音视频开发之旅（63) -Lottie 源码分析之动画与绘制

本文主要是介绍音视频开发之旅（63) -Lottie 源码分析之动画与绘制，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

1. 动画和绘制的流程
2. LayerView树
3. ShapeLayer的分析
4. Lottie优劣以及rLottie、PAG的介绍
5. 资料
6. 收获

上一篇我们学习分析了Lottie的json解析部分. 这篇我们分析的动画和渲染部分。

分析的重点：如何组织多图层layer的关系，控制先后处理不同图层的绘制以及动画。

一、动画和绘制的流程

我们通过入口API函数（LottieDrawable#setComposition、LottieDrawable#playAnimation）来进行分析。

1.1 LottieDrawable#setComposition 流程

public boolean setComposition(LottieComposition composition) {//......clearComposition();this.composition = composition;//构建图层layer compositionlayer它的作用有点先andoid View树中ViewGroup，可以包含其他的View和ViewGroup//完成CompositionLayer和ContentGroup的初始化 主要是两个里面TransformKeyframeAnimationbuildCompositionLayer();  //触发notifyUpdate,进而触发个Layer的progress的重新计算以及draw的回调（当然此时进度为0，各种判断之后也不会触发composition的drawlayer）animator.setComposition(composition);//设置当前动画的进度setProgress(animator.getAnimatedFraction());......}

可以看到setComposition主要调用了buildCompositionLayer和 animator.setComposition来进行CompositionLayer和其他各Layer（json中对应的layers字段）以及 ContentGroup、TransformKeyframeAnimation等初始化。
Lottie动画中使用最多Layer是CompositionLayer、ShapeLayer以及ImageLayer。

思考：那么什么是ContentGroup、TransformKeyframeAnimation、他们和layer的关系是什么呐？（后面会尝试分析解答）

1.2 LottieDrawable#playAnimation 流程

   1. LottieDrawable.playAnimation2. LottieValueAnimator.playAnimation3. LottieValueAnimator.setFrame4. BaseLottieAnimator.notifyUpdate5.然后触发回调(LottieDrawable.progressUpdateListener)AnimatorUpdateListener.onAnimationUpdate6. CompositionLayer.setProgress --》计算当前的progress，然后倒序设置每个图层进度 BaseLayer.setProgress6.1（transform.setProgress(progress)）TransformKeyframeAnimation.setProgress 设置矩阵变换的进度（缩放、透明度、位移等）--》需要重点分析6.2  animations.get(i).setProgress(progress); 遍历设置每个animation的进度7. BaseKeyframeAnimation.notifyListeners 回调给监听者8. BaseLayer.onValueChanged （invalidateSelf（））触发页面的重新绘制，--》即LottieDrawable.draw(android.graphics.Canvas, android.graphics.Matrix)9. compositionLayer.draw(canvas, matrix, alpha)  即 BaseLayer.draw --》这也是一个关键的方法10. drawLayer(canvas, matrix, alpha); 即 BaseLayer.drawLayer这个方法是抽象方法，各layer具体实现10.1 我们以ImageLayer为例来来看 （重点分析） ImageLayer.drawLayer 首先通过BaseKeyframeAnimation.getValue() 这个就用到前面动画改变的progress的值，根据差值器获取到当前的Bitmap10.2 然后使用canvas来进行绘制，完成图片的变换

LottieValueAnimator是ValueAnimator的子类，并且实现了Choreographer.FrameCallback接口。通过属性动画的进度变换回调以及VSYNC信号的doframe回调来通知Layer进行进度以及值计算，并且通知LottieDrawble进行重新绘制，从而实现json中layers也即各种Layer图层的动画和绘制。

而具体的绘制还是有Canvas来实现，可以通过ImageLayer的drawLayer

public void drawLayer(@NonNull Canvas canvas, Matrix parentMatrix, int parentAlpha) {Bitmap bitmap = getBitmap();if (bitmap == null || bitmap.isRecycled()) {return;}float density = Utils.dpScale();paint.setAlpha(parentAlpha);if (colorFilterAnimation != null) {paint.setColorFilter(colorFilterAnimation.getValue());}//将画布的当前状态保存canvas.save();//对matrix的变换应用到canvas上的所有对象canvas.concat(parentMatrix);//src用来设定要绘制bitmap的区域，即是否进行裁剪src.set(0, 0, bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight());//dst用来设置在canvas画布上的显示区域。这里可以看到显示的宽高会根据像素密度进行等缩放dst.set(0, 0, (int) (bitmap.getWidth() * density), (int) (bitmap.getHeight() * density));//第一个Rect(src) 代表要绘制的bitmap 区域，可以对是对图片进行裁截，若是空null则显示整个图片。第二个 Rect(dst) 是图片在Canvas画布中显示的区域，即要将bitmap 绘制在屏幕的什么地方// 通过动态的改变dst，可以实现 移动、缩放等效果，以及根据屏幕的像素密度进行缩放，通过改变src 对绘制的图片需求做处理，也能够实现很多有趣的效果，比如 显示一部分，或者逐渐展开等canvas.drawBitmap(bitmap, src, dst, paint);//恢复之前保存的画布状态，和sava一一对应canvas.restore();}

至于ShapeLayer和CompositionLayer有些复杂，下面我们会单独来分析。

思考： 如果有多个图层，怎么保证多个图层之间的关联性(就像ViewTree一样，怎么管理他们之间的关系和绘制的顺序)。

二、LayerView树

Lottie中有各种Layer:

1.jpg

那么他们之间是什么关系呐？如何进行管理和层级控制呐？

CompositionLayer的构造

  public CompositionLayer(LottieDrawable lottieDrawable, Layer layerModel, List<Layer> layerModels,LottieComposition composition) {//主要是TransformKeyframeAnimation的初始化super(lottieDrawable, layerModel);
LongSparseArray<BaseLayer> layerMap =new LongSparseArray<>(composition.getLayers().size());BaseLayer mattedLayer = null;//根据layers大小，倒序生产每个Layerfor (int i = layerModels.size() - 1; i >= 0; i--) {Layer lm = layerModels.get(i);//这个是一个工程方法，根据layerType构造对应的LayerBaseLayer layer = BaseLayer.forModel(this, lm,   lottieDrawable, composition);if (layer == null) {continue;}layerMap.put(layer.getLayerModel().getId(), layer);......}for (int i = 0; i < layerMap.size(); i++) {long key = layerMap.keyAt(i);BaseLayer layerView = layerMap.get(key);if (layerView == null) {continue;}// 确定layer之间的父子关系BaseLayer parentLayer =   layerMap.get(layerView.getLayerModel().getParentId());if (parentLayer != null) {layerView.setParentLayer(parentLayer);}}}

工厂方法：BaseLayer#forModel

static BaseLayer forModel(CompositionLayer compositionLayer, Layer layerModel, LottieDrawable drawable, LottieComposition composition) {//对应json中 object->layers->tyswitch (layerModel.getLayerType()) {//轮廓/形态图层  这个是再lottie动画中用的基本上是最多的类型case SHAPE:return new ShapeLayer(drawable, layerModel, compositionLayer);//合成图层，相当于ViewTree的ViewGroup的角色case PRE_COMP:return new CompositionLayer(drawable, layerModel,composition.getPrecomps(layerModel.getRefId()), composition);//填充图层case SOLID:return new SolidLayer(drawable, layerModel);//图片图层  这个也很常用，特别是做一些模版特效时case IMAGE:return new ImageLayer(drawable, layerModel);//空图层，可以作为其他图层的parentcase NULL:return new NullLayer(drawable, layerModel);//文本图层case TEXT:return new TextLayer(drawable, layerModel);case UNKNOWN:default:// Do nothingLogger.warning("Unknown layer type " + layerModel.getLayerType());return null;}}

我们上面看到layerView.setParentLayer(parentLayer);那么这个ParentLayer有什么用呐？
主要在确定每个图层的边界和绘制时使用

 // BaseLayer#buildParentLayerListIfNeeded//该方法会在确定当前图层边界getBounds以及绘制该图层的时候调用drawprivate void buildParentLayerListIfNeeded() {if (parentLayers != null) {return;}//如果该图层有父图层，则创新if (parentLayer == null) {parentLayers = Collections.emptyList();return;}//该图层的LayerViewTreeparentLayers = new ArrayList<>();BaseLayer layer = parentLayer;//递归找到该图层的父图层、祖父图层、曾祖图层等等while (layer != null) {parentLayers.add(layer);layer = layer.parentLayer;}}

BaseLayer#getBounds

 public void getBounds(RectF outBounds, Matrix parentMatrix, boolean applyParents) {rect.set(0, 0, 0, 0);//确定该图层的LayerViewTree：parentLayersbuildParentLayerListIfNeeded();//子图层的矩阵变换，以作用再父图层的矩阵变换为基础boundsMatrix.set(parentMatrix);if (applyParents) {//递归调用父图层额矩阵变换，进行矩阵相乘if (parentLayers != null) {for (int i = parentLayers.size() - 1; i >= 0; i--) {boundsMatrix.preConcat(parentLayers.get(i).transform.getMatrix());}} else if (parentLayer != null) {boundsMatrix.preConcat(parentLayer.transform.getMatrix());}}//最后再乘以当前图层的矩阵变换，以确定最终的边界矩阵boundsMatrix.preConcat(transform.getMatrix());}

BaseLayer#draw
和BaseLayer#getBounds一样的矩阵处理方式。

通过parentid确立该图层的LayerViewTree，再测量绘制时根据LayerView的确定自己的bound和draw。

三、ShapeLayer 的分析

之所以把ShapeLayer单独拎出来说，是因为他在lottie动画中很重要，通过
ShapeLayer是一个通过矢量图形而不是bitmap来绘制的图层子类。指定颜色和线宽等属性，用Path来定义要绘制的图形.

public class ShapeLayer extends BaseLayer {......//这个ContentGroup是什么呐？可以看到ShapeLayer的drawLayer和getBound都是通过contentGroup代理的。private final ContentGroup contentGroup;ShapeLayer(LottieDrawable lottieDrawable, Layer layerModel, CompositionLayer compositionLayer) {......//ContentGroup构造contentGroup = new ContentGroup(lottieDrawable, this, shapeGroup);contentGroup.setContents(Collections.<Content>emptyList(), Collections.<Content>emptyList());}@Override void drawLayer(@NonNull Canvas canvas, Matrix parentMatrix, int parentAlpha) {//调用了contentGroup的drawcontentGroup.draw(canvas, parentMatrix, parentAlpha);}@Override public void getBounds(RectF outBounds, Matrix parentMatrix, boolean applyParents) {......contentGroup.getBounds(outBounds, boundsMatrix, applyParents);}......
}

ContentGroup是什么呐？
可以看到ShapeLayer的drawLayer和getBound都是通过contentGroup代理的。
我们看下ContentGroup的draw的实现

public void draw(Canvas canvas, Matrix parentMatrix, int parentAlpha){//遍历调用content，如果是DrawingContent则进行draw，那边什么是DrawingContent呐for (int i = contents.size() - 1; i >= 0; i--) {Object content = contents.get(i);if (content instanceof DrawingContent) {((DrawingContent) content).draw(canvas, matrix, childAlpha);}}}

遍历调用content，如果是DrawingContent则进行draw，哪些content是DrawingContent呐？

我们以FillContent为例，来看下其draw的实现

public void draw(Canvas canvas, Matrix parentMatrix, int parentAlpha) {......//获取颜色 透明度等 设置画笔paint的颜色int color = ((ColorKeyframeAnimation) this.colorAnimation).getIntValue();int alpha = (int) ((parentAlpha / 255f * opacityAnimation.getValue() / 100f) * 255);paint.setColor((clamp(alpha, 0, 255) << 24) | (color & 0xFFFFFF));//设置colorFilterif (colorFilterAnimation != null) {paint.setColorFilter(colorFilterAnimation.getValue());}......//设置path路径path.reset();for (int i = 0; i < paths.size(); i++) {path.addPath(paths.get(i).getPath(), parentMatrix);}//用cavas drawpathcanvas.drawPath(path, paint);}

可以ShapeContent的DrawingContent也是通过Canvas来进行draw的。

Lottie的动画和渲染解析部分就到这里，关于BaseKeyframeAnimation主要实现Layer和DrawingContent中动画的插值计算，没有详细分析，有需要再看吧。

思考：能不能通过OpenGL ES来进行渲染绘制呐？

五、Lottie优劣以及和PAG的简单对比

Lottie的优劣

优点：
支持跨平台（虽然每个端各自实现一套）
性能好
可以通过配置下发“json和素材”进行更新。不足点：
Lottie不支持交互和编辑
Lottie不支持压缩位图，如果使用png等位图，需要自行在tiny等压缩平台进行图片压缩、降低包体积。
Lottie存在mask、matters 时，需要先saveLayer，再调用drawLayer返回。
saveLayer是一个耗时的操作，需要先分配、绘制一个offscreen的缓冲区，这增加了渲染的时间

PAG的优劣简单介绍

PAG是腾讯昨天刚开源的动画组件，除lottie的优点外，支持更多AE特效，支持文本和序列帧，支持模版的编辑，采用二级值文件而不是json，文件大小和解析的性能都会更好些渲染层面：Lottie渲染层面的实现依赖平台端接口，不同平台可能会有所差异。PAG渲染层面使用C++实现，所有平台共享同一套实现，平台端只是封装接口调用，提供渲染环境，渲染效果一致。PAG的不足，渲染基于google开源的skia 2d来实现。增加了包大小。4.0的版本会有改善，去掉skia 2d。自己实现简单的渲染封装（估计也是opengl或者metal 、vulkan）。

rlottie简单介绍

[Samsung-rlottie](https://github.com/Samsung/rlottie)rLottie 与 lottie 工作流一致，在 SDK 上实现不一样，rLottie 没有使用平台特定实现，是统一 C++实现,素材支持 lottie 的 json 文件，矢量渲染性能还不错，但缺少各平台封装，支持的 AE 特性不全，也不支持文本、序列帧等这个还没有分析它的源码实现。抽时间可以分析学习下。

六、资料

1. Lottie实现思路和源码分析
2. Lottie 动画原理剖析
3. 揭秘Lottie动画的优劣及原理
4. lottie-android 框架使用及源码解析
5. Lottie动画库 Android 端源码浅析
6. 腾讯开源的PAG
7. Samsung-rlottie
8. 从解码渲染层面对比 PAG 与 lottie

七、收获

通过本篇的学习分析

1. 梳理了lottie动画和渲染的流程
2. LayerView树的概念和理解，搞清楚lottie是如何管理不同layer之间的关系的
3. 重点分析了CompositionLayer、BaseLayer、ImageLayer和ShapeLayer，其中ShapeLayer又包含ContentGroup
4. 简单对比了lottie、PAG、rlottie

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