Keyframes: 为移动设备提供可缩放、高质量的动画
2016-11-24 18:24 296 0
原文：Keyframes: Delivering scalable, high-quality animations to mobile clients
表情包是Facebook上人们表达自己的一种方式。当我们做这个功能的时候，我们希望在每一步都能提供一个高质量的体验，包括表情的显示，表情如何进入屏幕，以及如何消失。
我们希望表情图片能执行动画，这点在当前来说是一个挑战。我们希望动画是高质量的，足够小不至于影响性能，同时可以缩放成不同大小。我们探索了现有的的图片和动画形式，但是每种解决方案都和我们的设计需求有不符的地方。
这使得我们开发了Keyframes，一个可以导出和播放After Effects动画的库。自从第一个版本以来，我们学习了更多关于动画的知识，不断改进这个库，把它用到Facebook的其它产品中。今天，我们很高兴把之开源，分享给更多的人，让其它人也能一起创建一个好的产品。
挑战
我们想找到一种满足如下需求，可以用来播放动画的图片格式：
-
可缩放：表情可以显示为不同的尺寸，根据用户是否移到某个特定表情之上增大或缩小。这意味着要避免静态图片格式比如PNG。
-
质量：我们希望尽量保持表情每个部分移动的细节－尤其是面部表情，因为这些细节可以让它们看起来更生动。我们还希望在高端设备上动画以高帧率（60 fp）播放并确保表情可以在移动设备上流畅的渲染。
- 文件大小：显示不同大小的表情，高帧率，高分辨率可能会导致很大的文件大小。要把每个文件从磁盘读取到内存是耗时的，而且内存持有这些文件也会占用设备的空间。但是我们并不想压缩图片，因为那样会降低质量。
现有方案
我们开始探索现有的各种解决方法，以理解别人遇到这个问题的时候是怎么做的，看看那个方案能最大程度满足我们的需求。
最初我们看了常见的图片格式比如PNG和GIF，以及压缩更好的WebP。很快就知道如果不大量减少动画和文件大小，这些根本就不能工作，而且我们还必须接受静态图片不能很好缩放的缺点。
想要缩放图片却又想看起来清晰这让我们想到了另一种图片格式SVG，一种矢量图形。和每个描述像素点颜色的静态图形不同的是，SVG描述的是一组绘制命令，这样就能按任意指定大小绘制图片。另一个好处是一些浏览器支持通过SMIL或者CSS让SVG播放动画。但是SMIL只有部分浏览器支持，而使用CSS意味着我们需要找到一种把CSS动画解析然后在原生Android和iOS上实现的方法。
接下来我探索了一些自定义的方法。团队从 bodymovin中得到灵感，bodymovin是一种把Adobe After Effects composition转换成metadata然后使用JavaScript绘制回来的库。虽然这个方法非常有创意，但是它支持了太多我们不需要的功能。我们只需要简单的形状和变换，可能会丢弃文件中的许多metadata。
Keyframes介绍
到了这个阶段，我们知道了我们需要的是一个包含简单动画信息的矢量图形。现在的困难在于如何理解每个After Effects composition中是什么东西以及我们该如何提取需要的数据。
我们先使用一些工具帮助我们把composition model中的所有内容导出到一个JSON文件中。我们开始分析每个文件，从最简单的表情love开始一直到更复杂的，理解动画是如何建立的。
很快我们就知道了重现一个动画的必要概念。每个表情包含了几个composition layers，但是每个layer后面的数据可以归纳为两类－shapes，描述表情的视觉特性，animations，描述每个shape如何随着时间变化。
我们提取出的最基本的数据是一个path对象，由一系列绘制任意尺寸线条的vector命令组成。每个path对应表情中的一个特性。
动画的提取就要复杂点了。动画的一个关键部分是keyframes（关键帧），它表示一个动画过程中起到关键作用的那一帧。比如在Love heart的缩放图像中，在第四帧处就是关键帧，我们让一下子放大了97%。除了这些关键点，还有一些额外数据，内切和外切，描述值是如何从一帧到下一帧的。这些由关键帧和变换组成的动画，可以是shape layer的一部分，描述一个特定的元素如何随着时间变化。也可以自己称为一个layer，被各种shape引用。
有了这些工具，我们就能使用iOS的Core Animation和Android graphics library中的Paths和Matrices建立一个从JSON文件渲染图像的库。JSON文件只需要最少的必要数据，通常就是数字数组的组合。这个格式允许我们以任意大小准确的回放一个动画，同时还可以很好的控制动画的进度和速度。以Keyframes logo中的一个shape layer为例，描述了shape从19帧到31帧，从起始vector line到最终vector line的变换：
{
"name": "Animated Line",
"from_frame": 19,
"to_frame": 31,
"key_frames": \[
{
"start_frame": 19,
"data": \[
"M951.18,654.82", "L960.00,663.63", "L1083.63,540.00",
"L960.00,416.37", "L954.18,422.18"
\]
},
{
"start_frame": 31,
"data": \[
"M974.19,545.57", "L974.62,546.00", "L980.62,540.00",
"L974.62,534.00", "L974.34,534.28"
\]
}
\],
"timing_curves": \[
\[
\[
0.5, 0
\],
\[
0.916666666665, 1
\]
\]
\],
"stroke_color": "#ff1c56c8",
"stroke_width": 90}
其它应用以及未来计划
自从今年初我们把Keyframes和表情产品放出以来，做了许多改进减轻这个库并提高了图片渲染的性能。一些团队还摸索出了Keyframes的其它用处，比如驱动粒子效果或者利用我们动画中有的纹理控制。随着我们对这个库的使用，认识到哪些设计师想老这样的工具，我们希望能开发出Keyframes库支持的各种After Effects工具。
[左] Facebook庆祝世界和平日的Love 粒子效果。 [右] 万圣节糖果风格的Love Reaction
要了解Keyframes库的更多知识或者贡献代码，访问 https://github.com/facebookincubator/Keyframes。
