2022年7月22日

CSS 动画

CSS 动画可以在不借助 Javascript 的情况下做出一些简单的动画效果。

你也可以通过 Javascript 控制 CSS 动画,使用少量的代码,就能让动画表现更加出色。

CSS 过渡(transition)[#css-transition]

CSS 过渡的理念非常简单,我们只需要定义某一个属性以及如何动态地表现其变化。当属性变化时,浏览器将会绘制出相应的过渡动画。

也就是说:我们只需要改变某个属性,然后所有流畅的动画都由浏览器生成。

举个例子,以下 CSS 会为 backgroud-color 的变化生成一个 3 秒的过渡动画:

.animated {
  transition-property: background-color;
  transition-duration: 3s;
}

现在,只要一个元素拥有名为 .animated 的类,那么任何背景颜色的变化都会被渲染为 3 秒钟的动画。

单击以下按钮以演示动画:

<button id="color">Click me</button>

<style>
  #color {
    transition-property: background-color;
    transition-duration: 3s;
  }
</style>

<script>
  color.onclick = function() {
    this.style.backgroundColor = 'red';
  };
</script>

CSS 提供了四个属性来描述一个过渡:

  • transition-property
  • transition-duration
  • transition-timing-function
  • transition-delay

之后我们会详细介绍它们,目前我们需要知道,我们可以在 transition 中以 property duration timing-function delay 的顺序一次性定义它们,并且可以同时为多个属性设置过渡动画。

请看以下例子,点击按钮生成 colorfont-size 的过渡动画:

<button id="growing">Click me</button>

<style>
#growing {
  transition: font-size 3s, color 2s;
}
</style>

<script>
growing.onclick = function() {
  this.style.fontSize = '36px';
  this.style.color = 'red';
};
</script>

现在让我们一个一个展开看这些属性。

transition-property

transition-property 中我们可以列举要设置动画的所有属性,如:left、margin-left、height 和 color

不是所有的 CSS 属性都可以使用过渡动画,但是它们中的大多数都是可以的。all 表示应用在所有属性上。

transition-duration

transition-duration 允许我们指定动画持续的时间。时间的格式参照 CSS 时间格式:单位为秒 s 或者毫秒 ms

transition-delay

transition-delay 允许我们设定动画开始前的延迟时间。例如,对于 transition-delay: 1s,动画将会在属性变化发生 1 秒后开始渲染。

你也可以提供一个负值。那么动画将会从整个过渡的中间时刻开始渲染。例如,对于 transition-duration: 2s,同时把 delay 设置为 -1s,那么这个动画将会持续 1 秒钟,并且从正中间开始渲染。

这里演示了数字从 09 的动画,使用了 CSS translate 方法:

结果
script.js
style.css
index.html
stripe.onclick = function() {
  stripe.classList.add('animate');
};
#digit {
  width: .5em;
  overflow: hidden;
  font: 32px monospace;
  cursor: pointer;
}

#stripe {
  display: inline-block
}

#stripe.animate {
  transform: translate(-90%);
  transition-property: transform;
  transition-duration: 9s;
  transition-timing-function: linear;
}
<!doctype html>
<html>

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  Click below to animate:

  <div id="digit"><div id="stripe">0123456789</div></div>

  <script src="script.js"></script>
</body>

</html>

如下在 tranform 属性上应用动画:

#stripe.animate {
  transform: translate(-90%);
  transition-property: transform;
  transition-duration: 9s;
}

在以上的例子中,JavaScript 把 .animate 类添加到了元素上,由此触发了动画:

stripe.classList.add('animate');

我们也可以『从中间』开始,也就是说从某个特定数字开始,比方说,从当前的时间的秒数开始。这就要用到负的 transition-delay

此处,如果你单击这个数字,那么它会从当前的秒数开始渲染:

结果
script.js
style.css
index.html
stripe.onclick = function() {
  let sec = new Date().getSeconds() % 10;
  stripe.style.transitionDelay = '-' + sec + 's';
  stripe.classList.add('animate');
};
#digit {
  width: .5em;
  overflow: hidden;
  font: 32px monospace;
  cursor: pointer;
}

#stripe {
  display: inline-block
}

#stripe.animate {
  transform: translate(-90%);
  transition-property: transform;
  transition-duration: 9s;
  transition-timing-function: linear;
}
<!doctype html>
<html>

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  Click below to animate:
  <div id="digit"><div id="stripe">0123456789</div></div>

  <script src="script.js"></script>
</body>
</html>

只需添加一行 JavaScript 代码:

stripe.onclick = function() {
  let sec = new Date().getSeconds() % 10;
  // for instance, -3s here starts the animation from the 3rd second
  stripe.style.transitionDelay = '-' + sec + 's';
  stripe.classList.add('animate');
};

transition-timing-function

时间函数描述了动画进程在时间上的分布。它是先慢后快还是先快后慢?

乍一看,这可能是最复杂的属性了,但是稍微花点时间,你就会发现其实也很简单。

这个属性接受两种值:一个贝塞尔曲线(Bezier curve)或者阶跃函数(steps)。我们先从贝塞尔曲线开始,这也是较为常用的。

贝塞尔曲线(Bezier curve)

时间函数可以用贝塞尔曲线描述,通过设置四个满足以下条件的控制点:

  1. 第一个应为:(0,0)
  2. 最后一个应为:(1,1)
  3. 对于中间值,x 必须位于 0..1 之间,y 可以为任意值。

CSS 中设置一贝塞尔曲线的语法为:cubic-bezier(x2, y2, x3, y3)。这里我们只需要设置第二个和第三个值,因为第一个点固定为 (0,0),第四个点固定为 (1,1)

时间函数描述了动画进行的快慢。

  • x 轴表示时间:0 —— 开始时刻,1 —— transition-duration的结束时刻。
  • y 轴表示过程的完成度:0 —— 属性的起始值,1 —— 属性的最终值。

最简单的一种情况就是动画匀速进行,可以通过设置曲线为 cubic-bezier(0, 0, 1, 1) 来实现。

看上去就像这样:

…正如我们所见,这就是条直线。随着时间 x 推移,完成度 y 稳步从 0 增长到 1

例子中的列车匀速地从左侧移动到右侧:

结果
style.css
index.html
.train {
  position: relative;
  cursor: pointer;
  width: 177px;
  height: 160px;
  left: 0;
  transition: left 5s cubic-bezier(0, 0, 1, 1);
}
<!doctype html>
<html>

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  <img class="train" src="https://js.cx/clipart/train.gif" onclick="this.style.left='450px'">

</body>

</html>

这个里面的 CSS 就是基于刚才那条曲线的:

.train {
  left: 0;
  transition: left 5s cubic-bezier(0, 0, 1, 1);
  /* JavaScript sets left to 450px */
}

…那么,我们如果表现出减速行驶的列车呢?

我们可以使用另一条贝塞尔曲线:cubic-bezier(0.0, 0.5, 0.5 ,1.0)

图像如下:

正如我们所见,这个过程起初很快:曲线开始迅速升高,然后越来越慢。

这是实际的效果演示:

结果
style.css
index.html
.train {
  position: relative;
  cursor: pointer;
  width: 177px;
  height: 160px;
  left: 0px;
  transition: left 5s cubic-bezier(0.0, 0.5, 0.5, 1.0);
}
<!doctype html>
<html>

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  <img class="train" src="https://js.cx/clipart/train.gif" onclick="this.style.left='450px'">

</body>

</html>

CSS:

.train {
  left: 0;
  transition: left 5s cubic-bezier(0, .5, .5, 1);
  /* JavaScript sets left to 450px */
}

CSS 提供几条内建的曲线:lineareaseease-inease-outease-in-out

linear 其实就是 cubic-bezier(0, 0, 1, 1) 的简写 —— 一条直线,刚刚我们已经看过了。

其它的名称是以下贝塞尔曲线的简写:

ease* ease-in ease-out ease-in-out
(0.25, 0.1, 0.25, 1.0) (0.42, 0, 1.0, 1.0) (0, 0, 0.58, 1.0) (0.42, 0, 0.58, 1.0)

* —— 默认值,如果没有指定时间函数,那么将使用 ease 作为默认值。

所以,我们可以使用 ease-out 来表现减速行驶的列车:

.train {
  left: 0;
  transition: left 5s ease-out;
  /* transition: left 5s cubic-bezier(0, .5, .5, 1); */
}

但是这看起来有点怪怪的。

贝塞尔曲线可以使动画『超出』其原本的范围。

曲线上的控制点的 y 值可以使任意的:不管是负值还是一个很大的值。如此,贝塞尔曲线就会变得很低或者很高,让动画超出其正常的范围。

在一下的例子中使用的代码:

.train {
  left: 100px;
  transition: left 5s cubic-bezier(.5, -1, .5, 2);
  /* JavaScript sets left to 400px */
}

left 本该在 100px400px 之间变化。

但是如果你点击列车,你会发现:

  • 起初,列车会反向运动:left 会变得小于 100px
  • 然后,它会变回往前运动,并且超过 400px
  • 最后再返回 —— 回到 400px
结果
style.css
index.html
.train {
  position: relative;
  cursor: pointer;
  width: 177px;
  height: 160px;
  left: 100px;
  transition: left 5s cubic-bezier(.5, -1, .5, 2);
}
<!doctype html>
<html>

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  <img class="train" src="https://js.cx/clipart/train.gif" onclick="this.style.left='400px'">

</body>

</html>

为什么会这样?看一眼给定的贝塞尔曲线的图像你就会明白了。

我们把第二个点的 y 坐标移动到了小于 0 的位置,同时把第三个点的 y 坐标移动到了大于 1 的位置,因此曲线已经不再像一个四分之一圆了。y 坐标超出了常规的 0..1 的范围。

正如我们所知,y 表示『动画进程的完成度』。y = 0 表示属性的初始值,y = 1 则表示属性的最终值。因此,y < 0 意味着属性值要比初始值小,而 y > 1 则表明属性值要比最终值大。

当然了,-12 还是比较缓和的值。如果我们把 y 设为 -9999,那么列车将会偏离地更远。

但是,如何针对特定的任务寻找到合适的贝塞尔曲线呢?事实上,有很多工具可以帮到你。比方说,我们可以利用这个网站:http://cubic-bezier.com/

阶跃函数(Steps)

时间函数 steps(number of steps[, start/end]) 允许你让动画分段进行,number of steps 表示需要拆分为多少段。

让我们通过一个数字的例子来演示一下。我们将会让数字以离散的方式变化,而不是以连续的方式。

为了达到效果,我们把动画拆分为 9 段:

#stripe.animate  {
  transform: translate(-90%);
  transition: transform 9s steps(9, start);
}

step(9, start) 生效时:

结果
style.css
index.html
#digit {
  width: .5em;
  overflow: hidden;
  font: 32px monospace;
  cursor: pointer;
}

#stripe {
  display: inline-block
}

#stripe.animate {
  transform: translate(-90%);
  transition-property: transform;
  transition-duration: 9s;
  transition-timing-function: steps(9, start);
}
<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <meta charset="utf-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  Click below to animate:

  <div id="digit"><div id="stripe">0123456789</div></div>

  <script>
    digit.onclick = function() {
      stripe.classList.add('animate');
    }
  </script>


</body>

</html>

steps 的第一个参数表示段数。这个过渡动画将会被拆分为 9 个部分(每个占 10%)。时间间隔也会以同样的方式被拆分:9 秒会被分割为多个时长 1 秒的间隔。

第二个参数可以取 startend 两者其一。

start 表示在动画开始时,我们需要立即开始第一段的动画。

可以观察到,在动画过程中:当我们单击数字之后,它会立马变为 1(即第一段),然后在下一秒开始的时候继续变化。

具体的流程如下:

  • 0s —— -10%(在第一秒开始的时候立即变化)
  • 1s —— -20%
  • 8s-80%
  • (最后一秒,显示最终值)

另一个值 end 表示:改变不应该在最开始的时候发生,而是发生在每一段的最后时刻。

其流程如下:

  • 0s —— 0
  • 1s —— -10%(在第一秒结束时第一次变化)
  • 2s —— -20%
  • 9s —— -90%

step(9, end) 生效时:

结果
style.css
index.html
#digit {
  width: .5em;
  overflow: hidden;
  font: 32px monospace;
  cursor: pointer;
}

#stripe {
  display: inline-block
}

#stripe.animate {
  transform: translate(-90%);
  transition-property: transform;
  transition-duration: 9s;
  transition-timing-function: steps(9, end);
}
<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <meta charset="utf-8">
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>

<body>

  Click below to animate:

  <div id="digit"><div id="stripe">0123456789</div></div>

  <script>
    digit.onclick = function() {
      stripe.classList.add('animate');
    }
  </script>


</body>

</html>

另外还有一些简写值:

  • step-start —— 等同于 steps(1, start)。即:动画立刻开始,并且只有一段。也就是说,会立刻开始,紧接着就结束了,宛如没有动画一样。
  • step-end —— 等同于 steps(1, end)。即:在 transition-duration 结束时生成一段动画。

这些值很少会被用到,因为它们并不算是真正的动画,而是单步的变化。

transitionend 事件

CSS 动画完成后,会触发 transitionend 事件。

这被广泛用于在动画结束后执行某种操作。我们也可以用它来串联动画。

举例来说,下面的小船会在点击后向右浮动,然后再回来。而且,每一次都会向右移动地更远一点:

这个动画通过 go 函数初始化,并且在每次动画完成后都会重复执行,并转变方向:

boat.onclick = function() {
  //...
  let times = 1;

  function go() {
    if (times % 2) {
      // 向右移动
      boat.classList.remove('back');
      boat.style.marginLeft = 100 * times + 200 + 'px';
    } else {
      // 向左移动
      boat.classList.add('back');
      boat.style.marginLeft = 100 * times - 200 + 'px';
    }

  }

  go();

  boat.addEventListener('transitionend', function() {
    times++;
    go();
  });
};

transitionend 的事件对象有几个特定的属性:

event.propertyName :当前完成动画的属性,这在我们同时为多个属性加上动画时会很有用。

event.elapsedTime :动画完成的时间(按秒计算),不包括 transition-delay

关键帧动画(Keyframes)

我们可以通过 CSS 提供的 @keyframes 规则整合多个简单的动画。

它会指定某个动画的名称以及相应的规则:哪个属性,何时以及何地渲染动画。然后使用 animation 属性把动画绑定到相应的元素上,并为其添加额外的参数。

这里有个详细的例子:

<div class="progress"></div>

<style>
  @keyframes go-left-right {        /* 指定一个名字:"go-left-right" */
    from { left: 0px; }             /* 从 left: 0px 开始 */
    to { left: calc(100% - 50px); } /* 移动至 left: 100%-50px */
  }

  .progress {
    animation: go-left-right 3s infinite alternate;
    /* 把动画 "go-left-right" 应用到元素上
       持续 3 秒
       持续次数:infinite
       每次都改变方向
    */

    position: relative;
    border: 2px solid green;
    width: 50px;
    height: 20px;
    background: lime;
  }
</style>

有许多关于 @keyframes 的文章以及一个详细的规范说明

很可能你并不需要经常用到 @keyframes,除非你的网站上有一直在运动的元素。

总结

CSS 动画允许你为一个或者多个属性的变化创建丝滑流畅(也可能不是)的过渡动画。

它们适用于大多数的动画需求。我们也可以使用 JavaScript 创建动画,下一章将会详细讲解相关内容。

相对于 JavaScript 动画,CSS 动画存在的特点如下:

优点
  • 简单的事,简单地做。
  • 快速,而且对 CPU 造成的压力很小。
不足
  • JavaScript 动画更加灵活。它们可以实现任何动画逻辑,比如某个元素的爆炸效果。
  • 不仅仅只是属性的变化。我们还可以在 JavaScript 中生成新元素用于动画。

本节已经介绍了可以使用 CSS 实现的主要动画类型,而且 transitionend 还允许在动画结束后执行 JavaScript 代码,因此它可以方便得与代码结合起来。

但是在下一节,我们将会学习一些 JavaScript 动画来实现更加复杂的效果。

任务

重要程度: 5

生成如下图的动画(点击显示):

  • 点击后,图片会从 40x24px 变为 400x240px (变大十倍)。
  • 动画持续三秒。
  • 在动画结束后,输出:“Done!”。
  • 动画过程中,如果飞机被点击,这些操作不应该打断动画。

打开一个任务沙箱。

使用 CSS 为 widthheight 属性生成动效:

/* 原始类 */

#flyjet {
  transition: all 3s;
}

/* JS 添加的 .growing */
#flyjet.growing {
  width: 400px;
  height: 240px;
}

请注意,transitionend 会被触发两次 —— 每个属性触发一次。因此,如果我们不进行额外检查的话,这条信息会显示两次。

使用沙箱打开解决方案。

重要程度: 5

修改前一个的任务 让飞机动起来(CSS) 的解决方案,让飞机超过原有的大小 400x240px(跳脱出来),然后再回到之前的大小。

这里是效果演示(点击飞机):

在前一个解决方案的基础上做修改。

我们需要为此选择合适的贝塞尔曲线。它应该在某个地方拥有 y > 1,来使得飞机『跳出来』。

举例来说,我们可以使两个控制点的 y 都大于 1cubic-bezier(0.25, 1.5, 0.75, 1.5)

如图:

使用沙箱打开解决方案。

重要程度: 5

创建一个函数:showCircle(cx, cy, radius),来显示一个不断变大的圆。

  • cx,cy 为圆心相对于窗口的位置。
  • radius 为圆的半径。

点击下方的按钮以演示效果:

源文件中提供了一个具有合适样式的圆样例,因此你需要做的就是创建合适的动画。

打开一个任务沙箱。

In the task 圆圈动画 an animated growing circle is shown.

Now let’s say we need not just a circle, but to show a message inside it. The message should appear after the animation is complete (the circle is fully grown), otherwise it would look ugly.

In the solution of the task, the function showCircle(cx, cy, radius) draws the circle, but gives no way to track when it’s ready.

Add a callback argument: showCircle(cx, cy, radius, callback) to be called when the animation is complete. The callback should receive the circle <div> as an argument.

Here’s the example:

showCircle(150, 150, 100, div => {
  div.classList.add('message-ball');
  div.append("Hello, world!");
});

Demo:

Take the solution of the task 圆圈动画 as the base.

教程路线图

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