add cube face 3

transform = CATransform3DMakeTranslation(0, -100, 0);

transform = CATransform3DRotate(transform, M_PI_2, 1, 0, 0);

[self addFace:2 withTransform:transform];

//add cube face 4

transform = CATransform3DMakeTranslation(0, 100, 0);

transform = CATransform3DRotate(transform, -M_PI_2, 1, 0, 0);

[self addFace:3 withTransform:transform];

//add cube face 5

transform = CATransform3DMakeTranslation(-100, 0, 0);

transform = CATransform3DRotate(transform, -M_PI_2, 0, 1, 0);

[self addFace:4 withTransform:transform];

//add cube face 6

transform = CATransform3DMakeTranslation(0, 0, -100);

transform = CATransform3DRotate(transform, M_PI, 0, 1, 0);

[self addFace:5 withTransform:transform];

}

@end

添加以下幾行去旋轉containerView 圖層的

perspective變換矩陣：

perspective = CATransform3DRotate(perspective, -M_PI_4, 1, 0, 0);

perspective = CATransform3DRotate(perspective, -M_PI_4, 0, 1, 0);

光亮和陰影

Core Animation能夠用3D顯示圖層，可是它對光線並無概念。若是想讓立方體看 起來更加真實，須要本身作一個陰影效果。你能夠經過改變每一個面的背景顏色或者 直接用帶光亮效果的圖片來調整。

若是須要動態地建立光線效果，你能夠根據每一個視圖的方向應用不一樣的alpha值作 出半透明的陰影圖層，但爲了計算陰影圖層的不透明度，你須要獲得每一個面的正太 向量（垂直於表面的向量），而後根據一個想象的光源計算出兩個向量叉乘結果。 叉乘表明了光源和圖層之間的角度，從而決定了它有多大程度上的光亮。

咱們用GLKit框架來作向量的計算（你須要引入 GLKit庫來運行代碼），每一個面的 CATransform3D 都被轉換成 GLKMatrix4 ，然 後經過 GLKMatrix4GetMatrix3 函數得出一個3×3的旋轉矩陣。這個旋轉矩陣指
定了圖層的方向，而後能夠用它來獲得正太向量的值

點擊事件

，點擊事件的處理由視圖在父視圖中的順 序決定的，並非3D空間中的Z軸順序。當給立方體添加視圖的時候，咱們實際上 是按照一個順序添加，因此按照視圖/圖層順序來講，4，5，6在3的前面。

即便咱們看不見4，5，6的表面（由於被1，2，3遮住了），iOS在事件響應上仍然 保持以前的順序。當試圖點擊表面3上的按鈕，表面4，5，6截斷了點擊事件（取決 於點擊的位置），這就和普通的2D佈局在按鈕上覆蓋物體同樣。

• 同一時間，只有一面能夠點擊，其餘view都不接受事件

這裏有幾種正確的方案：把除了表面3的其餘視圖 userInteractionEnabled 屬性 都設置成 NO 來禁止事件傳遞。或者簡單經過代碼把視圖3覆蓋在視圖6上。不管樣均可以點擊按鈕了（圖5.23）

總結

這一章涉及了一些2D和3D的變換。你學習了一些矩陣計算的基礎，以及如何用 Core Animation建立3D場景。你看到了圖層背後究竟是如何呈現的，而且知道了不 能把扁平的圖片作成真實的立體效果，最後咱們用demo說明了觸摸事件的處理， 視圖中圖層添加的層級順序會比屏幕上顯示的順序更有意義。