[译]构建高性能展开&收缩动画

原文地址:https://developers.google.com/web/updates/2017/03/performant-expand-and-collapse
原文标题:Building performant expand & collapse animations
原文作者:Paul Lewis, Stephen McGruer
翻译:杜梦杰
示例:https://dumengjie.github.io/blog-demos/animated-clip/

TL;DR

进行动画操作时使用scale变换(即transform: scale)。通过限制缩放来阻止子元素在动画过程中变形。

我们之前已经发布过高性能视差滚动和无限滚动效果的文章。本文将讨论如何创建高性能的裁剪动画(Github repo)。

以展开菜单为例:

某些制作展开菜单的方法比其他方法更加高性能。

某些制作展开菜单的方法比其他方法更加高性能。

Bad: 动画操作容器元素的宽高
你可以想到用CSS来操作容器元素的宽度width和高度height。

.menu {
  overflow: hidden;
  width: 350px;
  height: 600px;
  transition: width 600ms ease-out, height 600ms ease-out;
}
.menu--collapsed {
  width: 200px;
  height: 60px;
}

这种方法的问题是要求动画操作宽度width和高度height。这些属性要求每帧都要计算布局并绘制结果,这是非常耗费性能的并且通常会使帧率低于60fps。如果你不了解这些知识,可以阅读我们的渲染性能Rendering Performance指导,以便更好的了解渲染过程。

Bad: 使用 CSS clip 或 clip-path 属性

一种替代方法是使用clip属性(不赞成使用)来实现展开和折叠效果。如果你喜欢的话也可以使用clip-path。但是clip-path的支持性比clip差。但是不建议使用clip属性。是很纠结,但是不要失望,这并不是你想要的解决方法。

.menu {
  position: absolute;
  clip: rect(0px 112px 175px 0px);
  transition: clip 600ms ease-out;
}
.menu--collapsed {
  clip: rect(0px 70px 34px 0px);
}

尽管这种方法比操作宽度width和高度height更好,但是缺点是仍旧会触发重绘。同时,如果你使用clip属性,要求元素必须是绝对定位absolute或固定定位fixed,这也会造成一些额外的问题。

Good: 动画缩放

由于这个效果涉及到元素的缩放,你可以使用scale变换。改变transform并不要求改变布局或重新绘制,这是极好的,并且浏览器可以把这些改变交给GPU来处理,这就意味着变换效果会被加速并很有可能达到60fps。

这种方法的缺点嘛,就和渲染性能Rendering Performance的很多东西一样,需要一些准备工作。但绝对是值得的!

Step 1: 计算出初始状态和结束状态

使用这种缩放动画的方法,第一步就是要知道元素展开和收缩时的尺寸。有些情况下你不能一次就得到所有信息,此时你需要切换不同的类来获取元素的不同状态。如果你这样做的话,需要注意一点:如果与上次运行相比,样式style发生了改变,getBoundingClientRect()(或offsetWidthoffsetHeight)会强制浏览器更新样式和布局styles and layout。

unction calculateCollapsedScale () {
  // The menu title can act as the marker for the collapsed state.
  const collapsed = menuTitle.getBoundingClientRect();
  // Whereas the menu as a whole (title plus items) can act as
  // a proxy for the expanded state.
  const expanded = menu.getBoundingClientRect();
  return {
    x: collapsed.width / expanded.width,
    y: collapsed.height / expanded.height
  }
}

如果操作目标是菜单这样的对象,我们可以合理假设它的初始状态就是自然比例(1,1)。这个自然比例代表展开状态,这意味着需要从缩小的状态(上面计算出来的)回到自然比例。

但是,这种方法也会缩放菜单的内容。如下图所示:

我们应该怎么做呢?你可以为内容应用counter-transform,例如容器缩小到原始尺寸的1/5,你可以把内容放大5倍来避免内容被挤压。

有两点需要注意:

  • counter-transform也是一种缩放操作。就像容器上的动画一样,它也可以被加速。需要确保动画操作的元素有自己的compositor layer,为了这一点可以为元素添加will-change: transform,如果你需要支持旧版浏览器,添加backface-visibility: hiddden。
  • counter-transform每一帧都必须计算。这里就有点棘手了,假设动画是在CSS中且使用了缓动函数easing function,在进行counter-transform操作时缓动函数本身也需要抵消。但是,计算出反曲线,例如cubic-bezier(0, 0, 0.3, 1),并不是那么简单。

使用JavaScript来实现这个动画效果确实很诱人。毕竟,这样的话你就可以使用一个缓动方程来计算出每一帧缩放和反缩放scale and counter-scale的值。当主线程忙碌时就会体现出所有基于JavaScript的动画的缺点,你的动画会阻塞在一起,这对用户体验很不好。

Step 2: 动态创建CSS动画

解决方法看起来可能有些奇怪,就是使用缓动函数动态的创建关键帧动画keyframed animation并注入到页面中让菜单使用。这种方法的主要好处是关键帧动画实现的变形可以运行在compositor上,不会被主线程上的任务所干扰。

为了制作关键帧动画,我们计算出从0%到100%之间元素及其内容所需要的缩放值。这些关键帧动画可以压缩为一个字符串作为一个style element注入到页面中。注入样式会导致页面重新计算样式Recalculate Styles,这个额外工作是浏览器必须做的,但只会在组件启动时运行一次。

function createKeyframeAnimation () {
  // Figure out the size of the element when collapsed.
  let {x, y} = calculateCollapsedScale();
  let animation = '';
  let inverseAnimation = '';
  for (let step = 0; step <= 100; step++) {
    // Remap the step value to an eased one.
    let easedStep = ease(step / 100);
    // Calculate the scale of the element.
    const xScale = x + (1 - x) * easedStep;
    const yScale = y + (1 - y) * easedStep;
    animation += `${step}% {
      transform: scale(${xScale}, ${yScale});
    }`;
    // And now the inverse for the contents.
    const invXScale = 1 / xScale;
    const invYScale = 1 / yScale;
    inverseAnimation += `${step}% {
      transform: scale(${invXScale}, ${invYScale});
    }`;
  }
  return `
  @keyframes menuAnimation {
    ${animation}
  }
  @keyframes menuContentsAnimation {
    ${inverseAnimation}
  }`;
}

你可能会对for循环里的ease()函数非常好奇。你可以使用类似这样的函数来使从0到1的值转化为对应的过渡值。

function ease (v, pow=4) {
  return 1 - Math.pow(1 - v, pow);
}

如果你需要其他的缓动方程,请点击Tween.js by Soledad Penadés,上面有很多资源。

Step 3: 激活CSS动画

动画已经被创建好并放到页面中了,最后一步就是切换类toggle class来激活动画。

.menu--expanded {
  animation-name: menuAnimation;
  animation-duration: 0.2s;
  animation-timing-function: linear;
}
.menu__contents--expanded {
  animation-name: menuContentsAnimation;
  animation-duration: 0.2s;
  animation-timing-function: linear;
}

这样上一步创建的动画就会展现出来啦。由于关键帧动画已经是缓动的了,所以时间函数timing function需要设置为线性linear,否则每帧之间都有缓动看起来会非常的奇怪。

当菜单收缩的时候有两种方法:反向运行CSS动画。这样是没什么问题,但是感觉就像是展开动画的倒放,如果展开时使用了缓出ease-out,那收缩就是缓入ease-in,看起来相当迟缓。更加合适的解决方法是为收缩创造第二套动画。和创建展开关键帧动画的步骤一样,只是交换了开始值和结束值。

const xScale = 1 + (x - 1) * easedStep;
const yScale = 1 + (y - 1) * easedStep;

高级版本: 圆形菜单

使用这种方法也可以实现圆形展开和收缩动画。

和上个版本的原则一样,你可以缩放一个元素,反缩放它的子元素。在这个例子中缩放的元素拥有属性border-radius: 50%,把它变成一个圆,并被一个拥有属性`overflow: hidden;的父元素包裹,意味着你看不到该父元素之外的圆圈放大的部分。

这种方法一个警告:在动画过程中,Chrome浏览器在低DPI屏幕上文字会模糊,这是由于缩放文字会引起舍入误差rounding error。想了解更多细节请点击。

总结

现在你了解了一种构建高性能展开折叠动画的方法。如果动画可以加速那就更完美了,我们在操作clip和clip-path要多加注意,同时杜绝动画变换宽高。

对于这种特效使用Web Animations也是非常方便的,虽然拥有JavaScript API,但如果你只操作transform和opacity的话,它也可以运行在compositor thread上。很可惜Web Animations的支持性并不是很好,不过你可以以渐进增强的方法来使用它。

if ('animate' in HTMLElement.prototype) {
  // Animate with Web Animations.
} else {
  // Fall back to generated CSS Animations or JS.
}

现在你仍可以使用JS库JavaScript-based library来实现动画,但你会发现注入CSS动画会有更加可靠的性能。

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