如何用Jetpack Compose绘制可爱的天气动画

这篇文章主要介绍了如何用Jetpack Compose绘制可爱的天气动画的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇如何用Jetpack Compose绘制可爱的天气动画文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

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。

项目挑战

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，跟重要的是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绘实现：

上面的动画没有使用gif、lottie或者其他静态资源，所有图形都是基于Compose代码绘制的。

2. MyApp：CuteWeather

App界面比较简洁，采用单页面呈现（挑战赛要求），卡通风格的天气动画算是相对于同类app的特色：

项目地址:https://github.com/vitaviva/compose-weather

App界面构成

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

• API更简单易用

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在block内执行绘制逻辑、刷新UI。

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：

4.简单易用的API

传统的Canvas API需要进行Paint等配置；DrawScope提供的API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，但是其实已经通过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。

5. 雨天效果

雨天天气的关键是如何绘制不断下落的雨水

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端，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绘制每一段黑线，设置适当的stokeWidth，并通过cap设置端点的圆形效果：

@Composablefun 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        )    }}

雨滴下落动画

完成基本图形的绘制后，接下来为两线段实现循环往复的位移动画，形成雨水的流动效果。

以两线段中间空隙为动画的锚点，根据animationState设置其y轴位置，让其从绘制区域的顶端移动到低端（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：

@Composablefun 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        )    }}

6.Compose自定义布局

上面完成了单个雨滴的图形和动画，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很难准确布局三个雨滴的相对位置。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：

7.. 雪天效果

雪天效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( //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) )}

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:

• 下降：通过改变y轴位置实现 (0f ~ 2.5f)

• 左右飘移：通过该表x轴的offset实现 （-1f ~ 1f）

• 逐渐消失：通过改变alpha实现（1f ~ 0f）

借助InfiniteTransition同步控制多个动画，代码如下：

@Composableprivate 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

雪花的自定义布局

像雨滴一样，对雪花也使用Layout自定义布局

@Composablefun 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：

8. 晴天效果

通过一个旋转的太阳代表晴天效果

太阳的绘制

太阳的图形由中间的圆形和围绕圆环的等分竖线组成。

@Composablefun 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单，通过Modifier.rotate不断转动Canvas即可。

@Composablefun 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：

9. 动画的组合、切换

上面分别实现了Rain、Snow、Sun等图形，接下来使用这些元素组合成各种天气效果。

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：

@Composablefun 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state 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：

ComposeInfodata 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，使用ComposeInfo为不同天气定义各元素的位置信息

//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，根据ComposeInfo实现不同的天气组合

@Composablefun 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，并在其发生更新时使用动画进行过度：

@Composablefun 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    }

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