iOS最全面的关于CATransform3D的解析
2017-02-21 10:27
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CATransform3D是
QuartzCore下声明的一个结构体,文档对它的描述:
The transform matrix is used to rotate, scale, translate, skew, and project the layer content. Functions are provided for creating, concatenating, and modifying CATransform3D data.
它是用来对一个layer的内容进行旋转、缩放、平移、扭转变化的变形矩阵,它提供了一些创建、叠加和修改(layer的)CATransform3D数据的函数。
它作为
CALayer的一个属性对外访问,注释说明:
A transform applied to the layer relative to the anchor point of its bounds rect. Defaults to the identity transform. Animatable.
它以一个layer的锚点为准,将形变作用于此layer的范围内。默认是初始值,
Animatable意味着此属性可以作用于动画。
分析
首先来看它的定义:public struct CATransform3D { public var m11: CGFloat public var m12: CGFloat public var m13: CGFloat public var m14: CGFloat public var m21: CGFloat public var m22: CGFloat public var m23: CGFloat public var m24: CGFloat public var m31: CGFloat public var m32: CGFloat public var m33: CGFloat public var m34: CGFloat public var m41: CGFloat public var m42: CGFloat public var m43: CGFloat public var m44: CGFloat public init() public init(m11: CGFloat, m12: CGFloat, m13: CGFloat, m14: CGFloat, m21: CGFloat, m22: CGFloat, m23: CGFloat, m24: CGFloat, m31: CGFloat, m32: CGFloat, m33: CGFloat, m34: CGFloat, m41: CGFloat, m42: CGFloat, m43: CGFloat, m44: CGFloat) }
属性
它有16个存储属性,含义如下:
m11:x轴方向进行缩放
m12:和m21一起决定z轴的旋转
m13:和m31一起决定y轴的旋转
m14:
m21:和m12一起决定z轴的旋转
m22:y轴方向进行缩放
m23:和m32一起决定x轴的旋转
m24:
m31:和m13一起决定y轴的旋转
m32:和m23一起决定x轴的旋转
m33:z轴方向进行缩放
m34:透视效果,m34 = -1 / D,D越小,透视效果越明显,必须在有旋转效果的前提下,才会看到透视效果。
m41:x轴方向进行平移
m42:y轴方向进行平移
m43:z轴方向进行平移
m44:初始为1
矩阵乘法计算
同时它声明了一个
默认构造器和一个
成员逐一构造器,但这并不常用。
函数
/* 初始化一个CATransform3D的实例,默认的值是[1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 0 0 1]*/ public let CATransform3DIdentity: CATransform3D /* 判断一个CATransform3D的实例是否是初始化值。*/ public func CATransform3DIsIdentity(_ t: CATransform3D) -> Bool /* 判断两个CATransform3D的实例的值是否相等。*/ public func CATransform3DEqualToTransform(_ a: CATransform3D, _ b: CATransform3D) -> Bool
/* 以默认值为基准,返回一个平移'(tx, ty, tz)'后的CATransform3D实例t': * t' = [1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; tx ty tz 1] * tx, ty, tz分别代表在x方向、y方向、z方向的位移量 */ public func CATransform3DMakeTranslation(_ tx: CGFloat, _ ty: CGFloat, _ tz: CGFloat) -> CATransform3D /* 以默认值为基准,返回一个缩放'(sx, sy, sz)'后的CATransform3D实例t': * t' = [sx 0 0 0; 0 sy 0 0; 0 0 sz 0; 0 0 0 1] * sx, sy, sz分别代表在x方向、y方向、z方向的缩放比例,缩放是以layer的中心对称变化 * 当sx < 0时,layer会在缩放的基础上沿穿过其中心的竖直线翻转 * 当sy < 0时,layer会在缩放的基础上沿穿过其中心的水平线翻转 */ public func CATransform3DMakeScale(_ sx: CGFloat, _ sy: CGFloat, _ sz: CGFloat) -> CATransform3D /* 以默认值为基准,返回一个沿矢量'(x, y, z)'轴线,逆时针旋转'angle'弧度后的CATransform3D实例 * 弧度 = π / 180 × 角度,'M_PI'代表180角度 * x,y,z决定了旋转围绕的轴线,取值为[-1, 1]。例如(1,0,0)是绕x轴旋转,(0.5,0.5,0)是绕x轴与y轴夹角45°为轴线旋转 */ public func CATransform3DMakeRotation(_ angle: CGFloat, _ x: CGFloat, _ y: CGFloat, _ z: CGFloat) -> CATransform3D
/* 以't'为基准,返回一个平移'(tx, ty, tz)'后的CATransform3D实例t': * t' = translate(tx, ty, tz) * t. * '(tx, ty, tz)'同'CATransform3DMakeTranslation' */ public func CATransform3DTranslate(_ t: CATransform3D, _ tx: CGFloat, _ ty: CGFloat, _ tz: CGFloat) -> CATransform3D /* 以't'为基准,返回一个缩放'(sx, sy, sz)'后的CATransform3D实例t': * t' = scale(sx, sy, sz) * t. * '(sx, sy, sz)'同'CATransform3DMakeScale' */ public func CATransform3DScale(_ t: CATransform3D, _ sx: CGFloat, _ sy: CGFloat, _ sz: CGFloat) -> CATransform3D /* 以't'为基准,返回一个沿矢量'(x, y, z)'轴线,逆时针旋转'angle'弧度后的CATransform3D实例t': * t' = rotation(angle, x, y, z) * t. * '(angle, x, y, z)'同'CATransform3DMakeRotation' */ public func CATransform3DRotate(_ t: CATransform3D, _ angle: CGFloat, _ x: CGFloat, _ y: CGFloat, _ z: CGFloat) -> CATransform3D
/* 叠加两个CATransform3D实例的值并返回得到的CATransform3D实例t': * t' = a * b. */ public func CATransform3DConcat(_ a: CATransform3D, _ b: CATransform3D) -> CATransform3D /* 反转一个CATransform3D实例并返回结果 * 如果没有翻转则返回原始矩阵 */ public func CATransform3DInvert(_ t: CATransform3D) -> CATransform3D /* 将一个CGAffineTransform实例转换得到一个同样效果的CATransform3D实例 */ public func CATransform3DMakeAffineTransform(_ m: CGAffineTransform) -> CATransform3D /* 判断一个CATransform3D实例能否被成功的转换成一个CGAffineTransform实例 */ public func CATransform3DIsAffine(_ t: CATransform3D) -> Bool /* 将一个CATransform3D实例转换得到一个同样效果的CGAffineTransform实例 * 如果不能成功转换,则返回空值 */ public func CATransform3DGetAffineTransform(_ t: CATransform3D) -> CGAffineTransform
基本使用
平移
let transformTranslation = CATransform3DMakeTranslation(0, 100, 0) imageView.layer.transform = transformTranslation
缩放
let transformSclae = CATransform3DMakeScale(0.5, 0.5, 1) imageView.layer.transform = transformSclae
旋转
let transformRotation = CATransform3DMakeRotation(CGFloat(M_PI_4), 0, 0, 1) imageView.layer.transform = transformRotation
叠加
let transformTranslation = CATransform3DMakeTranslation(0, 100, 0) let transformSclae = CATransform3DMakeScale(0.5, 0.5, 1) let transformConcat = CATransform3DConcat(transformTranslation, transformSclae) imageView.layer.transform = transformConcat
反转
let transformSclae = CATransform3DMakeScale(0.5, 0.5, 1) let transformInvert = CATransform3DInvert(transformSclae) imageView.layer.transform = transformInvert
注意问题
CATransform3DConcat有什么用?如果想同时平移和缩放为什么不先使用
CATransform3DMakeTranslation再使用
CATransform3DMakeScale来实现?
这样的使用结果只有最后的修改或赋值才会生效。
回头看'CATransform3DMake...'系列函数的说明:以默认值为基准,...先使用
CATransform3DMakeTranslation平移后,值是
[1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; tx ty tz 1]。接下来使用
CATransform3DMakeScale时,修改的值以初始化的默认值
[1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 0 0 1]为基准,得到的值为
[sx 0 0 0; 0 sy 0 0; 0 0 sz 0; 0 0 0 1],上一步平移的修改不再生效,以此类推。
你还可以使用不带'Make'的'CATransform3D...'系列函数,它需要传入一个
CATransform3D实例,并以此为基准进行形变,可以实现和
CATransform3DConcat同样的效果。
为什么使用
CATransform3DMakeRotation或
CATransform3DRotate,绕平行于x轴或y轴的某一条线旋转后,感觉内容被压扁了,并没有旋转呢?
其实是旋转了,只不过没有透视效果(简单来说就是近大远小的视觉效果),看起来就像是”压扁了“。
如果想要内容看起来有旋转的立体效果,可以修改实例
m34属性的值,它决定透视效果,
m34 = -1 / D,
D越小,透视效果越明显。你可以这样使用:
var transform = CATransform3DIdentity transform.m34 = -1 / 400.0 transform = CATransform3DRotate(transform, CGFloat(M_PI_4), 0, 1, 0) imageView.layer.transform = transform
D具体的取值范围需要开发者根据实际显示效果调试,建议取400左右。
另外,将上面代码旋转的角度变成
M_PI(180°)后,可以观察到它的背面。图层是双面绘制的,背面显示的是正面的一个镜像图片。
当场景中不需要展示背面内容时,这个机制有可能让GPU绘制了无意义的内容,造成资源浪费。我们可以通过
CALayer的
isDoubleSided属性来控制图层的背面是否要被绘制。这是一个
Bool类型,默认为
true,如果设置为
false,将会取消背面的绘制工作。
使用
CATransform3DMakeTranslation或
CATransform3DTranslate改变z方向位移量?
这样会改变不同视图之间的遮挡关系。
3D空间中,视图在z方向也有值,默认值是0,你可以想象成里手机屏幕的远近。当z值越大,表示离屏幕越近。但我建议不要这样使用。
比如我添加了两张图片,遮挡关系是这样的:
然后使用
CATransform3DMakeTranslation修改了下图的z方向位移量为1,变成了这样:
看起来下图盖住了上图,但是来看图层层级:
上图依然处于下图的”上部“,这样的操作有可能造成布局紊乱或显示异常,请慎用。
修改
CATransform3D对
frame的影响?
修改
CATransform3D的值也同样会作用于
frame。
这意味着,使用
CATransform3DMakeRotation或
CATransform3DRotate后,view的
frame有可能发生变化。例如将一个正方逆时针旋转45°后,此时的
width就变成了其对角线的长度,同样
x和
y的值也发生了改变。
若在动画开启后,默认情况下视图的
frame会直接更新到最新的状态,也就是动画将要运动到的位置。因此,在动画期间处理view的点击事件需要特别考虑。
CATransform3D和
CGAffineTransform的区别?
CATransform3D包含于
QuartzCore,是贯穿
Core Animation的一个4x4标准变形矩阵,作为
CALayer的一个属性,常用来对内容进行3D变换。由于
Core Animation是建立在
OpenGL之上的,
CALayer是
OpenGL结构的一种封装,所以
CATransform3D有着与
OpenGL模型视图矩阵相同的内部结构。
CGAffineTransform包含于
Core Graphics,是一个3x3的仿射矩阵,作为
UIView的一个属性,常用来绘制2D图像或进行2D变换。
当满足条件时,
CATransform3D和
CGAffineTransform可以通过各自提供的函数进行等价转换。
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