告别GIF，使用Jetpack Compose打造可爱的天气动画
1. 项目背景
最近参加了Compose挑战赛的终极挑战，使用Compose完成了一个天气app。之前几轮挑战也都有参与，每次都学到不少新东西。如今迎来最终挑战，希望能将这段时间的积累活学活用，做出更加成熟的作品。
Android 开发挑战赛 | 终极挑战: 天气应用
项目中的挑战
因为没有美工协助，所以我考虑通过代码实现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，而且可以灵活地实现各种动画效果。
为了降低实现成本，我将app中的UI元素定义成偏卡通的风格，可以更容易地通过代码实现：
上面这些动画没有使用gif、lottie等三方资源，所有图形都基于Compose代码绘制。
2. MyApp - CuteWeather
2.1 App效果
App界面比较简洁，采用单页面呈现（比赛要求基于SingleScreen实现），各种卡通的天气动画是app的最大特色：
项目地址：https://github.com/vitaviva/compose-weather
2.2 App界面
App纵向划分为几个功能区域，每个区域都涉及到一些不同的Compose API的使用
涉及技术点较多，本文主要介绍如何使用Compose绘制自定义图形，并基于这些图形实现动画，其他内容有机会再单独介绍。
3. Compose自定义绘制
像常规的Android开发一样，除了各种默认的Composable控件以外，Compose也提供了Canvas用来绘制自定义UI。
Canvas相关API在各个平台都大同小异，但在Compose上的使用有以下特点：
- 用声明式的方式创建和使用Canvas
- 通过
DrawScope提供必要的state及各种APIs - APIs更简单易用
3.1 声明式地创建和使用Canvas
Compose中，Canvas作为Composable可以声明式地添加到其他Composable中，并通过Modifier进行配置
Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){ // this: DrawScope
//内部进行自定义绘制
}
传统方式需要获取Canvas句柄命令式的进行绘制，而Canvas{...}通过状态驱动的方式执行block内的绘制逻辑、刷新UI。
3.2 强大的DrawScope
Canvas{...}内部通过DrawScope提供必要的state用来获取当前绘制所需环境变量，例如我们最常用的size。DrawScope还提了各种常用的绘制API，例如drawLine等
Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){
//通过size获取当前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
)
}
上面代码绘制效果如下：
3.3 简单易用的API
传统的Canvas API需要进行Paint等配置，而DrawScope提供的API则更简单、使用更友好。
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，其实已经通过size等设置了合适的默认值，同时省去了对Paint的创建和配置，使用起来更方便。
使用原生Canvas
目前DrawScope提供的API还不及原生Canvas丰富（比如不支持drawText等），当不满足使用需求时，也可以直接使用原生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
}
上面介绍了Compose Canvas的基本知识，下面结合app中的具体示例看一下实际使用效果
首先，看一下雨水的绘制过程。
4. 雨天效果
雨天天气的关键是如何绘制不断下落的雨水
4.1 雨滴的绘制
我们先绘制构成雨水的基本单元：雨滴
经拆解后，雨水效果可由三组雨滴构成，每一组雨滴分成上下两段，这样在运动时就可以形成接连不断的雨水效果。
我们使用drawLine绘制每一条线段，设置适当的stokeWidth，并通过cap设置端点的圆形效果：
@Composable
fun rainDrop() {
Canvas(modifier) {
val x: Float = size.width / 2 //x坐标： 1/2的位置
drawLine(
Color.Black,
Offset(x, line1y1), //line1 的起点
Offset(x, line1y2), //line1 的终点
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
)
}
}
4.2 雨滴下落动画
完成雨滴的图形绘制之后，接下来为两线段添加循环往复的位移动画，形成流动效果。
以两线段中间空隙为动画的锚点，根据animationState设置其y轴位置，让其从canvas的顶端移动到低端（0 ~ size.hight），然后restart这个动画。
以锚点为基准绘制上下两线段，就可以行成接连不断的雨滴效果了
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，让雨滴移出时保持正圆，提高视觉效果
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 //锚点位置随animationState变化
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
)
}
}
4.3 Compose自定义布局
上面完成了单个雨滴的动画，接下来我们使用三个雨滴组成雨水的效果。
首先可以使用Row+Space的方式进行组装，但是这种方式缺少灵活性，仅通过Modifier很难准确布局三雨滴的相对位置，因此考虑转而使用Compose的自定义布局，以提高灵活性和准确性：
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，增加错落感
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，可以通过Layout{...}对Composable进行自定义布局，content{...}中定义参与布局的子Composable。
跟传统Android视图一样，自定义布局需要先后经历measure、layout两步。
- measrue：
measurables返回所有待测量的子Composable，constraints类似于MeasureSpec，封装父容器对子元素的布局约束。measurable.measure()中对子元素进行测量 - layout：
placeables返回测量后的子元素，依次调用placeable.place()对雨滴进行布局，通过xPosition预留雨滴在x轴的间隔
经过layout之后，通过 modifier.rotate(30f) 对Composable进行旋转，完成最终效果：
5. 雪天效果
雪天效果的关键在于雪花的飘落。
5.1 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( //白色填充
color = Color.White,
radius = radius,
style = FILL
)
drawCircle(// 黑色边框
color = Color.Black,
radius = radius,
style = Stroke(width = radius * 0.5f)
)
}
5.2 雪花飘落动画
雪花飘落的过程相对于雨滴坠落要复杂一些，由三个动画组成:
- 下落：改变y轴位置：0f ~ 2.5f
- 左右飘移：改变x轴的offse：-1f ~ 1f
- 逐渐消失：改变alpha：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. 下降动画：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结束
val animateAlpha by transition.animateFloat(
initialValue = 1f,
targetValue = 0f,
animationSpec = infiniteRepeatable(
tween(durationMillis, easing = FastOutSlowInEasing),
)
)
Canvas(modifier) {
val radius = size.width / 2
// 圆心位置随AnimationState改变，实现雪花飘落的效果
val _center = center.copy(
x = center.x + center.x * animateX,
y = center.y + center.y * animateY
)
drawCircle(
color = Color.White.copy(alpha = animateAlpha),//alpha值的变化实现雪花消失效果
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，让雪花的运动轨迹更长，看起来更加真实
5.3 雪花的布局
像雨滴一样，对雪花也使用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，分别设置不同duration，增加随机性
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，也是为了增加随机性
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()
}
}
}
}
最终效果如下：
6. 晴天效果
通过一个旋转的太阳代表晴天效果
6.1 太阳的绘制
太阳的图形由中间的圆形和围绕圆环的等分线段组成。
@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，每间隔45度画一条线段，cos计算x轴坐标，sin计算y轴坐标。
6.2 太阳的转动
太阳转动的动画很简单，通过Modifier.rotate不断转动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，也可以实现旋转效果。
最后我们给太阳的圆心增加一个偏移量，让转动更加活泼：
7. 动画的组合、切换
分别实现了Rain、Snow、Sun等图形之后就可以使用这些图形组合成各种天气效果了。
7.1 将图形组合成天气
Compose的声明式语法非常有利于UI的组合：
比如，多云转阵雨，我们摆放Sun、Cloud、Rain等元素后，通过Modifier调整各自位置即可：
@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))
}
}
7.2 让动画切换更加自然
当在多个天气动画之间进行切换时，我们希望能实现更自然的过渡。实现思路是将组成天气动画的各元素的Modifier信息变量化，然后通过Animation进行改变
假设所有的天气都可以由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的位置信息
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中持有各种元素的位置信息，运算符重载使其可以在Animation中计算当前最新值。
接下来，定义各不同天气的ComposeInfo：
//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，根据ComposeInfo实现不同的天气UI
@Composable
fun ComposedIcon(modifier: Modifier = Modifier, composeInfo: ComposeInfo) {
//各元素的ComposeInfo
val (sun, cloud, rains) = composeInfo
Box(modifier) {
//应用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
最后，定义ComposedWeather记录当前ComposedIcon，并在其发生变更时使用动画进行过度：
@Composable
fun ComposedWeather(modifier: Modifier, composedIcon: ComposedIcon) {
val (cur, setCur) = remember { mutableStateOf(composedIcon) }
var trigger by remember { mutableStateOf(0f) }
DisposableEffect(composedIcon) {
trigger = 1f
onDispose { }
}
//创建动画（0f ~ 1f)，用于更新ComposeInfo
val animateFloat by animateFloatAsState(
targetValue = trigger,
animationSpec = tween(1000)
) {
//当动画结束时，更新ComposeWeather到最新state
setCur(composedIcon)
trigger = 0f
}
//根据AnimationState计算当前ComposeInfo
val composeInfo = remember(animateFloat) {
cur.composedIcon + (weatherIcon.composedIcon - cur.composedIcon) * animateFloat
}
//使用最新的ComposeInfo显示Icon
ComposedIcon(
modifier,
composeInfo
)
}
8 总结
本文以天气app为例介绍了Compose的自定义绘制、布局以及动画等的基本使用方法。
Compose通过声明式的方式，结合Canvas实现定义图形和动画，这相比与传统命令式的代码来的更加简单。更低的实现成本让代码替代Gif实现简单的动画成为可能，经代码绘制的效果在清晰度以及帧率上都要远超越Gif，欢迎大家下载源码体验~
在我看来Compose核心不仅是UI，后面有机会会继续分享一些关于架构以及底层实现的文章，欢迎大家持续关注~
参考
MyApp#CuteWeather
Compose#Canvas
Compose#CustomLayout