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Flutter 3D动画

岛上码农 人气:1

前言

本篇我们继续介绍 Flutter 绘图的 Path 的应用。Flutter 的 Path 类提供了一个三维空间的变换方法，可以实现路径在三维空间的平移、旋转等操作，从而可以实现3D 绘制的效果。通过本篇你将了解到：

Path 的 transform 方法

Path 类的 transform 方法 将给定的Path 通过一个Float64List的对象进行三维变换，然后返回变换后的 Path对象，方法定义如下。

Path transform(Float64List matrix4) {
  assert(_matrix4IsValid(matrix4));
  final Path path = Path._();
  _transform(path, matrix4);
  return path;
}

其中 Float64List 一般都是通过 Matrix4 对象的 storage得到，例如我们在 x 方向平移5.0，可以按如下方式得到对应的 Float64List 对象。

var transform = (Matrix4.identity()
  ..translate(5.0, 0.0, 0.0)).storage;

Matrix4提供了平移、旋转、逆矩阵等多种方法，有兴趣的可以看一下 Matrix4的源码，实际上就是大学线性代数课（这门课还挺难的）的矩阵乘法内容。

绕任意点旋转

网上关于绕任意点的旋转推导很多，这里就不再赘述，结论就是实际上三个矩阵，先按给定点的（x，y，z）平移，再按给定的角度旋转，再按给定点的反向（-x，-y，-z）平移。比如下面是围绕 point 点，在 X 轴方向旋转 angle 角度的变换代码。

var transform = Matrix4.identity()
  ..translate(point.dx, point.dy, point.dz)
  ..rotateX(angle)
  ..translate(-point.dx, -point.dy, -point.dz);

卡片3D 旋转实现

有了上面的基础，我们就可以实现卡片的3D旋转效果了。

这个实际就是用 Path 绘制了一个实心的正方形，然后绕中心点同时在 X 轴和 Y 轴旋转，旋转的角度由动画来控制。然后在动画值的中间的变更颜色，就看起来像是两面了。具体实现的代码如下。

var paint = Paint()
  ..style = PaintingStyle.fill
  ..color = Colors.blue[400]!
  ..strokeWidth = 4.0;

var center = Offset(size.width / 2, size.height / 2);
var path = Path();
final rectSize = 100.0;
path.addRect(Rect.fromCenter(
    center: Offset(center.dx, center.dy),
    width: rectSize,
    height: rectSize));
var transform = Matrix4.identity()
  ..translate(center.dx, center.dy, 0.0)
  ..rotateX(pi * animationValue)
  ..rotateY(pi * animationValue)
  ..translate(-center.dx, -center.dy, 0.0);

var transformedPath = path.transform(transform.storage);
if (animationValue < 0.5) {
  paint.color = Colors.blue[400]!;
} else {
  paint.color = Colors.red;
}
canvas.drawPath(transformedPath, paint);

我们还可以绕 Z 轴旋转来看看效果。

日历翻页效果

老的日历通常是挂在墙上，过了一天就把这一天的翻上去。

观察上面的图，下面的部分是矩形，上面翻上去的会有一个曲度，这个我们可以通过贝塞尔曲线来实现。然后，翻页过程其实就是从下面绕中间位置旋转岛上面的过程，只是在旋转过程中需要同时更改绘制的路径，逐步从矩形过渡到带有曲度的形状。

下半部分绘制

下半部分绘制比较简单，我们为了体现日历的厚度，可以绘制多个高度错开的矩形，并且颜色有点偏差，看起来就像有厚度了。

绘制代码如下，这里有两个关键点，一个是每次绘制的矩形会往下偏和往右偏移一定的位置，另一个是更改绘制颜色的透明度，这样就会有厚度的感觉了。

var bottomPath = Path();
for (var i = 0; i < 10; ++i) {
  bottomPath.addRect(Rect.fromCenter(
      center: Offset(
          size.width / 2 + i / 1.5, center.dy + rectSize / 2 + i * 1.5),
      width: rectSize,
      height: rectSize));
  paint.color = Colors.white70.withAlpha(240 + 10 * i);
  canvas.drawPath(bottomPath, paint);

上半部分的绘制

上半部分我们的侧边绘制一定的曲度，这样看着像翻过后卷起来的感觉。因为有部分卷起来了，因此高度会比下半部分低一些，曲度我们通过贝塞尔曲线控制，绘制的代码如下，这里有两个常量，一个是 topHeight 代表上半部分的高度，一个是 flippedSize，用于控制贝塞尔曲线的曲度。

final topHeight = 90.0;
final flippedSize = -10.0;

var topPath = Path();
topPath.moveTo(center.dx - rectSize / 2, center.dy);
topPath.lineTo(center.dx + rectSize / 2, center.dy);
topPath.quadraticBezierTo(
    center.dx + rectSize / 2 + flippedSize,
    center.dy - topHeight / 2,
    center.dx + rectSize / 2,
    center.dy - topHeight);
topPath.lineTo(center.dx - rectSize / 2, center.dy - topHeight);
topPath.quadraticBezierTo(center.dx - rectSize / 2 + flippedSize,
    center.dy - topHeight / 2, center.dx - rectSize / 2, center.dy);
canvas.drawPath(topPath, paint);

绘制的效果如下，看起来就有日历的感觉了。

翻页动效绘制

翻页动效实际上就是再画一个 Path，这个对象在动画过程中逐步从矩形转换为上半部分的图形，同时通过旋转动效翻转上去 —— 也就是其实我们绘制的是下半部分，只是通过旋转翻上去实现翻页的动效。实现的代码如下，主要的逻辑为：

下边缘的Y 轴位置在 animationValue = 0.0的时候等于下半部分的下边缘Y 轴的位置（rectSize），在 animationValue = 1.0的时候等于上半部分的上边缘Y 轴相对中心点对称位置的，即 center.dy + topHeight，因此得到高度变化的计算代码如下面第2行代码所示。这里增加了一些小的偏移，主要是为了和上下部分有点偏移量，这样能够将翻页和其他部分区分开。

左右两侧的曲度一开始是0，直到翻到中间位置后才显示，这个通过第3到第6行控制，当 animationValue < 0.5的时候，aniamtedFlippedSize 一直是0，即贝塞尔的控制点和起止点在同一条直线上，这样就不会有曲度了，等到animationValue > 0.5后，曲度跟随 animationValue 变化，最终和上半部分的曲度保持一致，这样旋转上去后能够重合。

旋转采用上面我们说的绕任意一点旋转的方式实现，这里我们是绕屏幕的中心，绕 X轴旋转，角度范围是0-180度。

最后是我们更改了翻页的颜色，这个主要是能够通过颜色区分，如果是相同的颜色的话就分不太出来了。

var flippedPath = Path();
var endY = rectSize - 2 + (topHeight - 1 - rectSize) * animationValue;
var animatedFlippedSize = 0.0;
if (animationValue > 0.5) {
  animatedFlippedSize = flippedSize * animationValue;
}
var offsetX = (1 - animationValue) * 4.0;
flippedPath.moveTo(center.dx - rectSize / 2, center.dy);
flippedPath.lineTo(center.dx + rectSize / 2, center.dy);
flippedPath.quadraticBezierTo(
    center.dx + rectSize / 2 + animatedFlippedSize - offsetX,
    center.dy + endY / 2,
    center.dx + rectSize / 2 - offsetX,
    center.dy + endY);

flippedPath.lineTo(center.dx - rectSize / 2 - offsetX, center.dy + endY);
flippedPath.quadraticBezierTo(
    center.dx - rectSize / 2 + animatedFlippedSize,
    center.dy + endY / 2,
    center.dx - rectSize / 2,
    center.dy);
var transform = Matrix4.identity()
  ..translate(center.dx, center.dy, 0.0)
  ..rotateX(pi * animationValue)
  ..translate(-center.dx, -center.dy, 0.0);
var transformedPath = flippedPath.transform(transform.storage);
if (animationValue < 0.5) {
  paint.color = Colors.white;
} else {
  paint.color = Colors.green[300]!;
}
canvas.drawPath(transformedPath, paint);

最终的实现效果如下所示。

总结

本篇介绍了Flutter 绘图中的 Path类的三维空间变换方法和应用，可以看到，基于三维变换可以实现3D效果图形的绘制和实现3D 动效，这在有些特殊绘制的场景中或增添趣味性十分有用。

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