从three.js旋转动画，我了解了requestAnimationFrame

前言

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目录

three.js旋转动画

动画前置知识

屏幕刷新率与浏览器重绘次数

动画是如何形成的

实现动画的方式有哪些

什么是requestAnimationFrame

setTimeout&&setInterval

结语

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three.js旋转动画

three.js中渲染出一个立方体很简单，代码如下：

import * as THREE from "three";

// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 创建透视相机
const fov = 45;
const aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
const near = 1;
const far = 1000;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far);
// 定位相机
camera.position.set(200, 300, 200);
camera.lookAt(0, 0, 0);

// 创建立方体(几何+材质)
const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10);
const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 添加到场景
scene.add(mesh);

// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 渲染
renderer.render(scene, camera);

如果要实现一个旋转动画，只需把渲染部分的代码稍作修改：

//循环渲染
function animation() {
  // 改变角度
  mesh.rotateY(0.01);
  // 重新渲染
  renderer.render(scene, camera);
  // 下一帧渲染回调
  requestAnimationFrame(animation);
}
animation();

效果：

three.js中使用了requestAnimationFrame来实现动画的渲染，那么为什么不使用setInterval来实现呢？比如下面这样。

// 渲染函数
function animation() {
  mesh.rotateY(0.01); 
  renderer.render(scene, camera); 
}
// 间隔20ms周期性调用渲染函数
setInterval(animation, 20);

下面就来探究一下原因。

动画前置知识

我们先需要了解一些概念以及形成动画的原因。

屏幕刷新率与浏览器重绘次数

屏幕刷新率：1s内屏幕刷新的次数。

一般的电脑的屏幕刷新率为每秒60次（1000ms/60≈16.7ms | 60FPS），也就是每16.7ms会刷新一下屏幕。当然此数值受到分辨率、显卡、屏幕尺寸等其他因素的影响。

由于一般的电脑的刷新频率是60FPS，所以大多数浏览器会限制其重绘次数，一般不会超过计算机的重绘次数，因为即使超过了其频率，用户的体验也不会得到提升。

动画是如何形成的

动画是由于肉眼导致的视觉残留，通过连续播放的静态图像形成的动态幻觉。动画说白了就是一张张照片，连起来依次展示，这样就形成一个动画效果，只要帧率高，人的眼睛就感觉不到卡顿，是连续的视频效果。当1s中连续播放24张图片时(24FPS)，即可形成流畅的动画，通常来说计算机的刷新频率是60FPS。

实现动画的方式有哪些

• JavaScript：setTimeout和setInterval
• css3：transition和animation
• html：canvas和SVG
• requestAnimationFrame API
• ...

明明可以用css3、setTimeout来完成动画效果，为什么HTML5又提供了requestAnimationFrame？

什么是requestAnimationFrame

顾名思义，request(请求)Animation(动画)Frame(帧)，来看看MDN上对它的定义。

window.requestAnimationFrame() 告诉浏览器——你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行。

通俗点讲就是该API的调用频率取决于浏览器的刷新率，也就是说浏览器屏幕刷新多少次，它就执行多少次，一般为每秒60次，可以将其理解为专门用来实现动画效果的api，让浏览器流畅的执行动画效果。

• 那么为何要用这个api来做动画呢？

css动画代码简单，性能上也会好一点，因为浏览器会对CSS3的动画做一些优化（比如专门新建一个图层来跑动画），缺点是动画控制不够灵活，部分动画功能无法实现（如滚动动画），这时我们就要考虑使用js定时器来做动画。

但是定时器做动画存在一个很大的问题：动画会抖动，体验效果不好。来看下面的一个例子。

let i = 0;
let requestId: number;
function animation() {
  test.style.marginLeft = `${i}px`;
  requestId = requestAnimationFrame(animation);
  i++;
  if (i > 200) {
    cancelAnimationFrame(requestId);
  }
}
animation();

上面用requestAnimationFrame实现了一个动画，不断修改dom元素的left值，使其运动起来，每执行一次大约是16.7ms，同时requestAnimationFrame会返回一个请求 ID，是回调函数列表中的一个唯一值，可以使用cancelAnimationFrame通过传入该请求 ID 取消回调函数。

效果：

接下来再来使用js的定时器动画来实现：

let i = 0;
let timerId: number;
function animation() {
  test.style.marginLeft = `${i}px`;
  // 执行间隔设置为 0，来模仿 requestAnimationFrame
  timerId = setTimeout(animation, 0);
  i++;
  if (i > 200) {
    clearTimeout(timerId);
  }
}
animation();

在这里将setTimeout的执行间隔设置为 0，来模仿requestAnimationFrame。单单从代码上实现的方式，看不出有什么区别，但是从下面具体的实现结果就可以看出很明显的差距了。

下图2是setTimeout执行结果：

通过上述例子，你应该知道requestAnimationFrame比定时器好在哪里了吧。

setTimeout&&setInterval

setTimeout和setInterval的问题是，它们不够精确。这是由于事件循环机制导致的，该内在运行机制决定了时间间隔参数 实际上只是指定了把动画代码添加到事件队列中以等待执行的时间。如果队列前面已经加入了其它任务，那动画代码就要等前面的任务完成后再执行，并且如果时间间隔过短（小于16.7ms）会造成丢帧，所以就会导致动画可能不会按照预设的去执行，降低用户体验。

requestAnimationFrame采用浏览器时间间隔 ，保持最佳绘制效率，不会因为间隔时间过短，造成过度绘制，消耗性能；也不会因为间隔时间太长，使用动画卡顿不流畅，让各种网页动画效果能够有一个统一的刷新机制，从而节省系统资源，提高系统性能，改善视觉效果。

现在我们回到three.js旋转动画的例子，我们使用setInterval定时器代替requestAnimationFrame：

import * as THREE from "three";

// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 创建透视相机
const fov = 45;
const aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
const near = 1;
const far = 1000;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far);
// 定位相机
camera.position.set(200, 300, 200);
camera.lookAt(0, 0, 0);

// 创建立方体(几何+材质)
const geometry = new THREE.BoxGeometry(100, 100, 100);
const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 添加到场景
scene.add(mesh);

// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 渲染函数
function animation() {
  mesh.rotateY(0.01); 
  renderer.render(scene, camera); 
}
//间隔20ms周期性调用渲染函数, 20ms也就是刷新频率是50FPS(1s/20ms)，每秒渲染50次
setInterval(animation, 20);

这里官方说调用渲染方法.render()进行渲染的渲染频率不能太低。

//设置调用render函数的周期为200ms，刷新频率相当于5你能明显的感受到卡顿
setInterval("render()",200);

效果：

你能明显感受到比较卡顿了。所以three.js动画渲染一般使用requestAnimationFrame，更好的利用浏览器渲染，保持最佳绘制效率。

结语

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