从three.js旋转动画，我了解了requestAnimationFrame

02-26 1729阅读

前言

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three.js旋转动画

动画前置知识

屏幕刷新率与浏览器重绘次数

动画是如何形成的

实现动画的方式有哪些

什么是requestAnimationFrame

setTimeout&&setInterval

结语

three.js旋转动画

three.js中渲染出一个立方体很简单，代码如下：

import * as THREE from "three";
// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 创建透视相机
const fov = 45;
const aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
const near = 1;
const far = 1000;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far);
// 定位相机
camera.position.set(200, 300, 200);
camera.lookAt(0, 0, 0);
// 创建立方体(几何+材质)
const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10);
const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 添加到场景
scene.add(mesh);
// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 渲染
renderer.render(scene, camera);

如果要实现一个旋转动画，只需把渲染部分的代码稍作修改：

//循环渲染
function animation() {
  // 改变角度
  mesh.rotateY(0.01);
  // 重新渲染
  renderer.render(scene, camera);
  // 下一帧渲染回调
  requestAnimationFrame(animation);
}
animation();

效果：

three.js中使用了requestAnimationFrame来实现动画的渲染，那么为什么不使用setInterval来实现呢？比如下面这样。

// 渲染函数
function animation() {
  mesh.rotateY(0.01); 
  renderer.render(scene, camera); 
}
// 间隔20ms周期性调用渲染函数
setInterval(animation, 20);

下面就来探究一下原因。

动画前置知识

我们先需要了解一些概念以及形成动画的原因。

屏幕刷新率与浏览器重绘次数

屏幕刷新率：1s内屏幕刷新的次数。

一般的电脑的屏幕刷新率为每秒60次（1000ms/60≈16.7ms | 60FPS），也就是每16.7ms会刷新一下屏幕。当然此数值受到分辨率、显卡、屏幕尺寸等其他因素的影响。

由于一般的电脑的刷新频率是60FPS，所以大多数浏览器会限制其重绘次数，一般不会超过计算机的重绘次数，因为即使超过了其频率，用户的体验也不会得到提升。

动画是如何形成的

动画是由于肉眼导致的视觉残留，通过连续播放的静态图像形成的动态幻觉。动画说白了就是一张张照片，连起来依次展示，这样就形成一个动画效果，只要帧率高，人的眼睛就感觉不到卡顿，是连续的视频效果。当1s中连续播放24张图片时(24FPS)，即可形成流畅的动画，通常来说计算机的刷新频率是60FPS。

实现动画的方式有哪些

JavaScript：setTimeout和setInterval
css3：transition和animation
html：canvas和SVG
requestAnimationFrame API
...
明明可以用css3、setTimeout来完成动画效果，为什么HTML5又提供了requestAnimationFrame？

什么是requestAnimationFrame

顾名思义，request(请求)Animation(动画)Frame(帧)，来看看MDN上对它的定义。

window.requestAnimationFrame() 告诉浏览器——你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行。

通俗点讲就是该API的调用频率取决于浏览器的刷新率，也就是说浏览器屏幕刷新多少次，它就执行多少次，一般为每秒60次，可以将其理解为专门用来实现动画效果的api，让浏览器流畅的执行动画效果。
- 那么为何要用这个api来做动画呢？
  css动画代码简单，性能上也会好一点，因为浏览器会对CSS3的动画做一些优化（比如专门新建一个图层来跑动画），缺点是动画控制不够灵活，部分动画功能无法实现（如滚动动画），这时我们就要考虑使用js定时器来做动画。
  
  但是定时器做动画存在一个很大的问题：动画会抖动，体验效果不好。来看下面的一个例子。
```
let i = 0;
let requestId: number;
function animation() {
  test.style.marginLeft = `${i}px`;
  requestId = requestAnimationFrame(animation);
  i++;
  if (i > 200) {
    cancelAnimationFrame(requestId);
  }
}
animation();
```
  上面用requestAnimationFrame实现了一个动画，不断修改dom元素的left值，使其运动起来，每执行一次大约是16.7ms，同时requestAnimationFrame会返回一个请求 ID，是回调函数列表中的一个唯一值，可以使用cancelAnimationFrame通过传入该请求 ID 取消回调函数。
  
  效果：
  
  接下来再来使用js的定时器动画来实现：
```
let i = 0;
let timerId: number;
function animation() {
  test.style.marginLeft = `${i}px`;
  // 执行间隔设置为 0，来模仿 requestAnimationFrame
  timerId = setTimeout(animation, 0);
  i++;
  if (i > 200) {
    clearTimeout(timerId);
  }
}
animation();
```
  在这里将setTimeout的执行间隔设置为 0，来模仿requestAnimationFrame。单单从代码上实现的方式，看不出有什么区别，但是从下面具体的实现结果就可以看出很明显的差距了。
  
  下图2是setTimeout执行结果：
  
  通过上述例子，你应该知道requestAnimationFrame比定时器好在哪里了吧。
  
  setTimeout&&setInterval
  
  setTimeout和setInterval的问题是，它们不够精确。这是由于事件循环机制导致的，该内在运行机制决定了时间间隔参数实际上只是指定了把动画代码添加到事件队列中以等待执行的时间。如果队列前面已经加入了其它任务，那动画代码就要等前面的任务完成后再执行，并且如果时间间隔过短（小于16.7ms）会造成丢帧，所以就会导致动画可能不会按照预设的去执行，降低用户体验。
  
  requestAnimationFrame采用浏览器时间间隔，保持最佳绘制效率，不会因为间隔时间过短，造成过度绘制，消耗性能；也不会因为间隔时间太长，使用动画卡顿不流畅，让各种网页动画效果能够有一个统一的刷新机制，从而节省系统资源，提高系统性能，改善视觉效果。
  
  现在我们回到three.js旋转动画的例子，我们使用setInterval定时器代替requestAnimationFrame：
```
import * as THREE from "three";
// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 创建透视相机
const fov = 45;
const aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
const near = 1;
const far = 1000;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far);
// 定位相机
camera.position.set(200, 300, 200);
camera.lookAt(0, 0, 0);
// 创建立方体(几何+材质)
const geometry = new THREE.BoxGeometry(100, 100, 100);
const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 添加到场景
scene.add(mesh);
// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 渲染函数
function animation() {
  mesh.rotateY(0.01); 
  renderer.render(scene, camera); 
}
//间隔20ms周期性调用渲染函数, 20ms也就是刷新频率是50FPS(1s/20ms)，每秒渲染50次
setInterval(animation, 20);
```
  这里官方说调用渲染方法.render()进行渲染的渲染频率不能太低。
```
//设置调用render函数的周期为200ms，刷新频率相当于5你能明显的感受到卡顿
setInterval("render()",200);
```
  效果：
  
  你能明显感受到比较卡顿了。所以three.js动画渲染一般使用requestAnimationFrame，更好的利用浏览器渲染，保持最佳绘制效率。
  
  结语
  
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