IOS 3D UI --- CALayer的transform扩展

例子代码可以在 http://download.csdn.net/detail/worldmatrix/4603488 下载
 
  iOS的UI是基于UIView类的，我们能看到的每个UI元素都是UIView或者UIView的子类。View按树形结构组织起来，树根是UIWindow。
     View负责界面的交互和显示，其中显示部分由CALayer来完成。每个UIView包含一个CALayer实例。可以这么认为，UIView本身是不可见的，我们能看到的都是CALayer，UIView只是负责对CALayer进行管理。
 
 
UIView的显示设置都是对CALayer属性的封装，但是这层封装掩盖了CALayer提供的3D显示功能。所以我们想让UIView显示3D的效果的话，需要直接操作CALayer。
 
  要操作CALayer对象，首先要在工程中包含QuartzCore.framework，在文件中import
<QuartzCore/QuartzCore.h>头文件。QuartzCore.framework中包含了CALayer以及CALayer一些官方子类的定义。
 
 
通过设置CALayer的transform属性，可以使CALayer产生3D空间内的平移、缩放、旋转等变化。
 
  第一个例子，绕坐标轴的旋转：
    原始场景如图 

 
 
 
使用 image.layer.transform = CATransform3DMakeRotation(M_PI/6, 0, 0, 1);
绕Z轴旋转30度后的效果

 
    使用 image.layer.transform = CATransform3DMakeRotation(M_PI/6,
0, 1, 0); 绕Y轴旋转30度后的效果

 
    使用 image.layer.transform = CATransform3DMakeRotation(M_PI/6,
1, 0, 0); 绕X轴旋转30度后的效果

 
 
 
能够发现，绕Z轴的旋转比较符合预期，但是绕X轴Y轴的旋转只是在Y轴X轴上进行了一些缩放而已。这是因为，在CALayer的显示系统中，默认的相机使用正交投影，正交投影没有远小近大效果，所以在本例中，只能造成相应轴上的缩放。
 
  第二个例子，透视投影
   
CALayer默认使用正交投影，因此没有远小近大效果，而且没有明确的API可以使用透视投影矩阵。所幸可以通过矩阵连乘自己构造透视投影矩阵。构造透视投影矩阵的代码如下：
    CATransform3D
CATransform3DMakePerspective(CGPoint center, float
disZ)
    {
   
    CATransform3D transToCenter =
CATransform3DMakeTranslation(-center.x, -center.y, 0);
 
      CATransform3D transBack =
CATransform3DMakeTranslation(center.x, center.y, 0);
 
      CATransform3D scale =
CATransform3DIdentity;
   
    scale.m34 = -1.0f/disZ;
   
    return
CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(transToCenter, scale),
transBack);
    }

    CATransform3D
CATransform3DPerspect(CATransform3D t, CGPoint center, float
disZ)
    { 
 
      return CATransform3DConcat(t,
CATransform3DMakePerspective(center,
disZ));
    }

 
 
这个函数的实现原理要参考计算机图形学的3D变换部分，以后再做解释。现在只需要了解接口的含义，center指的是相机 的位置，相机的位置是相对于要进行变换的CALayer的来说的，原点是CALayer的anchorPoint在整个CALayer的位置，例如CALayer的大小是(100,
200), anchorPoint值为(0.5, 0.5)，此时anchorPoint在整个CALayer中的位置就是(50,
100)，正中心的位置。传入透视变换的相机位置为(0, 0)，那么相机所在的位置相对于CALayer就是(50,
100)。如果希望相机在左上角，则需要传入(-50,
-100)。disZ表示的是相机离z=0平面（也可以理解为屏幕）的距离。
   
带透视效果的旋转，效果如下：

 
    CATransform3D rotate
= CATransform3DMakeRotation(M_PI/6, 1, 0, 0);
    image.layer.transform = CATransform3DPerspect(rotate, CGPointMake(0, 0), 200);

 
  

 

    CATransform3D rotate
= CATransform3DMakeRotation(M_PI/6, 0,
1, 0);
    image.layer.transform = CATransform3DPerspect(rotate, CGPointMake(0, 0), 200);

 
  

 

    CATransform3D rotate
= CATransform3DMakeRotation(M_PI/6, 0, 0,
1);
    image.layer.transform = CATransform3DPerspect(rotate, CGPointMake(0, 0), 200);
 
 
image的默认anchorPoint为(0.5,0.5)，也就是在图片中心；眼睛在图片中心点，距屏幕200单位。可以观察到，因为翻转，使图片的不同部分离屏幕距离不同，近大远小的效果使立体感大大提升。饶Z轴的旋转不因为透视产生变化，因为所有的点离屏幕距离相同，所以不会产生近大远小的透视感。

 
 
第三，更多的效果。CALayer的旋转和缩放是绕anchorPoint点的，改变anchorPoint的值，可以使Layer绕不同的点而不只是中心点旋转缩放。在构造透视投影矩阵的例子中就可以看到，CATransform3D可以使用CATransform3DConcat函数连接起来以构造更复杂的变换。通过这些方法，可以组合出更多的效果来。下面是个翻转的动画。使用UITimer

 
 
  -
(void)update
    {
 
      static float angle
= 0;
        angle
+= 0.05f;

CATransform3D transloate
= CATransform3DMakeTranslation(0, 0, -200);
 
      CATransform3D rotate
= CATransform3DMakeRotation(angle, 0, 1, 0);
 
      CATransform3D mat
= CATransform3DConcat(rotate, transloate);
   
    image.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat, CGPointMake(0, 0), 500);
    }

 
  最后是两个更复杂的例子。第一个是使用四张同样大小的图片围成一个框，让这个框动画旋转。

 
 
  CATransform3D move
= CATransform3DMakeTranslation(0, 0, 160);
CATransform3D back
= CATransform3DMakeTranslation(0, 0, -160);

 
  CATransform3D rotate0
= CATransform3DMakeRotation(-angle, 0, 1, 0);
 
  CATransform3D rotate1
= CATransform3DMakeRotation(M_PI_2-angle, 0, 1, 0);
 
  CATransform3D rotate2
= CATransform3DMakeRotation(M_PI_2*2-angle, 0, 1, 0);
 
  CATransform3D rotate3
= CATransform3DMakeRotation(M_PI_2*3-angle, 0, 1, 0);

CATransform3D mat0
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate0),
back);
CATransform3D mat1
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate1),
back);
CATransform3D mat2
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate2),
back);
CATransform3D mat3
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate3),
back);

image0.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat0, CGPointZero, 500);
image1.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat1, CGPointZero, 500);
image2.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat2, CGPointZero, 500);
image3.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat3, CGPointZero, 500);

 
 上面的例子都使用UIImage的CALayer，但CALayer产生的动画可以应用在所有的UIView及子类上，下面是个普通界面的立体翻转效果。

 
    float dis
= 160 * 1.732f;
CATransform3D move
= CATransform3DMakeTranslation(0, 0,
dis);
CATransform3D back
= CATransform3DMakeTranslation(0, 0, -dis);

 
  CATransform3D rotate0
= CATransform3DMakeRotation(-angle, 0, 1, 0);
 
  CATransform3D rotate1 = CATransform3DMakeRotation(-angle
+ M_PI/3.0f, 0, 1, 0);

CATransform3D mat0
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate0),
back);
CATransform3D mat1
= CATransform3DConcat(CATransform3DConcat(move, rotate1),
back);

view0.layer.transform = CATransform3DPerspect(mat0, CGPointZero, 500);