Andoid 仿自如裸眼 3D 效果

前言

　　前段时间自如技术团队发布了一篇名为《自如客APP裸眼3D效果的实现》的技术分享文章，简述了通过将图层分为前中后景，监听手机倾斜角度，再根据倾斜角度反向移动前后景，实现类似裸眼 3D 的效果。 该文章中已将思路与原理讲述清楚，抱着好奇心尝试仿现了一下。

1.自如的思路分析探究

1.1 自如 APP 上的裸眼 3D 效果

　　 UI 层面上：将普通的 2D 图像切割出 后景、中景、前景 三个部分

1.2 普通 2D 图像

1.3 切割出来的 后景、 中景 及 前景

　　 技术层面上：通过 Android 中的 磁场传感器 和 加速度传感器 监听设备的倾斜角度，保持 中景 不动，根据倾斜角度反向移动 背景 和 前景 ，将 2D 图像转化为景深效果，呈现出类似裸眼 3D 的视觉效果。
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思路上就是这么清晰和简单，现需求如下：
　　根据设备倾斜角度 平稳移动 前后景，实现裸眼 3D 效果
　　其中前后景在 Y 轴上的移动范围和速度均比 X 轴小和慢

2.具体实现

2.1 实现效果

2.1.1 仿现效果

2.2 具体实现

2.2.1 自定义 GravityRotationImageView :

　　 1.继承于 ImageView ，内部实现 Scroller
　　 2.提供自定义属性 isBack 区分该 View 用作前景还是后景，前后景移动方向不同，且后景 ImageView 的填充应存在一定的放大倍数

    /**
     * 设置当前 view 为前景或后景
     * @param isBack true 后景 ; false 前景
     */
    fun isBack(isBack: Boolean) {
        /**
         * 判断该 view 用作前景还是后景
         * 后景则需调整放大倍数使内容滚动时不会出现白边
         * 并根据前后景记录对应的滚动方向
         */
        if (isBack) {
            mDirection = DIRECTION_BACK
            scaleType = ScaleType.CENTER_CROP
            scaleX = 1.1f
            scaleY = 1.2f
        } else {
            mDirection = DIRECTION_FRONT
        }
    }

　　 3.提供 handleSensorChangedValues 方法，该方法中根据得到的传感器数据计算倾斜角度，过滤抖动（角度变化过小/过大），并得到需要移动的距离，最后通过 Scroller 辅助移动

    /**
     * 处理传感器得到的数据，过滤后再根据倾斜角度移动当前 view
     * 旋转移动过程中，前景后景随旋转角度偏移
     */
    internal fun handleSensorChangedValues(
        gravity: FloatArray,
        geomagnetic: FloatArray,
        maxMovingRange: Float = MOVING_RANGE_DEFAULT
    ) {
        if (maxMovingRange != MOVING_RANGE_DEFAULT) {
            mMaxMovingRange = dip2px(this.context, maxMovingRange)
        }
        //旋转角度值集
        val orientationValues = FloatArray(3)
        //旋转矩阵
        val rotationMatrix = FloatArray(9)
        SensorManager.getRotationMatrix(
            rotationMatrix,
            null,
            gravity,
            geomagnetic
        )
        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationValues)
        // z 轴的偏转角度
        orientationValues[0] = Math.toDegrees(orientationValues[0].toDouble()).toFloat()
        // x 轴的偏转角度
        orientationValues[1] = Math.toDegrees(orientationValues[1].toDouble()).toFloat()
        // y 轴的偏转角度
        orientationValues[2] = Math.toDegrees(orientationValues[2].toDouble()).toFloat()
        val newAngleX = orientationValues[1].toInt()
        val newAngleY = orientationValues[2].toInt()
        // x 、 y 轴角度变化值
        val rotationAngleXChangeValue = abs(newAngleX - rotationAngleX)
        val rotationAngleYChangeValue = abs(newAngleY - rotationAngleY)
        var targetX = mScroller.finalX
        var targetY = mScroller.finalY
        if (rotationAngleYChangeValue in (RESPONSE_ANGLE_CHANGE_MIN + 1) until RESPONSE_ANGLE_CHANGE_MAX
            || rotationAngleXChangeValue in (RESPONSE_ANGLE_CHANGE_MIN + 1) until RESPONSE_ANGLE_CHANGE_MAX
        ) {
            if (newAngleX <= 0 && newAngleX > -MAX_ROTATION_ANGLE || newAngleX in 1 until MAX_ROTATION_ANGLE) {
                targetY = mMaxMovingRange * -mDirection * newAngleX / MAX_ROTATION_ANGLE_Y
            }
            if (newAngleY <= 0 && newAngleY > -MAX_ROTATION_ANGLE || newAngleY in 1 until MAX_ROTATION_ANGLE) {
                targetX = mMaxMovingRange * mDirection * newAngleY / MAX_ROTATION_ANGLE
            }
            val dx = targetX - scrollX
            val dy = targetY - scrollY
            smoothScroll(dx, dy)
            //更新角度
            rotationAngleX = newAngleX
            rotationAngleY = newAngleY
        }
    }

2.2.2 自定义帮助类 GravityRotationHelper:

　　 1.构造方法中得到已实现 LifecycleOwner 的 context 对象，通过 Lifecycle 特性在 context 对象的相应生命周期中进行 加速度传感器 和 磁场传感器 的注册与反注册

    init {
        if (context is LifecycleOwner) {
            //获取传感器管理类实例
            mSensorManager = context.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
            //加速度传感器实例
            val accelerationSensor = mSensorManager?.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)
            //磁场传感器
            val magneticSensor = mSensorManager?.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)
            context.lifecycle.addObserver(object : LifecycleObserver {
                @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_RESUME)
                fun onResume(@NotNull owner: LifecycleOwner) {
                    //注册监听
                    mSensorManager?.registerListener(
                        mSensorEventListener,
                        accelerationSensor,
                        SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME
                    )
                    mSensorManager?.registerListener(
                        mSensorEventListener,
                        magneticSensor,
                        SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME
                    )
                }
 
                @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_PAUSE)
                fun onPause(@NotNull owner: LifecycleOwner) {
                    mSensorManager?.unregisterListener(mSensorEventListener)
                }
            })
        } else {
            Log.e(
                "GravityRotationHelper",
                "GravityRotationHelper init error : context is LifecycleOwner = false "
            )
        }
    }

　　 2.提供 attachViews 方法，得到外部需要实现裸眼 3D 效果的前景与后景 View ，旧持有前景后景 View 不为空时，记录并重置对应 scroll 值

    /**
     * 添加需要实现裸眼 3D 效果的视图组
     * 旋转移动过程中，前景后景随旋转角度偏移
     * @param frontView 前景
     * @param backView 后景
     * @param maxMovingRange 最大可移动范围 dp
     */
    fun attachViews(
        frontView: GravityRotationImageView,
        backView: GravityRotationImageView,
        maxMovingRange: Float = MOVING_RANGE_DEFAULT
    ) {
        //旧持有前景后景 View 不为空时，记录并重置对应 scroll 值
        val oldFrontViewScrollX = mFrontView?.scrollX ?: 0
        val oldFrontViewScrollY = mFrontView?.scrollY ?: 0
        val oldBackViewScrollX = mBackView?.scrollX ?: 0
        val oldBackViewScrollY = mBackView?.scrollY ?: 0
        val oldRotationAngleX = mFrontView?.rotationAngleX ?: 0
        val oldRotationAngleY = mFrontView?.rotationAngleY ?: 0
        mFrontView = frontView
        mBackView = backView
        mFrontView?.rotationAngleX = oldRotationAngleX
        mFrontView?.rotationAngleY = oldRotationAngleY
        mBackView?.rotationAngleX = oldRotationAngleX
        mBackView?.rotationAngleY = oldRotationAngleY
        //继承上一组前景后景 View 的 scroll 值
        mFrontView?.scrollTo(oldFrontViewScrollX, oldFrontViewScrollY)
        mBackView?.scrollTo(oldBackViewScrollX, oldBackViewScrollY)
        mMaxMovingRange = maxMovingRange
    }

　　 3.传感器数值变化时调用前后景 View 的 handleSensorChangedValues 方法进行移动

    private var mSensorEventListener = object : SensorEventListener {
        override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
            when (event.sensor.type) {
                Sensor.TYPE_ACCELEROMETER -> {
                    //加速度
                    mAccelerationValues = event.values
                    handleAccelerometerAndMagneticData()
                }
                Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD -> {
                    //磁场
                    mMagneticValues = event.values
                    handleAccelerometerAndMagneticData()
                }
            }
 
        }
 
        override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor?, accuracy: Int) {
 
        }
    }
 
    private fun handleAccelerometerAndMagneticData() {
        if (mAccelerationValues != null && mMagneticValues != null) {
            if (mFrontView != null && mBackView !== null) {
                mFrontView?.handleSensorChangedValues(
                    mAccelerationValues!!,
                    mMagneticValues!!,
                    mMaxMovingRange
                )
                mBackView?.handleSensorChangedValues(
                    mAccelerationValues!!,
                    mMagneticValues!!,
                    mMaxMovingRange
                )
            }
        }
    }

2.3 使用步骤

　　 1.复制 Demo 中的 GravityRotationHelper 和 GravityRotationImageView 以及自定义属性 attrs 到项目中
　　 2.布局中使用 GravityRotationImageView 作为需要实现 3D 效果的前景与后景 View

( ps : 可按需给父 View 设置 android:clipChildren="false" 属性，控制前景移动到边界时是否裁剪 )
　　 3.使用帮助类 GravityRotationHelper 绑定前景和后景 View 实现目标效果

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        val viewBinding = ActivitySinglepageBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(viewBinding.root)
 
        GravityRotationHelper(this).attachViews(viewBinding.ivFront, viewBinding.ivBack)
    }

（ ps：关于在 banner 中实现该效果，可参考 demo 中的 BannerActivity 类 ）

3.补充说明

• 提取成帮助类而不是在自定义 View 中进行传感器的创建与注册监听，主要是为了减少耦合及资源开销
• 自定义 ImageView 是为了使用 Scroller 来进行辅助滚动，如果只是在 View 外部通过监听设备倾斜角再通过 View 的 scroll 方法进行移动，会出现抖动及跳动问题
• 除了使用 磁场传感器 与 加速度传感器 来感知设备倾斜角度变化，还能使用 陀螺仪传感器 来感知设备的倾斜角度变化，同样能实现目标效果

    private val NS2S = 1.0f / 1000000000.0f
    private var timestamp = 0f
 
    private fun init(context: Context){
        val sensorManager = context.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as? SensorManager
        val gyroscopeSensor = sensorManager?.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE)
        sensorManager?.registerListener(object : SensorEventListener {
            override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
                if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_GYROSCOPE) {
                    if (timestamp != 0f) {
                        val dT = (event.timestamp - timestamp) * NS2S
                        angle[0] += event.values[0] * dT
                        angle[1] += event.values[1] * dT
                        val angleY = Math.toDegrees(angle[0].toDouble()).toFloat()
                        val angleX = Math.toDegrees(angle[1].toDouble()).toFloat()
                        //TODO
 
                    }
                    timestamp = event.timestamp.toFloat()
                }
            }
 
            override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor?, accuracy: Int) {
 
            }
        }, gyroscopeSensor, SENSOR_DELAY_GAME)
    }

4.最后

　　关于该伪裸眼 3D 效果，自自如团队发布技术文章之后，网上也有一系列 Demo 及技术文章，本人在实现过程中遇到了抖动和跳动问题（主要由于传感器数值变化过于敏感及频繁导致）,曾去下载一些 Demo 进行参考，发现同样是存在该问题。其中有篇文章是通过 陀螺仪传感器 来实现该效果的，也做了抖动过滤，但在小米 6 上运行时发现会出现卡顿效果，所以最后还是自己调整优化避免了该现象的出现。
　　最后感谢 自如大前端团队 的实现方案分享，通过新颖取巧的方式，加强了用户的 UI 体验。而自如的技术文章更着重于分享思路，所以在此基础上进行实现与优化，也是一种不可多得的乐趣。

• 完整源码及 Demo 地址：GitHub - ziwenL/GravityRotationTo3D
• 如有更好的见解或建议，欢迎留言