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2022年10月16日

CSS 动画

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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 color 和 font-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

在 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 0 到 9 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：linear、ease、ease-in、ease-out 和 ease-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 100px 到 400px 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，-1 和 2 还是比较缓和的值。如果我们把 y 设为 -99 和 99，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 start 或 end 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

让飞机动起来（CSS）

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 width 和 height 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。

为飞机生成动画（CSS）

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 1：cubic-bezier(0.25, 1.5, 0.75, 1.5)。

如图：

使用沙箱打开解决方案。

圆圈动画

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。

使用沙箱打开解决方案。

带回调的圆圈动画

在练习 圆圈动画 中展示了一个不断变大的圆。

现在假设我们不止需要一个圆，还需要在其中显示一条消息。该消息应该出现在动画结束 之后（圆变最大时），否则看起来会很丑。

在该练习的解决方案中，函数 showCircle(cx, cy, radius) 画了一个不断变大的圆，但无法知道它何时结束。

添加一个回调函数：showCircle(cx, cy, radius, callback) 在动画完成时调用。callback 应该接收圆 div 作为参数。

下面是一个例子：

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

Demo：

以 圆圈动画 的解决方案为基础。

使用沙箱打开解决方案。

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