UIKit Dynamics — фізика взаємодії в iOS

Що таке UIKit Dynamics?

UIKit Dynamics — фреймворк фізичного моделювання, представлений Apple в iOS 7 (2013). На відміну від UIView.animate (лінійні переходи) та Core Animation (анімація шарів), UIKit Dynamics моделює реальні фізичні взаємодії: гравітацію, зіткнення, сили, пружність та тертя. Розробник додає поведінки до UIDynamicAnimator, і система автоматично розраховує фізику для кожного кадру.

Фреймворк працює на частоті 60/120 FPS та використовує вбудований фізичний двигун на основі симуляції твердих тіл (rigid body simulation). UIKit Dynamics не вимагає знання фізики або математики — достатньо застосувати готову поведінку та налаштувати параметри.

За даними Apple, UIKit Dynamics підходить для UI-ефектів (анімація стопки карт, «тремтіння» іконок, фізика інтерфейсу), але не призначений для ігор — для ігор використовуйте SceneKit або SpriteKit.

UIDynamicAnimator — двигун фізики

UIDynamicAnimator — центральний клас UIKit Dynamics. Він ініціалізується з reference view (зазвичай view контролера) та керує всіма активними поведінками. Кожен кадр UIDynamicAnimator перераховує позиції, швидкості та прискорення всіх доданих елементів з урахуванням фізичних законів.

Метод addBehavior додає одну поведінку (або складний UIDynamicBehavior), removeBehavior — видаляє. Аніматор автоматично призупиняється, коли всі об'єкти досягають стану спокою (продовжують без зіткнень та сил). Метод делегата — UIDynamicAnimatorDelegate — сповіщає про паузу та відновлення симуляції.

UIDynamicItem — протокол для анімації

Будь-який об'єкт, що бере участь у фізиці, повинен реалізовувати протокол UIDynamicItem. UIView та UICollectionViewLayoutAttributes вже реалізують його. Протокол вимагає властивості: bounds, center, transform. Якщо об'єкт кастомний — реалізуйте протокол вручну.

Типи Dynamic Behaviors

UIKit Dynamics включає сім вбудованих типів поведінок, кожна з яких моделює певний фізичний ефект. Поведінки можна комбінувати: наприклад, гравітація + зіткнення + пружність створюють ефект падаючих та відскакуючих об'єктів.

Комбінування поведінок

Для реалістичної фізики об'єкта потрібно кілька поведінок одночасно. Наприклад, для падаючої карти: UIGravityBehavior (сила тяжіння), UICollisionBehavior (зіткнення з дном), UIDynamicItemBehavior (elasticity: 0.4 для відскоку). Всі поведінки додаються до одного UIDynamicAnimator.

Приклади коду на Swift

Swift код для UIKit Dynamics створює UIDynamicAnimator та додає поведінки. Приклад нижче демонструє гравітацію з кількома об'єктами, зіткненнями та кастомними фізичними властивостями.

import UIKit

class PhysicsViewController: UIViewController {

    var animator: UIDynamicAnimator!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        // 1. Створюємо аніматор з reference view
        animator = UIDynamicAnimator(referenceView: view)

        // 2. Створюємо падаючі об'єкти
        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. Гравітація
        let gravity = UIGravityBehavior(items: [redView, blueView])
        gravity.gravityDirection = CGVector(dx: 0, dy: 1)
        gravity.magnitude = 0.8
        animator.addBehavior(gravity)

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

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

        // 6. Snap-поведінка по тапу
        let tap = UITapGestureRecognizer(target: self, action: #selector(handleTap))
        view.addGestureRecognizer(tap)
    }

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

        // Snap-поведінка для кожного об'єкта
        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("Зіткнення в: (точка)")
    }
}

Приклад створює два View з гравітацією, зіткненнями та фізичними властивостями. UISnapBehavior при тапі притягує об'єкти до точки дотику з демпфуванням 0.5. UICollisionBehaviorDelegate відстежує початок зіткнень для звукових та візуальних ефектів.

Практичні сценарії застосування

UIKit Dynamics застосовується в iOS-додатках для неігрової фізики інтерфейсу. Популярні сценарії: анімація стопки карт (UISnapBehavior для притягання до центру), струшування екрана при помилці (UIDynamicItemBehavior + UIPushBehavior), ефект «падаючих зірок» в онбордингу (gravity + collision + field behavior).

Для продуктивності UIKit Dynamics рекомендує не більше 15-20 одночасних об'єктів з фізикою. Кожен об'єкт потребує розрахунку колізій та сил на кожному кадрі. При перевищенні ліміту використовуйте CALayer замість UIView — Core Animation обробляє шари ефективніше.