为什么iOS是目前最流畅的移动系统？
时间：2020-06-09 来源：互联网 浏览量：
何谓流畅？这个概念就和"全面屏"一样，我们可以感性地将"全面屏"定义为"好像手里握着一块玻璃"，但很难给予一个量化的描述。我说苹果 iOS 比华为 EMUI 流畅，如果单单是"凭感觉"，那评论区免不了用户们各执一词的互喷，而厂商也无法从批评中学到任何东西。
本帖参考了WWDC2018 的相关演讲，试图从三个维度衡量手机系统的流畅度：
1. 动画设计：同为非线性，同为 60 帧，为什么动画的观感有差异？
2. 交互方式：全面屏时代，手势操作和 Home 键 / 三大金刚键有何区别？
3. 符合直觉：过分华丽的动画使人眼花，如何兼顾观感和用户体验？
Part One.⎡动画设计：拟物，可不止图标⎦
我们知道，在手机屏幕里飞来飞去的 App，并不是真的在手机里运动，而是手机系统在短时间内展示多张不同的图像，让观者产生"它在运动"的错觉。连续播放的静止画面 + 肉眼的视觉残像，"动画"就产生了。
▼ 动图，翻书动画
在固定时间内，一段动画展示的静止画面越多，它造成的肉眼错觉就越强，对观者而言就越流畅。我们把 1 秒内播放的画面数量称为"帧率"，主流显示器的 60 帧，即指"1 秒内展示 60 个画面"来构成动画效果。那么两段帧率相同的动画，它们带给观者的流畅感是相同的吗？请看下面的例子。
▼ 动图，两个以不同速度运动的小球
尽管两个小球的帧率相同，速度较慢的小球，其轨迹与动效都十分细腻；而速度较快的小球，则在运动时产生了割裂感，好像是一顿一顿地前进。这是为什么？当我们记录下小球经过的各个位置，背后的原因就显现了。
速度快的小球，两帧之间的变化太大，球的残像甚至不重叠，对眼睛而言就像跳跃一样；而速度慢的小球，两帧之间的变化较小，对眼睛而言更加舒适。
手机动画自然没有小球来回运动这么简单，但想让动画流畅，原理是不变的：帧与帧之间的变化不能太大，否则同样的帧率，你的动画就会变卡。以主屏幕打开 App 的缩放动画为例，各位觉得哪个更流畅？
▼ 动图，两种 IT 之家的打开动画
• 第一种动画将 App 窗口变形成桌面图标的大小，然后展开成完整的 App 窗口；
• 第二种动画维持 App 窗口的原始比例，逐渐从小窗变成大窗。
动画一虽华丽但卡顿，动画二虽普通但流畅，理由同上：直接从图标大小展开成完整窗口，每帧之间的变化太大，有割裂感。从系统设计的角度出发，显然动画一是符合需求的（许多安卓 OS 用的就是它），毕竟 App 图标是正方形且面积小，手机屏幕是长方形且面积大，画面变形、大小剧变似乎是不可避免的问题。我们看看苹果 iOS 是如何处理该动画的：
第一步，App 的图标会变形成与 iPhone 屏幕长宽比相近的长方形。
值得注意的是，图标的变形并不是简单的拉伸，而是给原图标添加"下巴"以调整长宽比。若是直接把图标拉成长方形，则会变得很丑。
▼ 某 UI 简单粗暴地图标拉伸
▼ 苹果 iOS 会给非纯色的图标加入匹配的"下巴"
第二步，因为 App 图标已经变形，App 界面能以原始长宽比逐渐显示在图标之上。
▼ 当 App 窗口完全显示时，其面积已经充斥 1/4 屏幕了，因此之后的缩放不会因为变化率太大而产生割裂感。为了让 App 窗口尽量大些，苹果还用一个遮罩隐藏了部分内容，使得窗口实际大小比看到的还大。
第三步，App 窗口完全填充手机屏幕。除了 App 内容在慢慢放大外，遮挡窗口的遮罩也在不断拉长，逐渐显示出完整的 App。一切，都是为了让帧与帧间的变化不至于太大，最后造就细腻的动画。
仅是如此，iOS 的动画只能算"精致"，还算不上"流畅"。我们来回顾下"非线性动画"的概念。这里使用高中物理课常用的"位置 — 时间"图象，即 x-t 图，来直观展示线性的"线"究竟指什么：
• 1 号是一条逐渐趋于水平的曲线，代表物体做减速运动，到达终点时速度刚好为零；
• 2 号是一条折线，代表物体先做匀速直线运动，到达终点时速度突然归零。
我们称第 1 种运动是"非线性"的，因为它在"位置 — 时间"图中并非直线，而是连续变化的曲线。祸害无数学子的数学家莱布尼茨说过（虽然是错误的）：
大自然没有跳跃。
Nature Does Not Make Jumps.
显然，线性运动在现实情况下不可能实现，折线的弯折处实际上还是曲线，因为速度减到 0，无论如何是一个渐变的过程。但在代码构成的电子设备中，线性运动是可以实现的，而且在安卓 OS 的动画中广泛存在。打开一个 App，图标以匀速直线运动放大，然后运动突然停止，十分生硬。
问题是，只要是曲线，我们都称为"非线性"运动，但曲线的类型是无穷无尽的，合适的曲线造就完美的动画，怪异的曲线还不如直线。
苹果是如何设计非线性动画的曲线的？iOS 从拟物发迹，之后经历了扁平化的洗礼，似乎与拟物渐行渐远。但是，iOS 的动画却从未离开过现实中的物体，所有动画曲线都使用了"弹簧"这一物理模型作为参照，通过"弹力"让手机系统变得流畅。
• 弹簧的运动端是将要运动的物体；
• 弹簧的固定端是物体运动的终点；
• 整个弹簧系统处在水平面上；
通过调节弹簧的松紧程度、物体的质量以及系统中的阻力，我们能得到无数种运动曲线，但每一种都不违和：因为它们都遵守着同一条物理法则（胡克定律），且完全符合人类在现实生活中培养起来的物理直觉。
▼ 设置阻力为极大，物体运动到终点即停止，不会来回弹；
▼ 设置阻力为极小，物体到达终点后会过冲，并处在震荡之中；
这些个"弹簧"具体对应了苹果 iOS 的哪些动画呢？
首先是主屏幕与系统：
▼ 轻轻返回主屏幕
▼ 用力返回主屏幕
▼ 系统中几乎所有可交互的元素都有弹性
得益于苹果严苛而统一的设计语言，"弹簧"动画也充斥着第三方 App。所有 iOS 的列表都自带弹力，很直观的反映了"列表已到头"的讯息：
用心的开发者也会调用 iOS 的动画 API，打磨 App 的细节：
▼ 轻轻下拉菜单
▼ 用力下拉菜单
讲到这儿，我相信各位对"流畅"有了更深的理解。帧率越高，系统就越流畅？并不，这要看你在每一帧画面中填充了什么内容；动画越花，系统就越流畅？并不，这取决于你的运动轨迹是如何设计的。苹果 iOS 的动画看似复杂，其实仅仅遵循着现实生活中最简单的原理：弹性。通过胡克定律，iOS 将各种动效整合在一起，既融入了系统，也融入了第三方 App 开发的准则中，使用户体验连贯一致。这正应了苹果首席设计师乔纳森的那句话：
真正的简约绝不是删繁就简，而是在纷繁中建立秩序。
True simplicity is derived from so much more than just the absence of clutter and ornamentation. It’s about bringing order to complexity.
另外两个显著影响系统流畅度的因素：
• 交互方式：全面屏设计移除了手机正面的物理按键，手势操作真的比按钮好吗？
• 符合直觉：手机系统的流畅不仅体现在动画上，还体现在逻辑中。
Part Two.交互方式：别让"动画"成了"延迟"
一个很简单的事实：我们使用手来完成一生中大部分的任务。自人类 700 万年前从黑猩猩中分离出来至今，我们使用过的工具不胜枚举，但我们的手并没有太大变化：通过精密的肌肉运动，仅仅十个手指可以实现近乎无限的操作。
随着人类科技的发展，我们使用的工具愈加先进，但也愈加抽象。朴素的工具，如锤子、榔头、剪刀，它们没有任何按钮，使用前无需学习，能达到看到就会用的程度；复杂的工具，如手机、电脑，它们使用按钮来操作，用户如果不认得汉字或字母，想愉快地使用就很难了。
▼ 也许每个人都会用"剪刀"，但不是每个人都会用"剪切"
历史证明，受欢迎的设计都是简洁易用的。13 年前，实体按键是手机不可分割的一部分，键盘区域有时会比显示屏幕还大。用户通过十字方向键控制选框，进而和系统、 App 进行交互。我们灵巧的双手被塑料按键限制在了狭小的空间内，效率低下。
▼ 经典机型：诺基亚 N95
2007 年，首代 iPhone 用一整块触摸屏取代了实体键盘，造就了现代智能手机的雏形。乔布斯将"按键手机"革新为"触屏手机"，目的很明确：虚拟按钮能随 App 的切换而改变，且用户可以直接与按钮交互。这好比射击游戏中，鼠标玩家会比手柄玩家操作更加精准：使用手指操纵工具的人类，当然适合用手指交互内容。
▼ 经典机型：iPhone 3GS
值得注意的是，尽管智能手机系统使用多点触控、拟物、过渡动画等一系列细节让使用手机更加自然，但手机系统的运作始终遵循四个步骤，这里以"打开手电筒"为例：
1. 用户大脑：环境太暗，需要打开手机的手电筒；
2. 用户手指：对准"手电筒"按钮按下去；
3. 过渡动画：模拟手电筒开启的过程；
4. 触发功能：开启后置闪光灯。
我们将匀速直线运动的动画成为"线性动画"；同样，因为以上四个步骤是单向、直线排列的，我们称这种操作逻辑为"线性交互"。用户按下按钮，系统执行这个按钮对应的功能，如同打字般一一对应。过渡动画在这类交互逻辑中是多余的，一些用户甚至会把动画效果关闭，以取得更快的响应速度。
▼ 左：动画开启；右：动画关闭
一般来说，过渡动画持续时间较短，且启动 App 需要一段加载时间，大部分用户都接受在"操作"与"功能"间加入"动画"来衔接。这能使手机系统更加流畅。不过，正如打字时会按错键，用户触发功能时也难免有失误。举个例子，我本想打开 IT 之家，但不小心点击了云音乐，这该怎么办？按照"线性交互"的流程：
▼ 不小心点击"云音乐" →等待动画结束→ 点击 Home 键 →等待动画结束→ 点击"IT 之家" →等待动画结束→ 应用开启
此时，起到衔接作用的动画反而造成了操作间的延迟，用户的流畅体验被破坏。为了解决这个问题，我们不妨想想使用朴素工具，如剪刀✂️时，我们的操作逻辑是怎样的：
1. 用户大脑：沿着引导线裁纸；
2. 用户手指：将剪刀对准线条；
3. 过渡动画：一边剪纸，一边修正方向，使✂️始终在线条上；
4. 触发功能：窗花。
以上逻辑与"线性交互"有个重要区别：系统会实时对"操作"给予反馈，用户并非"思考"完毕再实施"操作"，而是一边"思考"一边修正"操作"。换句话说，"动画"不仅起到过渡的作用，还留给用户"思考"与"操作"的时间。我称这种操作逻辑为"非线性交互"。
▼ 鉴别某个系统的"过渡动画"是否是多余的，只要把动画关掉，然后看看手机的使用是否受影响即可。iPhone 开与不开动画，完全是两种手机。
想把"智能手机"设计成"剪刀"✂️，仅靠点按这类只有"点 — 不点"两种状态的操作是很难实现的；如果剪刀✂️只有"开 — 关"两种状态，那一刀下去手指多半会断。我们需要用"手势"替换"按钮"，通过检测手势中的各种信息去揣测用户的意图，最终触发某个功能。
此时，"动画"并非填补"操作"与"功能"的装饰，而是实时反馈用户手势的信号。MIUI 12 发布后，大家津津乐道的"可打断动画"，就是其中一种特性。
需要指出的是，这并非"动画"被打断了，而是手机系统即使在动画之中，也会实时反馈用户的触控操作。读者可以试一试，下面这些操作，您的手机是否能做到：
▼ 开启 App 时，你可以同时启动多任务界面，App 窗口会移动到手指位置
▼ 开启 App 时，你不用等 App 完全打开，就能进行交互
▼ 关闭 App 时，你不用等 App 图标归位，就能滑动桌面
大家喜欢把 iOS 的这些细节描述成"精致的动画"，实际上，这是苹果改良人机交互逻辑后，产生的附带品罢了。如同✂️，你控制工具时手指的速度、力度都会影响最终呈现的效果；如果触控屏仅仅记录下手指的位置，那我完全可以把"屏幕"当作扁平化的"键盘"。iOS （没砍 3D Touch 前）会记录每一次触控的位置、速率、速度、力度等信息，并分析这些信息来判断用户意图。
▼ 以移动"画中画"为例，系统需要通过手势判断用户想把"画中画"放在哪里。如果仅仅记录手指的位置，那系统只能用"就近吸附"的方式定位浮动窗口
▼ iOS 记录了手势的速度（矢量），即便小窗没有移动到角落，系统也能知道，用户是想把窗口向角落移动
如果各位的手机支持"小窗模式"，不妨开启小窗拖动看看，你的快速滑动和慢速滑动是否有区别。说实话，某些系统用不同位置上滑来触发"返回" "主屏幕" "多任务"这三种操作，或者用屏幕边缘侧滑来触发"返回"，这不是非线性的手势操作，只不过是把原本用"点击"就能触发的按钮，改成用"滑动"触发罢了。我相信喜欢"点按返回"而不是"侧滑返回"的安卓用户不在少数。
▼ "全局侧滑返回"会遮住 App 正常的侧边菜单，交互上存在矛盾
▼ 虽然和 iOS 一样都是上滑返回主屏幕，但如果交互逻辑仍是线性的，"手势"和"按钮"并没有区别
这里，我想表扬下 MIUI12。除了可打断的动画外，MIUI12 的"超级壁纸"将"非线性交互"引入到"主屏 — 锁屏 — 息屏"这 iOS 也尚未考虑到的部分中来。
▼ "息屏 — 锁屏"可以像踢球一样来回滚动
Part Three.⎡符合直觉：用户所想，系统所示⎦
最后一部分，可能和系统中"会动的部分"无关，仅仅是一些细节。也许你没有注意到，人类都拥有"预知未来"的能力。走路时，我们会避开前方的障碍物；打雷时，我们会提前寻找避雨的地方；而使用手机时，我们根据现实生活中培养起来的直觉，来预测系统的下一步动作。
▼细看下面的动画，你会觉得膈应
首先是系统和第三方 App 的一致性。
我在帖子中举的例子多为主屏幕相关的操作，比如打开 App、关闭 App；实际上，用户在使用手机时，停留在主屏幕的时间相比使用 App 的时间，可以说是极少了。纵使你的桌面做得再好，如果 App 里的动画仍是生硬的，那用户反而会因为系统与应用间强烈的反差而难受。淘宝、京东这类购物 App，因为展示商品与广告推销需要，常把界面打扮的花里胡哨。在 iOS 平台，就算开发者脱离苹果的设计语言放飞自我，动画效果和 iOS 仍是一致的。
▼ 大部分列表都有弹性
▼ App 中返回上级页面的操作是非线性的
其次是页面移动的方向具有空间连续性。
比如，被我滑动到右边的页面，应该从右边回来，而不是上面或下面。不然，就算动画是流畅的，用户也无法感知到系统的连贯性。
▼ 左：页面向上浮现，但却向右退出；右：页面从右边出现，并返回右边
最后是系统 UI 设计在不同界面的一致性。
▼ 因为手机屏幕使用了较大的圆角，用户会倾向认为，App 窗口也是同样大小的圆角矩形
▼ 因为系统使用了触控条来指示上滑返回主屏，用户会倾向认为，其他可以交互的元素也应该有此触控条
以上我介绍了衡量手机系统流畅性的三个方面：动画设计，交互方式，以及符合直觉的细节。
所谓流畅，首先要满足我们的眼球，至少不能在视觉上给用户留下卡顿、割裂的印象；之后要符合人类使用工具的习惯，始终响应来自用户的操作，尽量减少延迟；最后要迎合我们脑中的逻辑，让用户能通过前一步预判后一步。满足这三点，手机系统就能在外观、运行与内核三方面获得流畅性。
最近发布的 MIUI12，因为一些设计与 iOS 雷同，在数码圈造成了争议。要我说，除去把通知中心和操控中心分别放到左上角和右上角这点照抄了 iOS，MIUI12 的其他部分与 iOS 是良性趋同，是值得肯定的。趋同设计在数码圈里很常见，比如 Yoga Book 与 Surface Book 的铰链，两者都想把笔记本电脑向书本靠拢，于是都在铰链部分采用了类似书脊的结构。
在全面屏时代，"手势"取代"按钮"是大趋势。基于物理现象的动画也好、非线性的交互方式也好、统一的系统UI 设计也好，这些东西没有专利可言。的确，因为苹果注册了列表回弹的专利，所以大部分安卓 OS 只能用一圈波纹来指示列表的尽头。但小米、华为、索尼等厂商，它们想出了不同于 iOS 的方式，在系统级应用中实现了列表回弹，这足以说明一两个专利并不会让其他系统全军覆没。缺的是厂商的技术实力，或者对系统流畅性的重视程度。
MIUI12 的"米柚光锥动效架构"是一个良好的开端，它的存在说明安卓 OS 是可以绕过谷歌进行底层动画改动的。大家应该鼓励各个厂商积极跟进行业里先进的设计方案，客观评判不同品牌的优劣，取长补短，而不是 A 压倒 B。
