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纯 CSS 实现元素的 3D 旋转 ​

如果不借助 JavaScript，仅仅只是 CSS，如何实现类似的 3D 旋转效果呢？

这里会运用到一种名为正反旋转相消或者是正负旋转相消的小技巧。嗯，名字起的很奇怪，好像数学概念一样。

在动画中，旋转是非常常用的属性，

css
{
  transform: rotate(90deg);
}

如果我们给不同的层级的元素，添加不同方向的旋转，会发生什么呢？

首先假设一下场景，我们有这样的一层 HTML 结构：

html
<div class="reverseRotate">
    <div class="rotate">
        <div class="content">正负旋转相消3D动画</div>
    </div>
</div>

样式如下：

image

.content 内是我们的主要内容，好了，现在想象一下，如果父元素 .rotate 进行正向 linear 360° 旋转，最外层的父级元素 .reverseRotate 进行反向 linear 360° 旋转，效果会是啥样？

CSS 代码如下：

css
.rotate {
    animation: rotate 5s linear infinite;
}
.reverseRotate {
    animation: reverseRotate 5s linear infinite;
}
@keyframes rotate {
    100% {
        transform: rotate(360deg);
    }
}
@keyframes reverseRotate {
    100% {
        transform: rotate(-360deg);
    }
}

我们可以得到这样一种动画（注意，下图是 GIF 不是 PNG）：

img

神奇！因为一正一反的旋转，且缓动函数一样，所以整个 .content 看上去依然是静止的！注意，这里整个 .content 静止的非常重要。

有读者看到这里就要骂人了，作者你个智障，静止了不就没动画了吗？哪来的动画技巧？

别急！虽然看上去是静止的，但是其实祖先两个元素都是在旋转的！这会看上去风平浪静的效果底下其实是暗流涌动。用开发者工具选取最外层祖先元素是这样的：

img

既然如此，我们继续思考，如果我在其中旋转的一个父元素上，添加一些别的动画会是什么效果？想想就很刺激。

首先，我们先给这几个元素添加 CSS 3D 转换：

css
div {
    transform-style: preserve-3d;
    perspective: 100px;
}

接着，尝试修改上面的旋转动画，在内层旋转上额外添加一个 rotateX：

scss
@keyframes rotate {
    0% {
        transform: rotateX(0deg) rotateZ(0deg);
    }
    50% {
        transform: rotateX(40deg) rotateZ(180deg);
    }
    100% {
        transform: rotateX(0deg) rotateZ(360deg);
    }
}

效果如下：

img

Wow，这里需要好好理解一下。由于内容 .content 层是静止的但其实外层两个图层都在旋转，通过设置额外的 rotateX(40deg)，相当于叠加多了一个动画，由于正反旋转抵消了，所有整个动画只能看到旋转的 rotateX(40deg) 这个动画，产生了上述的效果。

这样，在没有 JavaScript 介入的情况下，我们就模拟了题图所示的 3D 效果。当然，仅仅是这样，与用户的联动是不够的，如果一定要结合鼠标移动，我们就需要 JavaScript 的一些辅助了。

借助 Javascript 实现鼠标跟随 3D 旋转动效 ​

我们的目标是实现这样一个动画效果：

img

这里，我们其实有两个核心元素：

  1. 鼠标活动区域
  2. 旋转物体本身

鼠标在鼠标活动区域内的移动，会影响旋转物体本身的 3D 旋转，而旋转的方向其实可以被分解为 X 轴方向与 Y 轴方向。

我们来看一下，假设我们的 HTML 结构如下：

html
<body>
    <div id="element"></div>
</body>

得到这样一个图形：

img

这里，body 的范围就是整个鼠标可活动区域，也是我们添加鼠标的 mousemove 事件的宿主 target，而 #element 就是需要跟随鼠标一起转动的旋转物体本身。

因为整个效果是需要基于 CSS 3D 的，我们首先加上简单的 CSS 3D 效果：

css
body {
    width: 100vw;
    height: 100vh;
    transform-style: preserve-3d;
    perspective: 500px;
}

div {
    width: 200px;
    height: 200px;
    background: #000;
    transform-style: preserve-3d;
}

效果如下：

img

没有什么不一样。这是因为还没有添加任何的 3D 变换，我们给元素添加 X、Y 两个方向的 rotate() 试一下（注意，这里默认的旋转圆心即是元素中心）：

css
div {
     transform: rotateX(15deg) rotateY(30deg);
}

效果如下，是有那么点意思了：

img

好，接下来，我们的目标就是通过结合 mouseover 事件，让元素动起来。

控制 X 方向的移动 ​

当然，为了更加容易理解，我们把动画拆分为 X、Y 两个方向上的移动。首先看 X 方向上的移动：

img

这里，我们需要以元素的中心为界：

  1. 当鼠标在中心右侧连续移动，元素绕 Y 轴移动，并且值从 0 开始，越来越大，范围为(0, +∞)deg
  2. 反之，当鼠标在中心左侧连续移动，元素绕 Y 轴移动，并且值从 0 开始，越来越小，范围为(-∞, 0)deg

这样，我们可以得到这样一个公式：

rotateY = (鼠标 x 坐标 - 元素左上角 x 坐标 - 元素宽度的一半)deg

通过绑定 onmousemove 事件，我们尝试一下：

js
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcY = e.clientX - box.x - (box.width / 2);
    
  element.style.transform  = "rotateY(" + calcY + "deg) ";
}

效果如下：

img

好吧，旋转的太夸张了，因此，我们需要加一个倍数进行控制：

js
const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcY = (e.clientX - box.x - (box.width / 2)) / multiple;
    
  element.style.transform  = "rotateY(" + calcY + "deg) ";
}

通过一个倍数约束后，效果好了不少：

img

控制 Y 方向的移动 ​

同理，我们利用上述的方式，同样可以控制 Y 方向上的移动：

js
const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

mouseOverContainer.onmousemove = function(e) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcX = (e.clientY - box.y - (box.height / 2)) / multiple;
    
  element.style.transform  = "rotateX(" + calcX + "deg) ";
};

效果如下：

img 当然，在这里，我们会发现方向是元素运动的方向是反的，所以需要做一下取反处理，修改下 calcX 的值，乘以一个 -1 即可：

js
let calcX = (e.clientY - box.y - (box.height / 2)) / multiple * -1;

结合 X、Y 方向的移动 ​

OK，到这里，我们只需要把上述的结果合并一下即可，同时，上面我们使用的是 onmousemove 触发每一次动画移动。现代 Web 动画中，我们更倾向于使用 requestAnimationFrame 去优化我们的动画，确保每一帧渲染一次动画即可。

完整的改造后的代码如下：

js
const multiple = 20;
const mouseOverContainer = document.getElementsByTagName("body")[0];
const element = document.getElementById("element");

function transformElement(x, y) {
  let box = element.getBoundingClientRect();
  let calcX = -(y - box.y - (box.height / 2)) / multiple;
  let calcY = (x - box.x - (box.width / 2)) / multiple;
  
  element.style.transform  = "rotateX("+ calcX +"deg) "
                        + "rotateY("+ calcY +"deg)";
}

mouseOverContainer.addEventListener('mousemove', (e) => {
  window.requestAnimationFrame(function(){
    transformElement(e.clientX, e.clientY);
  });
});

至此，我们就能简单的实现题图所示的鼠标跟随 3D 旋转动效：

img

设置平滑出入 ​

现在，还有最后一个问题，就是当我们的鼠标离开活动区域时，元素的 transform 将停留在最后一帧，正确的表现应该是复原到原状。因此，我们还需要添加一些事件监听做到元素的平滑复位。

通过一个 mouseleave 事件配合元素的 transition 即可。

css
div {
    // 与上述保持一致...
    transition: all .2s;
}
js
mouseOverContainer.addEventListener('mouseleave', (e) => {
  window.requestAnimationFrame(function(){
    element.style.transform = "rotateX(0) rotateY(0)";
  });
});

至此，我们就可以完美的实现平滑出入，整体效果最终如下：