UIKit Dynamics — podstata, fyzika interakce v iOS

Co je UIKit Dynamics?

UIKit Dynamics — framework fyzikálního modelování, představený Apple v iOS 7 (2013). Na rozdíl od UIView.animate (lineární přechody) a Core Animation (animace vrstev), UIKit Dynamics modeluje reálné fyzické interakce: gravitaci, srážky, síly, pružnost a tření. Vývojář přidává chování (behaviors) do UIDynamicAnimator a systém automaticky vypočítává fyziku pro každý snímek.

Framework pracuje na 60/120 FPS a používá vestavěný fyzikální motor založený na simulaci tuhých těles (rigid body simulation). UIKit Dynamics nevyžaduje znalost fyziky ani matematiky — stačí použít hotové chování a nastavit parametry.

Podle Apple je UIKit Dynamics vhodný pro UI efekty (animace hromádky karet, „chvění“ ikon, fyzika rozhraní), ale není určen pro hry — pro hry používejte SceneKit nebo SpriteKit.

UIDynamicAnimator — motor fyziky

UIDynamicAnimator — centrální třída UIKit Dynamics. Inicializuje se s reference view (obvykle view ovladače) a spravuje všechna aktivní chování. Každý snímek UIDynamicAnimator přepočítává pozice, rychlosti a zrychlení všech přidaných prvků s ohledem na fyzikální zákony.

Metoda addBehavior přidává jedno chování (nebo komplexní UIDynamicBehavior), removeBehavior — odebírá. Animátor se automaticky pozastaví, když všechny objekty dosáhnou klidového stavu (bez srážek a sil). Delegátní metoda — UIDynamicAnimatorDelegate — informuje o pozastavení a obnovení simulace.

UIDynamicItem — protokol pro animaci

Každý objekt účastnící se fyziky musí implementovat protokol UIDynamicItem. UIView a UICollectionViewLayoutAttributes jej již implementují. Protokol vyžaduje vlastnosti: bounds, center, transform. Pokud je objekt vlastní — implementujte protokol ručně.

Typy Dynamic Behaviors

UIKit Dynamics obsahuje sedm vestavěných typů chování, z nichž každé modeluje specifický fyzikální efekt. Chování lze kombinovat: například gravitace + srážky + pružnost vytvářejí efekt padajících a odrážejících se objektů.

Kombinování chování

Pro realistickou fyziku objektu je potřeba několik chování současně. Například pro padající kartu: UIGravityBehavior (gravitační síla), UICollisionBehavior (srážka se dnem), UIDynamicItemBehavior (elasticity: 0.4 pro odraz). Všechna chování se přidávají do jednoho UIDynamicAnimator.

Příklady kódu ve Swift

Swift kód pro UIKit Dynamics vytváří UIDynamicAnimator a přidává chování. Níže uvedený příklad demonstruje gravitaci s více objekty, srážkami a vlastními fyzickými vlastnostmi.

import UIKit

class PhysicsViewController: UIViewController {

    var animator: UIDynamicAnimator!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        // 1. Vytvoření animátoru s reference view
        animator = UIDynamicAnimator(referenceView: view)

        // 2. Vytvoření padajících objektů
        let redView = UIView(frame: CGRect(x: 100, y: 50, width: 60, height: 60))
        redView.backgroundColor = .systemRed
        redView.layer.cornerRadius = 8
        view.addSubview(redView)

        let blueView = UIView(frame: CGRect(x: 200, y: 30, width: 60, height: 60))
        blueView.backgroundColor = .systemBlue
        blueView.layer.cornerRadius = 8
        view.addSubview(blueView)

        // 3. Gravitace
        let gravity = UIGravityBehavior(items: [redView, blueView])
        gravity.gravityDirection = CGVector(dx: 0, dy: 1)
        gravity.magnitude = 0.8
        animator.addBehavior(gravity)

        // 4. Srážky
        let collision = UICollisionBehavior(items: [redView, blueView])
        collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = true
        collision.collisionDelegate = self
        animator.addBehavior(collision)

        // 5. Fyzické vlastnosti
        let itemBehavior = UIDynamicItemBehavior(items: [redView, blueView])
        itemBehavior.elasticity = 0.6
        itemBehavior.friction = 0.3
        itemBehavior.density = 1.0
        animator.addBehavior(itemBehavior)

        // 6. Snap chování při dotyku
        let tap = UITapGestureRecognizer(target: self, action: #selector(handleTap))
        view.addGestureRecognizer(tap)
    }

    @objc
    func handleTap(_ gesture: UITapGestureRecognizer) {
        let point = gesture.location(in: view)

        // Snap chování pro každý objekt
        for subview in view.subviews where subview is UIView {
            animator.removeAllBehaviors()
            let snap = UISnapBehavior(item: subview, snapTo: point)
            snap.damping = 0.5
            animator.addBehavior(snap)
        }
    }
}

extension PhysicsViewController: UICollisionBehaviorDelegate {
    func collisionBehavior(_ behavior: UICollisionBehavior,
                             beganContactFor item1: UIDynamicItem,
                             with item2: UIDynamicItem,
                             at point: CGPoint) {
        print("Srážka v: (point)")
    }
}

Příklad vytváří dva View s gravitací, srážkami a fyzickými vlastnostmi. UISnapBehavior při dotyku přitahuje objekty k bodu dotyku s tlumením 0.5. UICollisionBehaviorDelegate sleduje začátek srážek pro zvukové a vizuální efekty.

Praktické scénáře použití

UIKit Dynamics se používá v iOS aplikacích pro neherní fyziku rozhraní. Populární scénáře: animace hromádky karet (UISnapBehavior pro přitahování do středu), třesení obrazovky při chybě (UIDynamicItemBehavior + UIPushBehavior), efekt „padajících hvězd“ v onboardingu (gravity + collision + field behavior).

Pro výkon UIKit Dynamics doporučuje ne více než 15-20 současných objektů s fyzikou. Každý objekt vyžaduje výpočet srážek a sil v každém snímku. Při překročení limitu použijte CALayer místo UIView — Core Animation zpracovává vrstvy efektivněji.