高性能的视差动画

本文翻译自 https://developers.google.com/web/updates/2016/12/performant-parallaxing，作者： Paul Lewis，译文：接灰的电子产品

爱也好，恨也好，视差效果已经遍布web之上了。当你用的巧妙的时候，它可以给应用增加深度和隐喻效果。但问题在于实现一个高性能的视差效果是一个很有挑战的工作。在这篇文章里，我们将讨论如何构造一个高性能的视差效果，当然同样重要的是还得跨浏览器。

高性能的视差动画0

视差效果示意图

摘要

不要使用滚动事件(scroll events)或者背景定位（background-position）来创建视差动画。
使用 CSS 3D 变换来创建一个更准确的视差效果。
对于iOS移动设备的Safari浏览器使用 position: sticky 来确保视差可以生效。

如果你想要一个开箱即用的方案，请访问 Parallax helper JS ，这里还有一个 demo演示：

观看演示

视差的问题分析

在开始之前，我们先来看两个现有的常见的实现视差的方法，探讨为何它们不适合我们要追求的目标。

不好的方案：使用滚动事件

视差的关键需求是它应该是滚动耦合的：对于页面滚动的每一个位置变化，视差元素的位置也应被更新。这看上去很容易，现代浏览器的重要机制之一就是它们可以异步处理工作。尽管如此，在大多数浏览器中，滚动事件是被作为“尽量好”（best effort）的工作处理的，也就意味着：浏览器并不确保每一帧的滚动动画送达！

这个重要的信息告诉我们为什么要避免使用Javascript基于滚动事件去移动元素：Javascript并不能确保视差会和页面滚动保持同样的步调。。在一些老版本的Mobile Safari上，滚动事件甚至是在滚动完成后才触发的，这一点让基于Javascript的滚动效果无法实现。在较新的Mobile Safari版本中，滚动事件可以在动画过程中触发了，但是和Chrome一样，它是一个基于“尽量好”的原则的。所以当主线程忙于其他工作时，滚动事件不会立即触发，也就意味着视差效果的丢失。

不好的方案：更新背景位置

我们要避免的另一个场景是在每帧都进行绘制。很多方案试图采用改变 background-position 来提供视差效果，但这会让浏览器在滚动时重绘受影响的部分，而这可能会是相当消耗资源的，这种影响会使动画卡顿。

如果我们想提供一个高质量的视差动画，我们想要的是一个可以当作加速的属性（这里我们指的是 transform 和 opacity ）,而这是不依赖于滚动事件的。

CSS 3D

Scott Kellum 和 Keith Clark 都已经在利用 CSS 3D 来实现视差效果领域做出了很重要的工作。他们采用的非常有效技术有：

建立一个容器元素，设置 overflow-y: scroll 使其可以滚动（同时可能需要 overflow-x: hidden）。
对于上面的元素, 我们会应用一个 perspective 值，然后设置 perspective-origin 到 top left, 或者 0 0。
对上面元素的子元素应用一个在 Z 轴的变换，然后把它们还原回来以实现视差效果，而没有影响它们在屏幕上的大小。

这种方案的 CSS 看起来是下面的样子：

.container {
  width: 100%;
  height: 100%;
  overflow-x: hidden;
  overflow-y: scroll;
  perspective: 1px;
  perspective-origin: 0 0;
}

.parallax-child {
  transform-origin: 0 0;
  transform: translateZ(-2px) scale(3);
}

当然我们假定你的 HTML 是下面的样子：

<div class="container”>
  <div class="parallax-child”></div>
</div>

调整perspective的比例

把子元素挤回来会要求它设置一个更小的相对于 perspective 的比例。你可以通过下列等式来计算需要的缩放比例： (perspective – distance) / perspective。由于我们希望视差元素看上去和我们一开始设定的一样大，所以它应该根据这样的等式进行放缩而不是保持不变。

拿上面的例子来说， perspective 是 1px, 而 parallax-child 在 Z 轴方向是 -2px，这就意味着元素需要被放大3倍，你可以看到我们在 scale 中写入了 3 这个值。

对于任何没有应用 translateZ 的内容，你可以用 0 替代，也就是缩放比为 (perspective - 0) / perspective，结果为 1 ，即既不放大也不缩小。真的是非常方便。

为什么这种方案好用？

弄清楚为什么这种方案好用是非常重要的，因为我们很快就要使用这个知识了。滚动其实本质是一种变换，这是它为什么可以被加速的原因。滚动很大程度上使用GPU参与了图层的变换。一个常见的滚动（没有应用任何 perspective ）是这样的：滚动这种情况下是以 1:1 的方式在对待滚动的元素和它的子元素。换人话说，如果你向下滚动一个元素 300px，那么它的子元素向上变换了同样的数量： 300px。

但是，如果对这个滚动元素应用 perspective 值会把这个过程“搞乱”：这个值改变了滚动变换的理想路线。现在如果一个 300px 的滚动可能把子元素移动了 150px，当然这取决于你给 perspective 和 translateZ 设置什么值。如果一个 translateZ 设置为0的子元素，它的滚动会一切如常（ 1:1 ），但是一个被推向 Z 轴向（ translateZ 不为 0 ）的子元素将以不同的比例滚动！因此出现了视差效果。另外非常重要的一点是：这个过程本身就是浏览器内部的滚动机制的一部分，因此没有必要监听滚动事件或者改变背景位置。

美中不足：Mobile Safari

每种效果都有一些约束，对于变换（ transform ）来讲，对子元素的 3D 效果的保持就是这样。如果在应用 perspective 的元素和它的“视差”子元素的结构之中有其它元素的存在，那么 3D 的效果会被“拍扁”，也就是说效果将不复存在。

<div class="container”>
  <div class="parallax-container”>
    <div class="parallax-child”></div>
  </div>
</div>

在上面的HTML中 .parallax-container 是一个新添加的元素，而它会”抹平” perspective，从而导致效果丢失。通常情况下，解决方案还是比较符合直觉的：给这个元素添加 transform-style: preserve-3d 以便让它可以把 3D 效果应用到更深层的节点去。

.parallax-container {
  transform-style: preserve-3d;
}

对于 Mobile Safari 来说，事情变的有点麻烦。对容器元素应用 overflow-y : 技术上这是没问题的，但是这会让滚动元素的移动过于凶猛。解决方案是加上一个 -webkit-overflow-scrolling: touch ，但这个设置会导致 perspective 被抹平，因此我们会得不到任何视差效果。

从一个发展的角度看，这可能算不上什么问题（因为只在旧版本的 Mobile Safari 出现），即使我们无法在每一个浏览器中展现视差效果，但一个应用的功能还是好用的，但我们最好找出一个方案。

`position:sticky` 来拯救

事实上，我们可以从 position: sticky 中得到一些帮助，这个设置允许元素固定在 viewport 的顶部或者固定在一个滚动元素的父元素。这个属性的文档，就如同任何其它文档一样，又臭又长，但是还是可以找到一些有用信息：

一个固定的“盒子”非常像一个相对定位的盒子，但是位移是通过引用最近的可滚动的祖先来计算的，或者根据 viewport 来计算，如果找不到这样一个祖先的话 — CSS Positioned Layout Module Level 3

第一眼看上去好像帮助不大，但一个关键点在句中说到如何计算元素的固定位置的那部分：“位移是通过引用最近的可滚动的祖先来计算的”。换句话说，移动固定元素的距离（为了让它看起来是固定在某个元素或者 viewport 上）是在应用其它任何变换之前进行计算的，而不是之后。这就意味着，和我们刚才说的滚动的那个例子很像，如果位移计算的结果是 300px，那么我们就有了一个新的机会去使用 perspective （或者其它任何变换）来在这个 300px 应用到固定元素之前去改变它。

通过给视差元素设置 position: -webkit-sticky，我们可以有效的“翻转”那个由于 -webkit-overflow-scrolling: touch 而产生的“抹平”效果。这样就确保了视差元素引用最近的可滚动的祖先元素，这里就是 .container 。然后，和上文讲的类似，给 .parallax-container 设置一个 perspective 值，这样就改变了计算的滚动位移，创建出了视差效果。

<div class="container”>
  <div class="parallax-container”>
    <div class="parallax-child”></div>
  </div>
</div>

.container {
  overflow-y: scroll;
  -webkit-overflow-scrolling: touch;
}

.parallax-container {
  perspective: 1px;
}

.parallax-child {
  position: -webkit-sticky;
  top: 0px;
  transform: translate(-2px) scale(3);
}

这样就为 Mobile Safari 恢复了视差效果，真是一个不错的结果。

固定定位的问题

和之前的方案确实还有一个明显区别， position: sticky 改变了视差的机制。固定定位试图固定某个元素在滚动容器顶端，而非固定元素不是。这就意味着固定定位产生的视差和非固定产生的色差是相反的：

使用 position: sticky: 元素离 z=0 越近，它移动的越少
不使用 position: sticky: 元素离 z=0 越近，它移动的越多

如果你还是感到有些抽象的话，可以看一下Robert Flack的这个demo，这个demo展示了在固定定位和非固定定位的条件下，元素是如何有不同的表现的。要看到这个效果的话，你需要 Chrome Canary (写作本文是，版本为56) 或者 Safari 。

高性能的视差动画1

position: sticky 对视差的影响

花式bug和应对

如同任何事情一样，还是有很多的坑需要填。

固定定位的支持是不一致的：当前在 Chrome 中对于这个特性还在开发中，Edge 则完全缺失，FireFox则有绘制的bug。在这种情况下，我们应该增加一点代码来在需要时（这里就是 Mobile Safari ）才添加 position: sticky
该效果在 Edge 中完全没有作用。Edge试图在OS级别处理滚动，通常情况下这是个好事。但在这个例子中，这种机制会使得我们无法在滚动时去应用 perspective。为了修复这个问题，我们可以为父元素设置 `translateZ(0px)“。
页面内容太大了：在决定页面内容有多大时，很多浏览器负责放缩，但很遗憾 Chrome 和 Safari 不负责。所以假如有一个放大 3 倍的变换应用到某个元素时，你可能会看到滚动条出现了，而且一旦出现后，即使之后你恢复了 1:1 的比例，滚动条也不会消失。有一个方法可以避免这种情况：那就是从右下角进行放缩（ transform-origin: bottom right ）。这种方案背后的原理是它会导致过大的元素进入滚动区域的“负面”（一般是左上），而滚动区域永远不会让你看到“负面”区域。

结论

视差动画如果经过的周全的设计考虑后会是一个非常有趣的效果。而且现在你应该可以了解到我们是可以实现一个高性能的、滚动耦合的、跨浏览器的方案。由于这里面需要一点点数学计算和一些模板化的操作，所以我们封装了一个工具类和例子。