UIKit Dynamics — ฟิสิกส์ของการโต้ตอบใน iOS

UIKit Dynamics คืออะไร?

UIKit Dynamics คือเฟรมเวิร์กการจำลองฟิสิกส์ที่ Apple นำเสนอใน iOS 7 (2013) แตกต่างจาก UIView.animate (การเปลี่ยนภาพเชิงเส้น) และ Core Animation (แอนิเมชันเลเยอร์) UIKit Dynamics จำลองปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพจริง: แรงโน้มถ่วง การชน แรง ความยืดหยุ่น และแรงเสียดทาน นักพัฒนาเพิ่มพฤติกรรมไปยัง UIDynamicAnimator และระบบจะคำนวณฟิสิกส์โดยอัตโนมัติสำหรับแต่ละเฟรม

เฟรมเวิร์กทำงานที่ 60/120 FPS และใช้เอ็นจินฟิสิกส์ในตัวที่อิงจากการจำลองวัตถุแข็งเกร็ง (rigid body simulation) UIKit Dynamics ไม่ต้องการความรู้ด้านฟิสิกส์หรือคณิตศาสตร์ — เพแยงใช้พฤติกรรมสำเร็จรูปและกำหนดค่าพารามิเตอร์

ตามข้อมูลของ Apple UIKit Dynamics เหมาะสำหรับเอฟเฟกต์ UI (แอนิเมชันกองการ์ด การสั่นไหวของไอคอน ฟิสิกส์อินเทอร์เฟซ) แต่ไม่ได้มีไว้สำหรับเกม — สำหรับเกมให้ใช้ SceneKit หรือ SpriteKit

UIDynamicAnimator — เอ็นจินฟิสิกส์

UIDynamicAnimator คือคลาสหลักของ UIKit Dynamics มันเริ่มต้นด้วย reference view (โดยปกติคือ view ของคอนโทรลเลอร์) และจัดการพฤติกรรมที่ทำงานอยู่ทั้งหมด แต่ละเฟรม UIDynamicAnimator จะคำนวณตำแหน่ง ความเร็ว และความเร่งขององค์ประกอบทั้งหมดที่เพิ่มตามกฎฟิสิกส์

เมธอด addBehavior เพิ่มหนึ่งพฤติกรรม (หรือ UIDynamicBehavior ที่ซับซ้อน) removeBehavior ลบออก ตัวแอนิเมเตอร์จะหยุดชั่วคราวโดยอัตโนมัติเมื่อวัตถุทั้งหมดถึงสถานะพัก (ดำเนินการต่อโดยไม่มีการชนและแรง) เมธอดตัวแทน — UIDynamicAnimatorDelegate — แจ้งเตือนเกี่ยวกับการหยุดชั่วคราวและการเริ่มจำลองอีกครั้ง

UIDynamicItem — โปรโตคอลสำหรับแอนิเมชัน

วัตถุใด ๆ ที่เข้าร่วมในฟิสิกส์ต้องใช้โปรโตคอล UIDynamicItem UIView และ UICollectionViewLayoutAttributes ใช้งานอยู่แล้ว โปรโตคอลต้องการคุณสมบัติ: bounds, center, transform หากวัตถุเป็นแบบกำหนดเอง — ให้ใช้โปรโตคอลด้วยตนเอง

ประเภทของ Dynamic Behaviors

UIKit Dynamics ประกอบด้วยพฤติกรรมในตัวเจ็ดประเภท แต่ละประเภทจำลองเอฟเฟกต์ทางกายภาพเฉพาะ สามารถรวมพฤติกรรมได้: ตัวอย่างเช่น แรงโน้มถ่วง + การชน + ความยืดหยุ่น สร้างเอฟเฟกต์ของวัตถุที่ตกลงและกระดอน

การรวมพฤติกรรม

สำหรับฟิสิกส์วัตถุที่สมจริง ต้องใช้หลายพฤติกรรมพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น สำหรับการ์ดที่ตกลง: UIGravityBehavior (แรงโน้มถ่วง), UICollisionBehavior (การชนกับพื้น), UIDynamicItemBehavior (ความยืดหยุ่น: 0.4 สำหรับการกระดอน) พฤติกรรมทั้งหมดถูกเพิ่มไปยัง UIDynamicAnimator ตัวเดียว

ตัวอย่างโค้ด Swift

โค้ด Swift สำหรับ UIKit Dynamics สร้าง UIDynamicAnimator และเพิ่มพฤติกรรม ตัวอย่างด้านล่างสาธิตแรงโน้มถ่วงกับหลายวัตถุ การชน และคุณสมบัติทางกายภาพที่กำหนดเอง

import UIKit

class PhysicsViewController: UIViewController {

    var animator: UIDynamicAnimator!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

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

        // 2. สร้างวัตถุที่ตกลงมา
        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. แรงโน้มถ่วง
        let gravity = UIGravityBehavior(items: [redView, blueView])
        gravity.gravityDirection = CGVector(dx: 0, dy: 1)
        gravity.magnitude = 0.8
        animator.addBehavior(gravity)

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

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

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

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

        // พฤติกรรม Snap สำหรับแต่ละวัตถุ
        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("การชนที่: (จุด)")
    }
}

ตัวอย่างสร้างสอง Views ด้วยแรงโน้มถ่วง การชน และคุณสมบัติทางกายภาพ UISnapBehavior เมื่อแตะจะดูดวัตถุไปยังจุดสัมผัสด้วยการหน่วง 0.5 UICollisionBehaviorDelegate ติดตามการเริ่มต้นของการชนสำหรับเอฟเฟกต์เสียงและภาพ

สถานการณ์การใช้งานจริง

UIKit Dynamics ใช้ในแอปพลิเคชัน iOS สำหรับฟิสิกส์อินเทอร์เฟซที่ไม่ใช่เกม สถานการณ์ยอดนิยม: แอนิเมชันกองการ์ด (UISnapBehavior สำหรับดูดไปยังศูนย์กลาง), การเขย่าหน้าจอเมื่อเกิดข้อผิดพลาด (UIDynamicItemBehavior + UIPushBehavior), เอฟเฟกต์ "ดาวตก" ในออนบอร์ดิง (gravity + collision + field behavior)

สำหรับประสิทธิภาพ UIKit Dynamics แนะนำไม่เกิน 15-20 วัตถุพร้อมกันที่มีฟิสิกส์ แต่ละวัตถุต้องการการคำนวณการชนและแรงในทุกเฟรม หากเกินขีดจำกัด ให้ใช้ CALayer แทน UIView — Core Animation จัดการเลเยอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น