UIKit Dynamics — ماهیت، فیزیک تعامل در iOS

UIKit Dynamics چیست؟

UIKit Dynamics — فریم‌ورک مدل‌سازی فیزیکی است که توسط Apple در iOS 7 (2013) معرفی شد. برخلاف UIView.animate (انتقال‌های خطی) و Core Animation (انیمیشن لایه‌ها)، UIKit Dynamics تعاملات فیزیکی واقعی را مدل‌سازی می‌کند: گرانش، برخوردها، نیروها، الاستیسیته و اصطکاک. توسعه‌دهنده رفتارها (behaviors) را به UIDynamicAnimator اضافه می‌کند و سیستم به‌طور خودکار فیزیک را برای هر فریم محاسبه می‌کند.

این فریم‌ورک با فرکانس 60/120 FPS کار می‌کند و از موتور فیزیکی داخلی مبتنی بر شبیه‌سازی اجسام صلب (rigid body simulation) استفاده می‌کند. UIKit Dynamics نیازی به دانش فیزیک یا ریاضیات ندارد — کافی است رفتار آماده را اعمال کرده و پارامترها را تنظیم کنید.

به گفته Apple، UIKit Dynamics برای افکت‌های UI (انیمیشن دسته کارت، «لرزش» آیکون‌ها، فیزیک رابط) مناسب است، اما برای بازی‌ها طراحی نشده — برای بازی‌ها از SceneKit یا SpriteKit استفاده کنید.

UIDynamicAnimator — موتور فیزیک

UIDynamicAnimator — کلاس مرکزی UIKit Dynamics است. با reference view (معمولاً view کنترلر) مقداردهی اولیه می‌شود و تمام رفتارهای فعال را مدیریت می‌کند. در هر فریم، UIDynamicAnimator موقعیت‌ها، سرعت‌ها و شتاب‌های تمام عناصر اضافه‌شده را با در نظر گرفتن قوانین فیزیک دوباره محاسبه می‌کند.

متد addBehavior یک رفتار (یا UIDynamicBehavior پیچیده) اضافه می‌کند، removeBehavior — حذف می‌کند. Animator به‌طور خودکار وقتی همه اشیاء به حالت سکون می‌رسند (بدون برخورد و نیرو) متوقف می‌شود. متد delegate — UIDynamicAnimatorDelegate — درباره توقف و ازسرگیری شبیه‌سازی اطلاع می‌دهد.

UIDynamicItem — پروتکل انیمیشن

هر شیء شرکت‌کننده در فیزیک باید پروتکل UIDynamicItem را پیاده‌سازی کند. UIView و UICollectionViewLayoutAttributes قبلاً آن را پیاده‌سازی کرده‌اند. پروتکل ویژگی‌های bounds, center, transform را الزامی می‌کند. اگر شیء سفارشی است — پروتکل را دستی پیاده‌سازی کنید.

انواع Dynamic Behaviors

UIKit Dynamics شامل هفت نوع رفتار داخلی است که هر کدام یک اثر فیزیکی مشخص را مدل‌سازی می‌کند. رفتارها قابل ترکیب هستند: مثلاً گرانش + برخوردها + الاستیسیته اثر اشیاء در حال سقوط و جهش را ایجاد می‌کنند.

ترکیب رفتارها

برای فیزیک واقع‌گرایانه یک شیء به چندین رفتار همزمان نیاز است. مثلاً برای یک کارت در حال سقوط: UIGravityBehavior (نیروی جاذبه)، UICollisionBehavior (برخورد با کف)، UIDynamicItemBehavior (elasticity: 0.4 برای جهش). همه رفتارها به یک UIDynamicAnimator اضافه می‌شوند.

نمونه کد در Swift

کد Swift برای UIKit Dynamics یک UIDynamicAnimator ایجاد می‌کند و رفتارها را اضافه می‌کند. مثال زیر گرانش با چندین شیء، برخوردها و ویژگی‌های فیزیکی سفارشی را نشان می‌دهد.

import UIKit

class PhysicsViewController: UIViewController {

    var animator: UIDynamicAnimator!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        // 1. ایجاد animator با reference view
        animator = UIDynamicAnimator(referenceView: view)

        // 2. ایجاد اشیاء در حال سقوط
        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. گرانش
        let gravity = UIGravityBehavior(items: [redView, blueView])
        gravity.gravityDirection = CGVector(dx: 0, dy: 1)
        gravity.magnitude = 0.8
        animator.addBehavior(gravity)

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

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

        // 6. رفتار Snap با لمس
        let tap = UITapGestureRecognizer(target: self, action: #selector(handleTap))
        view.addGestureRecognizer(tap)
    }

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

        // رفتار Snap برای هر شیء
        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("برخورد در: (point)")
    }
}

این مثال دو View با گرانش، برخوردها و ویژگی‌های فیزیکی ایجاد می‌کند. UISnapBehavior با ضربه، اشیاء را با میراگری 0.5 به نقطه لمس جذب می‌کند. UICollisionBehaviorDelegate شروع برخوردها را برای افکت‌های صوتی و تصویری ردیابی می‌کند.

سناریوهای عملی کاربرد

UIKit Dynamics در برنامه‌های iOS برای فیزیک غیربازی رابط کاربری استفاده می‌شود. سناریوهای محبوب: انیمیشن دسته کارت (UISnapBehavior برای جذب به مرکز)، لرزش صفحه هنگام خطا (UIDynamicItemBehavior + UIPushBehavior)، اثر «ستاره‌های در حال سقوط» در آموزش (gravity + collision + field behavior).

برای عملکرد، UIKit Dynamics بیش از 15-20 شیء همزمان با فیزیک را توصیه نمی‌کند. هر شیء نیاز به محاسبه برخوردها و نیروها در هر فریم دارد. در صورت تجاوز از حد، به جای UIView از CALayer استفاده کنید — Core Animation لایه‌ها را کارآمدتر پردازش می‌کند.