使用 requestAnimationFrame 实现复杂动画序列管理-js教程-PHP中文网

使用 requestanimationframe 实现复杂动画序列管理

本文深入探讨了如何利用 requestAnimationFrame API 有效管理和编排复杂的动画序列。针对直接调用 requestAnimationFrame 导致动画同时执行的问题，文章提出了一种通用的插值动画序列管理方案。通过详细解析核心代码结构、参数、内部逻辑及示例，展示了如何实现平滑的过渡、自定义缓动函数以及复杂的动画组合，为开发者提供了构建高性能、可控动画的专业指南。

1. requestAnimationFrame 与动画序列挑战

在 Web 开发中，requestAnimationFrame 是实现流畅动画的首选 API。它会通知浏览器在下一次重绘之前执行指定的回调函数，从而确保动画与浏览器帧率同步，避免丢帧，并减少 CPU/GPU 负载。

然而，当需要按顺序执行多个动画时，直接简单地链式调用 requestAnimationFrame 往往会导致意想不到的结果——动画同时运行而非顺序执行。考虑以下一个简单的淡出（fadeOut）和淡入（fadeIn）效果的实现：

let alpha = 1; // 全局透明度变量
const delta = 0.02; // 透明度变化步长
let ctx; // Canvas 2D 上下文

function fadeOut(content) {
    console.log('fade out');
    alpha -= delta;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // 清除画布

    ctx.globalAlpha = alpha; // 设置全局透明度
    content(); // 绘制内容
    if (alpha > 0) {
        requestAnimationFrame(fadeOut.bind(this, content));
    } else {
        alpha = 1; // 重置透明度，为下一个动画准备
        ctx.globalAlpha = alpha;
    }
}

function fadeIn(content) {
    console.log('fade in');
    alpha += delta;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // 清除画布

    ctx.globalAlpha = alpha; // 设置全局透明度
    content(); // 绘制内容

    if (alpha < 1) {
        requestAnimationFrame(fadeIn.bind(this, content));
    } else {
        alpha = 1; // 重置透明度
        ctx.globalAlpha = alpha;
    }
}

// 假设 drawMap 是一个绘制内容的函数
// ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');
// requestAnimationFrame(fadeOut.bind(this, drawMap.bind(this, MAP1)));
// requestAnimationFrame(fadeIn.bind(this, drawMap.bind(this, MAP1))); // 这样调用会导致同时运行

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上述代码中的 fadeOut 和 fadeIn 函数各自通过 requestAnimationFrame 递归调用，可以独立实现淡出或淡入效果。但如果像注释中那样，紧接着调用 requestAnimationFrame(fadeOut(...)) 和 requestAnimationFrame(fadeIn(...))，它们将几乎同时被安排到下一个动画帧执行。这是因为 requestAnimationFrame 仅仅是请求在 下一个可用帧 执行回调，而不是等待当前动画完成。因此，我们需要一个更精细的机制来管理动画的顺序和状态。

2. 通用动画序列管理方案

为了解决上述问题，我们可以构建一个通用的动画序列管理器，它能够接收一系列动画步骤，并按序执行它们，同时支持自定义持续时间、缓动函数和插值范围。

以下是一个名为 animateInterpolationSequence 的高级函数，它能够管理任意复杂的动画序列：

function animateInterpolationSequence (callback, ...sequence) {
    if (sequence.length === 0) {
        return null;
    }

    // 为了更高的精度，将时间戳乘以100，避免浮点误差
    let animationTimeStart = Math.floor(performance.now() * 100);
    let timeStart = animationTimeStart; // 当前序列项的起始时间
    let duration = 0; // 当前序列项的持续时间
    let easing; // 当前序列项的缓动函数
    let valueStart; // 当前插值范围的起始值
    let valueEnd = sequence[0].start; // 当前插值范围的结束值，初始化为第一个序列项的起始值
    let nextId = 0; // 下一个要处理的序列项索引
    // 判断最后一个序列项的 end 属性是否为数字，决定是否循环
    let looped = (typeof sequence[sequence.length - 1].end !== 'number');
    let alive = true; // 动画是否仍在运行的标志
    let rafRequestId = null; // requestAnimationFrame 的 ID，用于取消动画

    // requestAnimationFrame 的回调函数
    function update (time) {
        // 如果是第一次调用，time 使用 animationTimeStart；否则使用传入的时间戳
        time = (rafRequestId === null)
            ? animationTimeStart
            : Math.floor(time * 100);

        // 循环处理已完成的序列项
        while (time - timeStart >= duration) {
            if (sequence.length > nextId) {
                // 处理下一个序列项
                let currentItem = sequence[nextId++];
                let action =
                    (sequence.length > nextId) // 如果后面还有序列项，则继续
                        ? 'continue':
                    (looped) // 如果设置了循环，则回到第一个序列项
                        ? 'looping'
                        : 'finishing'; // 否则，动画即将结束

                if (action === 'looping') {
                    nextId = 0; // 重置到第一个序列项
                }
                timeStart += duration; // 更新当前序列项的起始时间
                duration = Math.floor(currentItem.duration * 100); // 更新持续时间
                easing = (typeof currentItem.easing === 'function') ? currentItem.easing : null; // 获取缓动函数
                valueStart = valueEnd; // 当前插值起始值是上一个插值的结束值
                // 根据 action 确定下一个插值结束值
                valueEnd = (action === 'finishing') ? currentItem.end : sequence[nextId].start;
            } else {
                // 所有序列项都已处理完毕，动画结束
                safeCall(() => callback((time - animationTimeStart) / 100, valueEnd, true));
                return; // 终止动画循环
            }
        }

        // 插值计算
        let x = (time - timeStart) / duration; // 归一化的时间进度 (0 到 1)
        if (easing) {
            x = safeCall(() => easing(x), x); // 应用缓动函数
        }
        let value = valueStart + (valueEnd - valueStart) * x; // 线性插值

        // 继续动画
        safeCall(() => callback((time - animationTimeStart) / 100, value, false));
        if (alive) {
            rafRequestId = window.requestAnimationFrame(update); // 请求下一帧
        }
    }

    // 异常捕获辅助函数，避免动画因错误中断
    function safeCall (callback, defaultResult) {
        try {
            return callback();
        } catch (e) {
            window.setTimeout(() => { throw e; }); // 异步抛出错误，不阻塞主线程
            return defaultResult;
        }
    }

    update(); // 立即启动动画
    // 返回一个停止动画的函数
    return function stopAnimation () {
        window.cancelAnimationFrame(rafRequestId);
        alive = false;
    };
}

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2.1 animateInterpolationSequence 函数解析

这个函数是整个动画管理的核心。它接收两个主要参数：

callback: 这是一个在每一帧动画更新时被调用的函数。它接收三个参数：
- elapsedTime: 动画从开始到当前的总耗时（秒）。
- interpolatedValue: 当前帧计算出的插值。
- isFinished: 一个布尔值，指示动画序列是否已全部完成。
...sequence: 这是一个可变参数，表示动画序列的定义。每个序列项都是一个对象，通常包含：
- start: 当前动画段的起始值（用于插值）。
- duration: 当前动画段的持续时间（毫秒）。
- easing (可选): 一个缓动函数，用于调整插值进度。

内部工作机制：

时间管理与精度：
- performance.now() 提供高精度时间戳。为了避免浮点误差，所有时间值都被乘以 100 转换为整数进行内部计算，最后再除以 100 转换回秒或毫秒。
- animationTimeStart: 整个动画序列开始的绝对时间。
- timeStart: 当前正在执行的序列项的起始时间。
- duration: 当前序列项的持续时间。
序列项迭代 (while 循环)：
- update 函数的核心是一个 while (time - timeStart >= duration) 循环。这个循环非常关键，它确保即使在浏览器卡顿导致帧率下降时，动画也能“追赶”上预定的进度。如果一帧跳过了多个序列项的持续时间，它会迅速迭代并处理完所有已完成的序列项，确保动画状态的正确性。
- nextId: 跟踪当前正在处理的序列项的索引。
- action: 判断当前序列项完成后是继续下一个、循环还是结束。
插值计算：
- x = (time - timeStart) / duration: 计算当前序列项的归一化时间进度，范围从 0 到 1。
- easing: 如果定义了缓动函数，x 会通过缓动函数进行变换，从而实现非线性的动画效果（如加速、减速）。
- value = valueStart + (valueEnd - valueStart) * x: 根据归一化的进度 x 进行线性插值，得到当前帧的动画值。
回调与递归：

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- callback 函数在每一帧被调用，将计算出的插值 value 传递给外部逻辑，例如更新 Canvas 元素的绘制。
- window.requestAnimationFrame(update) 递归调用自身，实现动画循环。
异常处理 (safeCall)：
- safeCall 函数包裹了 callback 的调用，它捕获回调函数中可能发生的错误，并使用 setTimeout 异步抛出，从而避免动画主循环被中断。
动画停止：
- animateInterpolationSequence 返回一个 stopAnimation 函数，外部可以通过调用它来取消正在进行的动画。它通过 cancelAnimationFrame 停止 requestAnimationFrame 循环，并设置 alive 标志为 false，确保 update 函数不再请求下一帧。

3. 缓动函数（Easing Functions）

缓动函数允许动画在不同阶段以不同的速度进行，使动画看起来更自然、更有动感。它们通常接收一个 0 到 1 之间的进度值 x，并返回一个经过变换的 0 到 1 之间的值。

例如，一个五次方的缓出函数 easeOutQuint：

function easeOutQuint (x) {
    return 1 - Math.pow(1 - x, 5);
}

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4. 示例：Canvas 星形动画

为了演示 animateInterpolationSequence 的用法，我们创建一个在 Canvas 上绘制星形的函数 renderStar，并将其作为回调函数传递给动画序列管理器。

// 获取 Canvas 元素和 2D 上下文
const canvas = document.getElementById('canvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

function renderStar (alpha, rotation, corners, density) {
    ctx.save(); // 保存当前 Canvas 状态

    // 清除画布
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

    // 绘制棋盘格背景（可选，用于视觉效果）
    ctx.fillStyle = 'rgba(0, 0, 0, .2)';
    let gridSize = 20;
    for (let y = 0; y * gridSize < canvas.height; y++) {
        for (let x = 0; x * gridSize < canvas.width; x++) {
            if ((y + x + 1) & 1) {
                ctx.fillRect(x * gridSize, y * gridSize, gridSize, gridSize);
            }
        }
    }

    // 星形几何计算
    let centerX = canvas.width / 2;
    let centerY = canvas.height / 2;
    let radius = Math.min(centerX, centerY) * 0.9; // 星形半径
    function getCornerCoords (corner) {
        let angle = rotation + (Math.PI * 2 * corner / corners);
        return [
            centerX + Math.cos(angle) * radius,
            centerY + Math.sin(angle) * radius
        ];
    }

    // 构建星形路径
    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(...getCornerCoords(0));
    for (let i = density; i !== 0; i = (i + density) % corners) {
        ctx.lineTo(...getCornerCoords(i));
    }
    ctx.closePath();

    // 绘制星形
    ctx.shadowColor = 'rgba(0, 0, 0, .5)';
    ctx.shadowOffsetX = 6;
    ctx.shadowOffsetY = 4;
    ctx.shadowBlur = 5;
    ctx.fillStyle = `rgba(255, 220, 100, ${alpha})`; // 根据传入的 alpha 值设置填充颜色
    ctx.fill();
    ctx.restore(); // 恢复之前保存的 Canvas 状态
}

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在 renderStar 函数中，alpha 参数将由 animateInterpolationSequence 计算并传递，实现星形的透明度变化。rotation 参数通过 Date.now() / 1000 实时计算，使星形持续旋转。

5. 动画序列组合与演示

现在，我们可以定义一个复杂的动画序列，并将其传递给 animateInterpolationSequence。

// 示例动画序列定义
animateInterpolationSequence(
    // 每一帧的回调函数：更新星形绘制
    (time, value, finished) => {
        // value 是插值后的 alpha 值
        // Date.now() / 1000 用于使星形持续旋转
        renderStar(value, Date.now() / 1000, 5, 2);
    },

    // 序列项定义：
    { start: 1, duration: 2000 }, // 0 到 2 秒：保持不透明 (alpha = 1)

    // 2 到 3 秒：线性淡出 + 淡入 (alpha: 1 -> 0 -> 1)
    { start: 1, duration: 500  },
    { start: 0, duration: 500  },
    { start: 1, duration: 500  }, // 3 到 4 秒：再次线性淡出 + 淡入
    { start: 0, duration: 500  },

    { start: 1, duration: 2000 }, // 4 到 6 秒：保持不透明

    // 6 到 7 秒：使用自定义缓动函数 easeOutQuint 进行淡出 + 淡入
    { start: 1, duration: 500,    easing: easeOutQuint },
    { start: 0, duration: 500,    easing: easeOutQuint },
    { start: 1, duration: 500,    easing: easeOutQuint }, // 7 到 8 秒：再次使用缓动函数
    { start: 0, duration: 500,    easing: easeOutQuint },

    { start: 1, duration: 2000 }, // 8 到 10 秒：保持不透明
    { start: 1, duration: 0    }, // 瞬间切换到下一个状态 (持续时间为 0)

    // 10 到 11 秒：闪烁效果 (使用立即切换和短暂等待)
    ...((delay, times) => {
        let items = [
            { start: .75, duration: delay }, // 等待一段时间 (alpha = 0.75)
            { start: .75, duration: 0     }, // 瞬间切换到 0.25
            { start: .25, duration: delay }, // 等待一段时间 (alpha = 0.25)
            { start: .25, duration: 0     }  // 瞬间切换到 0.75
        ];
        while (--times) { // 重复闪烁多次
            items.push(items[0], items[1], items[2], items[3]);
        }
        return items;
    })(50, 20) // 每次闪烁延迟 50ms，重复 20 次
);

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对应的 HTML 结构：

<canvas id="canvas" width="400" height="180"></canvas>

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这段代码定义了一个复杂的动画序列：

初始 2 秒保持不透明。
接着是两次线性淡出淡入的循环。
再保持 2 秒不透明。
然后是两次使用 easeOutQuint 缓动函数的淡出淡入循环。
最后是 2 秒不透明，然后紧接着一个复杂的闪烁效果，通过设置 duration: 0 实现瞬间切换，并结合短暂的 delay 来控制闪烁频率。

6. 注意事项与总结

性能优化： requestAnimationFrame 是实现高性能动画的关键。它确保浏览器在最佳时机进行重绘，避免不必要的计算。
状态管理： 动画序列管理器的核心在于对动画状态（当前序列项、时间进度、插值范围）的精确管理。
时间精度： 使用 performance.now() 获取高精度时间戳，并进行适当的单位转换（如乘以 100）以减少浮点误差，可以确保动画的平滑性。
缓动函数： 灵活运用缓动函数能极大地提升动画的视觉效果和用户体验。
可取消性： 提供 stopAnimation 函数是良好的实践，允许在需要时优雅地停止动画。
错误处理： safeCall 模式可以防止回调函数中的错误中断整个动画循环。
通用性： 这种通用动画序列管理方案不仅适用于透明度变化，还可以应用于任何需要数值插值的动画，例如位置、大小、颜色等属性的变化。

通过 animateInterpolationSequence 这样的通用解决方案，开发者可以轻松地编排复杂的动画序列，实现从简单的淡入淡出到复杂的场景切换，极大地提高了动画开发的可控性和效率。

以上就是使用 requestAnimationFrame 实现复杂动画序列管理的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！

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