关于android:妙啊用Jetpack-Compose绘制出可爱的天气动画

1. 我的项目背景

最近加入了 Compose 挑战赛的终极挑战，应用 Compose 实现了一个天气 app。之前几轮挑战也都有参加，每次都学到不少新货色。现在迎来最终挑战，心愿能将这段时间的积攒活学活用，做出更加成熟的作品。

我的项目挑战

因为没有美工帮助，所以我思考通过代码实现 app 中的所有 UI 元素例如各种 icon 等，这样的 UI 在任何分辨率下都不会失真，跟重要的是能够灵便地实现各种动画成果。

为了升高实现老本，我将 app 中的 UI 元素定义成偏卡通的格调，能够更容易地通过代绘实现：

下面的动画没有应用 gif、lottie 或者其余动态资源，所有图形都是基于 Compose 代码绘制的。

2. MyApp：CuteWeather

App 界面比拟简洁，采纳单页面出现（挑战赛要求），卡通格调的天气动画算是绝对于同类 app 的特色：

我的项目地址:https://github.com/vitaviva/c…

App 界面形成

App 纵向划分为几个性能区域，每个区域都波及到一些不同的 Compose API 的应用

波及技术点较多，本文次要介绍如何应用 Compose 绘制自定义图形、并基于这些图形实现动画，其余内容有机会再独自介绍。

3. Compose 自定义绘制

像惯例的 Android 开发一样，除了提供各种默认的 Composable 控件以外，Compose也提供了 Canvas 用来绘制自定义 UI。

其实 Canvas 相干 API 在各个平台都大同小异，但在 Compose 上的应用有以下特点：

• 用申明式的形式创立和应用 Canvas
• 通过 DrawScope 提供必要的 state 及各种 APIs
• API 更简略易用

申明式地创立和应用 Canvas

Compose 中，Canvas作为 Composable，能够申明式地增加到其余 Composable 中，并通过Modifier 进行配置

Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){ // this: DrawScope 
 // 外部进行自定义绘制
}

传统形式须要获取 Canvas 句柄命令式的进行绘制，而 Canvas{...} 通过状态驱动的形式在 block 内执行绘制逻辑、刷新 UI。

弱小的 DrawScope

Canvas{...}外部通过 DrawScope 提供必要的 state 用来获取以后绘制所需环境变量，例如咱们最罕用的 size。DrawScope还提了各种罕用的绘制 API，例如 drawLine 等

Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){
 // 通过 size 获取以后 canvas 的 width 和 height
    val canvasWidth = size.width
    val canvasHeight = size.height

 // 绘制直线
    drawLine(start = Offset(x=canvasWidth, y = 0f),
        end = Offset(x = 0f, y = canvasHeight),
        color = Color.Blue,
        strokeWidth = 5F // 设置直线宽度
    )
}

下面代码绘制成果如下：

简略易用的 API

传统的 Canvas API 须要进行 Paint 等配置；DrawScope 提供的 API 更简略，应用更敌对。

例如绘制一个圆，传统的 API 是这样：

public void drawCircle(float cx, float cy, float radius, @NonNull Paint paint) {//...}

DrawScope 提供的 API：

fun drawCircle(
    color: Color,
    radius: Float = size.minDimension / 2.0f,
    center: Offset = this.center,
    alpha: Float = 1.0f,
    style: DrawStyle = Fill,
    colorFilter: ColorFilter? = null,
    blendMode: BlendMode = DefaultBlendMode
) {...}

看起来参数变多了，然而其实曾经通过 size 等设置了适合的默认值，同时省去了对 Paint 的创立和配置，应用起来更不便。

应用原生 Canvas

目前 DrawScope 提供的 API 还不迭原生 Canvas 丰盛（比方不反对 drawText 等），当不满足应用需要时，也能够间接应用原生 Canvas 对象进行绘制

drawIntoCanvas { canvas ->
            //nativeCanvas 是原生 canvas 对象，android 平台即 android.graphics.Canvas
            val nativeCanvas  = canvas.nativeCanvas

        }

下面介绍了 Compose Canvas 的基本知识，上面联合 app 中的具体示例看一下理论应用成果

首先，看一下雨水的绘制过程。

4. 雨天成果

雨天天气的要害是如何绘制一直着落的雨水

雨滴的绘制

咱们先绘制形成雨水的根本单元：雨滴

经拆解后，雨水成果可由三组雨滴形成，每一组雨滴分成高低两端，这样在静止时就能够造成接连不断的雨水成果。咱们应用 drawLine 绘制每一段黑线，设置适当的stokeWidth，并通过 cap 设置端点的圆形成果：

@Composable
fun rainDrop() {Canvas(modifier) {

       val x: Float = size.width / 2 // x 坐标：1/ 2 的地位

        drawLine(
            Color.Black,
            Offset(x, line1y1), //line1 的终点
            Offset(x, line1y2), //line1 的起点
            strokeWidth = width, // 设置宽度
            cap = StrokeCap.Round// 头部圆形
        )

  // line2 同上
        drawLine(
            Color.Black,
            Offset(x, line2y1),
            Offset(x, line2y2),
            strokeWidth = width,
            cap = StrokeCap.Round
        )
    }
}

雨滴着落动画

实现根本图形的绘制后，接下来为两线段实现周而复始的位移动画，造成雨水的流动成果。

以两线段两头空隙为动画的锚点，依据 animationState 设置其 y 轴地位，让其从绘制区域的顶端挪动到低端（0 ~ size.hight），而后 restart 这个动画。

以锚点为基准绘制高低两线段，就能够行成接连不断的雨滴成果了

代码如下：

@Composable
fun rainDrop() {// 循环播放的动画（0f ~ 1f)
    val animateTween by rememberInfiniteTransition().animateFloat(
        initialValue = 0f,
        targetValue = 1f,
        animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = LinearEasing),
            RepeatMode.Restart //start 动画
        )
    )

    Canvas(modifier) {

        // scope：绘制区域
        val width = size.width
        val x: Float = size.width / 2

   // width/ 2 是 strokCap 的宽度，scopeHeight 处预留 strokCap 宽度，让雨滴移出时放弃正圆，进步视觉效果
        val scopeHeight = size.height - width / 2 

        // space：两线段的间隙
        val space = size.height / 2.2f + width / 2 // 间隙 size
        val spacePos = scopeHeight * animateTween // 锚点地位随 animationState 变动
        val sy1 = spacePos - space / 2
        val sy2 = spacePos + space / 2

        // line length
        val lineHeight = scopeHeight - space

        // line1
        val line1y1 = max(0f, sy1 - lineHeight)
        val line1y2 = max(line1y1, sy1)

        // line2
        val line2y1 = min(sy2, scopeHeight)
        val line2y2 = min(line2y1 + lineHeight, scopeHeight)

        // draw
        drawLine(
            Color.Black,
            Offset(x, line1y1),
            Offset(x, line1y2),
            strokeWidth = width,
            colorFilter = ColorFilter.tint(Color.Black),
            cap = StrokeCap.Round
        )

        drawLine(
            Color.Black,
            Offset(x, line2y1),
            Offset(x, line2y2),
            strokeWidth = width,
            colorFilter = ColorFilter.tint(Color.Black),
            cap = StrokeCap.Round
        )
    }
}

Compose 自定义布局

下面实现了单个雨滴的图形和动画，接下来咱们应用三个雨滴组成雨水的成果。

首先能够应用 Row+Space 的形式进行组装，然而这种形式短少灵活性，仅通过 Modifier 很难精确布局三个雨滴的绝对地位。因而思考转而应用 Compose 的自定义布局，以进步灵活性和准确性：

Layout(modifier = modifier.rotate(30f), // 雨滴旋转角度
    content = { // 定义子 Composable
  Raindrop(modifier.fillMaxSize())
  Raindrop(modifier.fillMaxSize())
  Raindrop(modifier.fillMaxSize())
    }
) { measurables, constraints ->
    // List of measured children
    val placeables = measurables.mapIndexed { index, measurable ->
        // Measure each children
        val height = when (index) { // 让三个雨滴的 height 不同，减少错落感
            0 -> constraints.maxHeight * 0.8f
            1 -> constraints.maxHeight * 0.9f
            2 -> constraints.maxHeight * 0.6f
            else -> 0f
        }
        measurable.measure(
            constraints.copy(
                minWidth = 0,
                minHeight = 0,
                maxWidth = constraints.maxWidth / 10, // raindrop width
                maxHeight = height.toInt(),)
        )
    }

    // Set the size of the layout as big as it can
    layout(constraints.maxWidth, constraints.maxHeight) {var xPosition = constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 2)

        // Place children in the parent layout
        placeables.forEachIndexed { index, placeable ->
            // Position item on the screen
            placeable.place(x = xPosition, y = 0)

            // Record the y co-ord placed up to
            xPosition += (constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 0.8f)).roundToInt()}
    }
}

Compose 中，能够通过 Layout{...} 对 Composable 进行自定义布局，content{...}中定义参加布局的子 Composable。

跟传统 Android 视图一样，自定义布局须要先后经验 measure、layout 两步。

• measrue：measurables 返回所有待测量的子 Composable，constraints 相似于 MeasureSpec，封装父容器对子元素的布局束缚。measurable.measure()中对子元素进行测量
• layout：placeables 返回测量后的子元素，顺次调用 placeable.place() 对雨滴进行布局，通过 xPosition 预留雨滴在 x 轴的距离

通过 layout 之后，通过 modifier.rotate(30f) 对 Composable 进行旋转，实现最终成果：

5. 雪天成果

雪天成果的关键在于雪花的飘落。

雪花的绘制

雪花的绘制非常简单，用一个圆圈代表一个雪花

Canvas(modifier) {

 val radius = size / 2

 drawCircle( // 红色填充
  color = Color.White,
  radius = radius,
  style = FILL
 )

  drawCircle(// 彩色边框
   color = Color.Black,
     radius = radius,
  style = Stroke(width = radius * 0.5f)
 )
}

雪花飘落动画

雪花飘落的过程绝对于雨滴坠落要简单一些，由三个动画组成:

• 降落：通过扭转 y 轴地位实现 (0f ~ 2.5f)
• 左右飘移：通过该表 x 轴的 offset 实现（-1f ~ 1f）
• 逐步隐没：通过扭转 alpha 实现（1f ~ 0f）

借助 InfiniteTransition 同步控制多个动画，代码如下：

@Composable
private fun Snowdrop(
 modifier: Modifier = Modifier,
 durationMillis: Int = 1000 // 雪花飘落动画的 druation
) {

 // 循环播放的 Transition
    val transition = rememberInfiniteTransition()

 //1\. 降落动画：restart 动画
    val animateY by transition.animateFloat(
        initialValue = 0f,
        targetValue = 2.5f,
        animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = LinearEasing),
            RepeatMode.Restart
        )
    )

 //2\. 左右飘移：reverse 动画
    val animateX by transition.animateFloat(
        initialValue = -1f,
        targetValue = 1f,
        animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis / 3, easing = LinearEasing),
            RepeatMode.Reverse
        )
    )

 //3\. alpha 值：restart 动画，以 0f 完结
    val animateAlpha by transition.animateFloat(
        initialValue = 1f,
        targetValue = 0f,
        animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = FastOutSlowInEasing),
        )
    )

    Canvas(modifier) {

        val radius = size.width / 2

  // 圆心地位随 AnimationState 扭转，实现雪花飘落的成果
        val _center = center.copy(
            x = center.x + center.x * animateX,
            y = center.y + center.y * animateY
        )

        drawCircle(color = Color.White.copy(alpha = animateAlpha),//alpha 值的变动实现雪花隐没成果
            center = _center,
            radius = radius,
        )

        drawCircle(color = Color.Black.copy(alpha = animateAlpha),
            center = _center,
            radius = radius,
            style = Stroke(width = radius * 0.5f)
        )
    }
}

animateY的 targetValue 设为2.5f，让雪花的静止轨迹更长，看起来更加实在

雪花的自定义布局

像雨滴一样，对雪花也应用 Layout 自定义布局

@Composable
fun Snow(
    modifier: Modifier = Modifier,
    animate: Boolean = false,
) {

    Layout(
        modifier = modifier,
        content = {
         // 摆放三个雪花，别离设置不同 duration，减少随机性
            Snowdrop(modifier.fillMaxSize(), 2200)
            Snowdrop(modifier.fillMaxSize(), 1600)
            Snowdrop(modifier.fillMaxSize(), 1800)
        }
    ) { measurables, constraints ->
        val placeables = measurables.mapIndexed { index, measurable ->
            val height = when (index) {
             // 雪花的 height 不同，也是为了减少随机性
                0 -> constraints.maxHeight * 0.6f
                1 -> constraints.maxHeight * 1.0f
                2 -> constraints.maxHeight * 0.7f
                else -> 0f
            }
            measurable.measure(
                constraints.copy(
                    minWidth = 0,
                    minHeight = 0,
                    maxWidth = constraints.maxWidth / 5, // snowdrop width
                    maxHeight = height.roundToInt(),)
            )
        }

        layout(constraints.maxWidth, constraints.maxHeight) {var xPosition = constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1))

            placeables.forEachIndexed { index, placeable ->
                placeable.place(x = xPosition, y = -(constraints.maxHeight * 0.2).roundToInt())

                xPosition += (constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 0.9f)).roundToInt()}
        }
    }
}

最终成果如下：

6. 晴天成果

通过一个旋转的太阳代表晴天成果

太阳的绘制

太阳的图形由两头的圆形和围绕圆环的等分竖线组成。

@Composable
fun Sun(modifier: Modifier = Modifier) {Canvas(modifier) {

        val radius = size.width / 6
        val stroke = size.width / 20

        // draw circle
        drawCircle(
            color = Color.Black,
            radius = radius + stroke / 2,
            style = Stroke(width = stroke),
        )
        drawCircle(
            color = Color.White,
            radius = radius,
            style = Fill,
        )

        // draw line

        val lineLength = radius * 0.2f
        val lineOffset = radius * 1.8f
        (0..7).forEach { i ->

            val radians = Math.toRadians(i * 45.0)

            val offsetX = lineOffset * cos(radians).toFloat()
            val offsetY = lineOffset * sin(radians).toFloat()

            val x1 = size.width / 2 + offsetX
            val x2 = x1 + lineLength * cos(radians).toFloat()

            val y1 = size.height / 2 + offsetY
            val y2 = y1 + lineLength * sin(radians).toFloat()

            drawLine(
                color = Color.Black,
                start = Offset(x1, y1),
                end = Offset(x2, y2),
                strokeWidth = stroke,
                cap = StrokeCap.Round
            )
        }
    }
}

均分 360 度，每距离 45 度画一条竖线，cos 计算 x 轴坐标，sin 计算 y 轴坐标。

太阳的旋转

太阳的旋转动画很简略，通过 Modifier.rotate 一直转动 Canvas 即可。

@Composable
fun Sun(modifier: Modifier = Modifier) {

 // 循环动画
    val animateTween by rememberInfiniteTransition().animateFloat(
        initialValue = 0f,
        targetValue = 360f,
        animationSpec = infiniteRepeatable(tween(5000), RepeatMode.Restart)
    )

    Canvas(modifier.rotate(animateTween)) {// 旋转动画

        val radius = size.width / 6
        val stroke = size.width / 20
        val centerOffset = Offset(size.width / 30, size.width / 30) // 圆心偏移量

        // draw circle
        drawCircle(
            color = Color.Black,
            radius = radius + stroke / 2,
            style = Stroke(width = stroke),
            center = center + centerOffset // 圆心偏移
        )

        //... 略
    }
}

此外，DrawScope也提供了 rotate 的 API，也能够实现旋转成果。

最初咱们给太阳的圆心减少一个偏移量，让转动更加活跃：

7. 动画的组合、切换

下面别离实现了 Rain、Snow、Sun 等图形，接下来应用这些元素组合成各种天气成果。

将图形组合成天气

Compose 的申明式语法十分有利于 UI 的组合：

比方，多云转阵雨，咱们摆放 Sun、Cloud、Rain 等元素后，通过 Modifier 调整各自地位即可：

@Composable
fun CloudyRain(modifier: Modifier) {Box(modifier.size(200.dp)){Sun(Modifier.size(120.dp).offset(140.dp, 40.dp))
  Rain(Modifier.size(80.dp).offset(80.dp, 60.dp))
  Cloud(Modifier.align(Aligment.Center))
 }
}

让动画切换更加天然

当在多个天气动画之间进行切换时，咱们心愿能实现更天然的过渡。实现思路是将组成天气动画的各元素的 Modifier 信息变量化，而后通过 Animation 进行扭转 state 假如所有的天气都能够由 Cloud、Sun、Rain 组合而成，无非就是 offset、size、alpha 值的不同：

ComposeInfo
data class IconInfo(
    val size: Float = 1f, 
    val offset: Offset = Offset(0f, 0f),
    val alpha: Float = 1f,
) 

// 天气组合信息，即 Sun、Cloud、Rain 的地位信息
data class ComposeInfo(
    val sun: IconInfo,
    val cloud: IconInfo,
    val rains: IconInfo,

) {operator fun times(float: Float): ComposeInfo =
        copy(
            sun = sun * float,
            cloud = cloud * float,
            rains = rains * float
        )

    operator fun minus(composeInfo: ComposeInfo): ComposeInfo =
        copy(
            sun = sun - composeInfo.sun,
            cloud = cloud - composeInfo.cloud,
            rains = rains - composeInfo.rains,
        )

    operator fun plus(composeInfo: ComposeInfo): ComposeInfo =
        copy(
            sun = sun + composeInfo.sun,
            cloud = cloud + composeInfo.cloud,
            rains = rains + composeInfo.rains,
        )
}

如上，ComposeInfo中持有各种元素的地位信息，运算符重载使其能够在 Animation 中计算以后最新值。

接下来，应用 ComposeInfo 为不同天气定义各元素的地位信息

// 晴天
val SunnyComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(1f),
    cloud = IconInfo(0.8f, Offset(-0.1f, 0.1f), 0f),
    rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), 0f),
)

// 多云
val CloudyComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(0.1f, Offset(0.75f, 0.2f), alpha = 0f),
    cloud = IconInfo(0.8f, Offset(0.1f, 0.1f)),
    rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), alpha = 0f),
)

// 雨天
val RainComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(0.1f, Offset(0.75f, 0.2f), alpha = 0f),
    cloud = IconInfo(0.8f, Offset(0.1f, 0.1f)),
    rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), alpha = 1f),
)

ComposedIcon

接着，定义 ComposedIcon，依据 ComposeInfo 实现不同的天气组合

@Composable
fun ComposedIcon(modifier: Modifier = Modifier, composeInfo: ComposeInfo) {

 // 各元素的 ComposeInfo
    val (sun, cloud, rains) = composeInfo

    Box(modifier) {

  // 利用 ComposeInfo 到 Modifier
        val _modifier = remember(Unit) {
            { icon: IconInfo ->
                Modifier
                    .offset(icon.size * icon.offset.x, icon.size * icon.offset.y)
                    .size(icon.size)
                    .alpha(icon.alpha)
            }
        }

        Sun(_modifier(sun))
        Rains(_modifier(rains))
        AnimatableCloud(_modifier(cloud))
    }
}

ComposedWeather

最初，定义 ComposedWeather 记录以后ComposedIcon，并在其产生更新时应用动画进行适度：

@Composable
fun ComposedWeather(modifier: Modifier, composedIcon: ComposedIcon) {val (cur, setCur) = remember {mutableStateOf(composedIcon) }
    var trigger by remember {mutableStateOf(0f) }

    DisposableEffect(composedIcon) {
        trigger = 1f
        onDispose {}}

 // 创立动画（0f ~ 1f)，用于更新 ComposeInfo
    val animateFloat by animateFloatAsState(
        targetValue = trigger,
        animationSpec = tween(1000)
    ) {
     // 当动画完结时，更新 ComposeWeather 到最新 state
        setCur(composedIcon)
        trigger = 0f
    }

 // 依据 AnimationState 计算以后 ComposeInfo
    val composeInfo = remember(animateFloat) {cur.composedIcon + (weatherIcon.composedIcon - cur.composedIcon) * animateFloat
    }

 // 应用最新的 ComposeInfo 显示 Icon
    ComposedIcon(
        modifier,
        composeInfo
    )
}

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