怎麼實現一個3d翻書效果

本篇主要討論以下兩種翻書動畫的實現：

第一種是整頁翻轉的效果：

這種整頁翻轉的效果主要是做rotateY的動畫，並結合一些CSS的3d屬性實現。

第二種折線翻轉的效果，如下圖所示：

主要是通過計算頁面翻折過來的位置。

這兩種原理上都不是很複雜，需要各個細節配合好，形成一個連貫的翻書動畫。

我們先重點說一下第一種翻頁效果的實現。

1. 基本佈局

這種的實現相對比較簡單，我們先把DOM結構準備好，如下程式碼所示：

<ul class="pages">
    <!--一個li.paper包含了正反兩頁-->
    <li class="paper" data-left>
        <!--一個.page就是一頁內容-->
        <div class="page page-1-back">
            <img src="1.jpg" alt>
        </div>
        <div class="page page-1">
            <img src="2.jpg" alt>
        </div>
    </li>
    <li class="paper" data-right>
        <div class="page page-2">
            <img src="3.jpg" alt>
        </div>
        <div class="page page-2-back">
            <img src="4.jpg" alt>
        </div>
    </li>
    <!--其它頁內容省略-->
</ul>複製程式碼

一個li.paper就表示一張紙，包含了正反兩頁，data-left屬性表示它是在左邊的，而data-right表示是在右側，通過absolute定位把它們放到相應的位置。所以如果是下一頁，應該讓data-right做左翻的動畫，相反上一頁則讓data-left做右翻的動畫。

.page-1是當前顯示在左邊的那一頁，.page-2表示當前右邊的那一頁，而.page-1-back和.page-2-back則分別表示在.paeg-1和.page-2後面的那一頁。它們置於背後是水平翻轉的，這一點應該不難想象，所以需要藉助transform: scale水平翻轉一下：

.page-1-back,
.page-2-back {
    transform: scale(-1, 1);
}複製程式碼

並且.page-1的z-index要比在後面的.page-1-back要高：

.page-1,
.page-2 {
    z-index: 1;
}複製程式碼

通過這樣排版之後，就得到了以下的佈局：

接下來讓右邊的那一頁翻過來。

2. 翻書動畫

就是做.paper的rotateY動畫，很簡單，如下程式碼所示：

@keyframes flip-to-left {
    from {
        transform: rotateY(0);
    }
    to {
        transform: rotateY(-180deg);
    }
}
.paper[data-right] {
    transform-origin: left center;
    animation: flip-to-left 2s ease-in-out;
}複製程式碼

需要設定變換中心為左邊中間的位置，效果如下：

我們發現有幾個問題，第1個問題是翻過去的後面的那個paper沒有顯示出來，因為一開始把沒顯示出來的paper都隱藏了，所以需要把後面那個paper顯示出來：

.paper {
    display: none;
    position: absolute;
    /* 預設放在右邊 */
    right: 0;
}
.paper[data-left],
.paper[data-right] {
    display: block;
    z-index: 1;
}
.paper[data-left] {
    right: auto;
    left: 0;
}
/* 把相鄰的paper顯示出來 */
.paper[data-right] + .paper {
    display: block;
}複製程式碼

這樣翻過來之後就能顯示後面的那個paper了，如下圖所示：

第二個問題是：為什麼.page-2-back沒顯示出來，仍然顯示的是.page-2，猜測是因為.page-2的z-index比較高，把.page-2-back蓋住了，所以即使整體rotate屬性變了，它也是被蓋住的狀態。

所以第一個方法可以在翻轉一半的時候就把z-index的高低關係互換一下，讓page-2-back比page-2更高，但是這個方法不太好控制，因為動畫的變化不是linear的，即使是linear的這個方法也不靈活，容易出現閃動的情況。

第二個方法是調整它們倆的translateZ關係，讓page-2的translateZ值比page-2-back高1px就可以了，而不是直接設定z-index關係。為了讓translateZ能生效，需要設定它們容器的transform-style為preserve-3d，如下程式碼所示：

.paper {
    transform-style: preserve-3d;
}
.page-1,
.page-2 {
    transform: translateZ(1px);
}複製程式碼

這個可以讓子元素從扁平空間(flat)變成一個3維空間，translateZ就能發揮作用了，效果如下所示：

這樣基本的效果就出來了，但是總感覺哪裡不太對，就是這個翻轉有點平，沒有景深的效果。說到景深會想起另外一個CSS屬性transform-perspective，我們不妨給它加一個perspective看看效果如何：

@keyframes flip-to-left {
    from {
        transform: perspective(1000px) rotateY(0);
    }
    to {
        transform: perspective(1000px) rotateY(-180deg);
    }
}複製程式碼

效果如下圖所示：

這樣看起來感覺就立體多了。perspective可以理解為攝像機的位置，如果值越大攝像機就推得越遠。不同值對比如下：

這樣翻書的動畫基本就完成了，從左向右翻也是同樣道理。接下來的問題是怎麼形成連續翻書的動畫。

3. 連續翻書

可以給動畫加一個forwards屬性，讓動畫保持在最後結束的那個狀態：

.paper[data-right] {
    transform-origin: left center;
    animation: flip-to-left 2s ease-in-out forwards;
}複製程式碼

停住之後，上面那些類的關係需要重新更新一下，例如翻過來之後原本的.page-2-back會變成.page-1。

比較科學的方法是使用element.animate做動畫，因為它有一個onfinish的回撥告訴我們動畫結束了，動畫由於這個API的相容性不是很好，要麼找個polyfill，要麼還是用上面CSS的方法然後藉助setTimeout。polyfill的庫比較大，這裡還是用setTimeout模擬動畫結束，使用setTimeout的風險是可能會不太準。

程式碼邏輯比較簡單，就是找到對應的dom結點設定對應的類或者屬性，就是程式碼比較繁瑣一點，如下所示：

let currentPage = 1;
let $ = document.querySelector.bind(document);
$('#next-page').addEventListener('click', goToNextPage);
const flipAnimateTime = 1000;
function goToNextPage () {
    // 觸發CSS動畫
    $('.paper[data-right]').setAttribute('data-begin-animate', true);
    setTimeout(() => {
        // data-right變成data-left
        let $rightPaper = $('.paper[data-right]'),
            $leftPaper = $('.paper[data-left]');
        $rightPaper.removeAttribute('data-right');
        $rightPaper.setAttribute('data-left', true);
        // data-left沒有了
        $leftPaper.removeAttribute('data-left');
        $leftPaper.querySelector('.page-1').classList.remove('page-1');
        $leftPaper.querySelector('.page-1-back').classList.remove('page-1-back');
        // 重新設定類的關係
        $leftPaper = $rightPaper;
        $rightPaper = $leftPaper.nextElementSibling;
        $leftPaper.querySelector('.page').classList.add('page-1-back');
        $leftPaper.querySelector('.page + .page').classList.add('page-1');
        // 如果還有下一頁
        if ($rightPaper) {
            $rightPaper.setAttribute('data-right', true);
            $rightPaper.querySelector('.page').classList.add('page-2');
            $rightPaper.querySelector('.page + .page').classList.add('page-2-back');
        }   
        currentPage++;
    }, flipAnimateTime);
}複製程式碼

效果如下圖所示：

向左翻頁也是類似。

這裡有個問題，如果使用者點下一頁點得很快那應該怎麼辦？如果他點得很快的話前面的翻頁還沒有結束，會導致setTimeout裡的程式碼還沒有執行，那麼整個模型就亂了。有兩個解決方法，第一種是在翻頁過程中禁掉下一頁的操作，但是似乎不太友好，第二種是把翻頁的過程當作一個task任務，一旦點了下一頁或者上一頁，就push一個task進來，每個task按順序同步執行，如果task陣列長度大於1那麼就縮短動畫的時間，讓它翻得快一點。相似的處理我已經在《實現內部元件輪播切換效果》討論過，這裡不再重複。

4. 適配的問題

你可能會擔心動畫結束後修改了dom結構，導致CSS屬性變了會閃一下，例如原本的page-2-back是水平翻轉的，但是在JS裡面設定了之後它就變成非水平翻轉了，雖然展示的效果是一樣的，但是會不會閃一下呢？只要改之前和改之後瀏覽器進行layout計算的結果一模一樣它就不會閃的，就像上面的例子，但是一旦位移差了1px，就會有閃動。

在實際的例子，你可能需要中間有1px的書縫的陰影，所以左右頁的寬度就不是剛好50%，而是要減去1px，所以如果你的transform-origin還是left center的話翻過去之後就會往右移了1px，當動畫結束重置狀態，1px的偏移就會被修正，這個時候就會小閃一下。而當你把transform-origin改成-1px center之後，又會導致翻過去之後往左移了1px。所以最好別把中間的陰影單獨弄出來，可以改成在每一個page裡面用before/after畫，每個page還是要佔50%，這樣就沒問題。

另外一個要考慮的問題是，使用了transform: scale + translateZ可能會導致模糊，一個直接的例子可以見這個codepen，就是因為用了translateZ或者will-change: transform等觸發了GPU渲染導致模糊了，這個過程可能是瀏覽器把當前圖層截一張圖給GPU計算，GPU把這張靜態圖縮放就會模糊。而當我們把translateZ等有promotion提升作用的屬性去掉之後，在縮放的過程會模糊，但是最終狀態是清晰的。如下圖所示：

在上面的例子裡面我們用了transform: scale(-1, 1)做水平翻轉，然後還用了translateZ(1px)做上下圖層關係。理論上我們使用scale但是並沒有放大或者縮小不應該模糊才對，但是在windows上的Chrome可以明顯看到模糊了（在mac上的Chrome是不會模糊的），把translateZ去掉就不會模糊了。所以我想到的解法方法是一開始圖層不要translateZ（使用z-index），只有開始做動畫了才加上translateZ（並去掉z-index），動畫結束後再把translateZ去掉。

5. 變成一個外掛

當把上面的問題都解決了之後，可以把它變成一個外掛，用的人只要引入，然後初始化一下就搞定了，不用關心這些類怎麼變之類的問題。

並且，由於一個paper容器有兩個page是正反面的關係，一旦中間突然插入了一頁就會導致page的正反面關係發生變化，所以這個結構不是很靈活，最好是動態生成，也就是說使用外掛的人，把所有的page並列排就好了，然後在外掛裡面再重新組織下DOM結構，把在正反面的兩個page放到一個paper裡面。

接著討論下第二種翻書效果的實現。

6. 折線翻書效果的實現

這個有一個現成的外掛turn.js，使用起來非常簡單，我們簡單討論一下它的內部實現。

這個東西乍看一下，似乎有曲面的效果：

但實際上是沒有的，這個曲線效果是它新增的陰影和漸變產生的視覺效果，當我們把background-image的漸變去掉之後對比一下就能看出來了：

沒有漸變的偽裝之後一下子就平了。它就變成了一個摺紙的模型——給定一張紙和一個折過去的點，計算一下折過去的旋轉角度和位移。它的原始碼是在fold函式裡面計算的：

它裡面有各種餘弦正弦的計算和角度的判斷，具體實現還是比較複雜的，沒有深入去研究，程式碼可見turn.js.

還有一個問題是它是怎麼實現三角形裁剪展示的效果？它是在上層又蓋了一個div：

7. 小結

本文討論了兩種翻書效果的實現，重點討論了一下比較簡單的整體翻頁的方式，這種方式主要是做rotateY動畫，同時開啟perspective讓其具有景深效果，並且用preserve-3d結合translateZ製造上下層級關係，這種方式可能會存在閃動和模糊的問題，為了讓翻過去不會閃動關鍵的地方是保證每一個page佔寬50%，模糊的問題是因為用了scale加上GPU提升導致的，所以只能通過不寫3d屬性保證清晰。

第二種的效果模型相對比較複雜，簡單分析了一下它的原理和實現方式。主要是計算摺紙過來的角度和位移，上層再蓋一個div隱藏不露出來的部分。然後再加上陰影和漸變製造一種曲面的效果。這種翻書的效果還是挺好玩的。

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