利用CSS制作3D动画

技术交流
2024-10-01 11:05:02

CSS 3D 基础知识

本文默认读者掌握一定的 CSS 3D 知识，能够绘制初步的 3D 动画效果。当然这里会再简单过一下 CSS 3D 的基础知识。

使用 transform-style 启用 3D 模式

要利用 CSS3 实现 3D 的效果，最主要的就是借助 transform-style 属性。transform-style 只有两个值可以选择：

// 语法：
transform-style: flat|preserve-3d;
 
transform-style: flat; // 默认，子元素将不保留其 3D 位置
transform-style: preserve-3d; // 子元素将保留其 3D 位置。

当我们指定一个容器的 transform-style 的属性值为 preserve-3d 时，容器的后代元素便会具有 3D 效果，这样说有点抽象，也就是当前父容器设置了 preserve-3d 值后，它的子元素就可以相对于父元素所在的平面，进行 3D 变形操作。

利用 perspective & perspective-origin 设置 3D视距，实现透视/景深效果

perspective 为一个元素设置三维透视的距离，仅作用于元素的后代，而不是其元素本身。

简单来说，当元素没有设置 perspective 时，也就是当 perspective:none/0 时所有后代元素被压缩在同一个二维平面上，不存在景深的效果。

而如果设置 perspective 后，将会看到三维的效果。

// 语法
perspective: number|none;

// 语法
perspective-origin: x-axis y-axis;
// x-axis : 定义该视图在 x 轴上的位置。默认值：50%
// y-axis : 定义该视图在 y 轴上的位置。默认值：50%

而 perspective-origin 表示 3D 元素透视视角的基点位置，默认的透视视角中心在容器是 perspective 所在的元素，而不是他的后代元素的中点，也就是 perspective-origin: 50% 50%。

通过绘制 Webpack Logo 熟悉 CSS 3D

对于初次接触 CSS 3D 的同学而言，可以通过绘制正方体快速熟悉语法，了解规则。

而 Webpack 的 Logo，正是由 2 个立方体组成：

以其中一个正方体而言，实现它其实非常容易：

1. 一个正方体由 6 个面组成，所以首先设定一个父元素 div，然后这个 div 再包含 6 个子 div，同时，父元素设置 transform-style: preserve-3d；
2. 6 个子元素，依次首先旋转不同角度，再通过 translateZ 位移正方体长度的一半距离即可
3. 父元素可以通过 transform 和 perspective 调整视觉角度

以一个正方体为例子，简单的伪代码如下：

.cube {
    width: 100px;
    height: 100px;
    transform-style: preserve-3d;
    transform-origin: 50px 50px;
    transform: rotateX(-33.5deg) rotateY(45deg);

    li {
      position: absolute;
      top: 0;
      left: 0;
      width: 100px;
      height: 100px;
      background: rgba(141, 214, 249);
      border: 1px solid #fff;
    }
    .top {
      transform: rotateX(90deg) translateZ(50px);
    }
    .bottom {
      transform: rotateX(-90deg) translateZ(50px);
    }
    .front {
      transform: translateZ(50px);
    }
    .back {
      transform: rotateX(-180deg) translateZ(50px);
    }
    .left {
      transform: rotateY(-90deg) translateZ(50px);
    }
    .right {
      transform: rotateY(90deg) translateZ(50px);
    }
}

叠加两个，调整颜色和透明度，我们可以非常轻松的实现 Webpack 的 LOGO：

当然，这里的 LOGO 为了保证每条线条视觉上的一致性，其实是没有设置景深效果 perspective 的，我们可以尝试给顶层父容器添加一下如下代码，通过 transform 和 perspective 调整视觉角度，设置景深效果：

.father {
    transform-style: preserve-3d;
    perspective: 200px;
    transform: rotateX(10deg);
}

就可以得到真正的 3D 效果，感受很不一样：

完整的代码，你可以戳这里：CodePen Demo -- Webpack LOGO

OK，热身完毕，接下来，让我们插上想象的翅膀，走进 CSS 3D 的世界。

实现文字的 3D 效果

首先，看看一些有意思的 CSS 3D 文字特效。

要实现文字的 3D 效果，看起来是立体的，通常的方式就是叠加多层。

下面有一些实现一个文字的 3D 效果的方式。

假设我们有如下结构：


    Lorem ipsum

如果什么都不加，文字的展示可能是这样的：

我们可以通过叠加阴影多层，营造 3D 的感觉，主要是合理控制阴影的距离及颜色，核心 CSS 代码如下：

p {
    text-shadow: 
        4px 4px 0 rgba(0, 0, 0, .8),
        8px 8px 0 rgba(0, 0, 0, .6),
        12px 12px 0 rgba(0, 0, 0, .4),
        16px 16px 0 rgba(0, 0, 0, .2),
        20px 20px 0 rgba(0, 0, 0, .05);
}

这样，就有了基础的 3D 视觉效果。

3D 氖灯文字效果

基于此，我们可以实现一些 3D 文字效果，来看一个 3D 氖灯文字效果，核心就是：

利用 text-shadow 叠加多层文字阴影

利用 animation 动态改变阴影颜色


	CSS 3D
	NEON
	EFFECT

核心 CSS 代码：

.container {
	transform: rotateX(25deg) rotateY(-25deg);
}
.a {
	color: #88e;
	text-shadow: 0 0 0.3em rgba(200, 200, 255, 0.3), 0.04em 0.04em 0 #112,
		0.045em 0.045em 0 #88e, 0.09em 0.09em 0 #112, 0.095em 0.095em 0 #66c,
		0.14em 0.14em 0 #112, 0.145em 0.145em 0 #44a;
	animation: pulsea 300ms ease infinite alternate;
}
.b {
	color: #f99;
	text-shadow: 0 0 0.3em rgba(255, 100, 200, 0.3), 0.04em 0.04em 0 #112,
		0.045em 0.045em 0 #f99, 0.09em 0.09em 0 #112, 0.095em 0.095em 0 #b66,
		0.14em 0.14em 0 #112, 0.145em 0.145em 0 #a44;
	animation: pulseb 300ms ease infinite alternate;
}
@keyframes pulsea {
	// ... 阴影颜色变化
}
@keyframes pulseb {
	// ... 阴影颜色变化
}

可以得到如下效果：

完整的代码，你可以猛击这里 CSS 灵感 -- 使用阴影实现文字的 3D 氖灯效果

利用 CSS 3D 配合 translateZ 实现真正的文字 3D 效果

当然，上述第一种技巧其实没有运用 CSS 3D。下面我们使用 CSS 3D 配合 translateZ 再进一步。

假设有如下结构：


  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT
  Glowing 3D TEXT

我们通过给父元素 div 设置 transform-style: preserve-3d，给每个

设定不同的 translateZ() 来达到文字的 3D 效果:

div {
    transform-style: preserve-3d;
}
h1:nth-child(2) {
    transform: translateZ(5px);
}
h1:nth-child(3) {
    transform: translateZ(10px);
}
h1:nth-child(4) {
    transform: translateZ(15px);
}
h1:nth-child(5) {
    transform: translateZ(20px);
}
h1:nth-child(6) {
    transform: translateZ(25px);
}
h1:nth-child(7) {
    transform: translateZ(30px);
}
h1:nth-child(8) {
    transform: translateZ(35px);
}
h1:nth-child(9) {
    transform: translateZ(40px);
}
h1:nth-child(10) {
    transform: translateZ(45px);
}

当然，辅助一些旋转，色彩变化，就可以得到更纯粹一些 3D 文字效果：

完整的代码，你可以猛击这里 CSS 灵感 -- 3D 光影变换文字效果

利用距离、角度及光影构建不一样的 3D 效果

还有一种很有意思的技巧，制作的过程需要比较多的调试。

合理的利用距离、角度及光影构建出不一样的 3D 效果。看看下面这个例子，只是简单是设置了三层字符，让它们在 Z 轴上相距一定的距离。

简单的伪代码如下：

$bright : #AFA695;
$gold : #867862;
$dark : #746853;
$duration : 10s;
div {
	perspective: 2000px;
	transform-style: preserve-3d;
	animation: fade $duration infinite;
}
span {
	transform-style: preserve-3d;
	transform: rotateY(25deg);
	animation: rotate $duration infinite ease-in;
	
	&:after, &:before {
		content: attr(class);
		color: $gold;
		z-index: -1;
		animation: shadow $duration infinite;
	}
	&:after{
		transform: translateZ(-16px);
	}
	&:before {
		transform: translateZ(-8px);
	}
}
@keyframes fade {
	// 透明度变化
}
@keyframes rotate {
	// 字体旋转
}
@keyframes shadow {
       // 字体颜色变化
}

简单捋一下，上述代码的核心就是：

1.父元素、子元素设置 transform-style: preserve-3d
2.用 span 元素的两个伪元素复制两个相同的字，利用 translateZ() 让它们在 Z 轴间隔一定距离
3.添加简单的旋转、透明度、字体颜色变化

可以得到这样一种类似电影开片的标题 3D 动画，其实只有 3 层元素，但是由于角度恰当，视觉上的衔接比较完美，看上去就非常的 3D。

为什么上面说需要合理的利用距离、角度及光影呢？

还是同一个动画效果，如果动画的初始旋转角度设置的稍微大一点，整个效果就会穿帮：

可以看到，在前几帧，能看出来简单的分层结构。又或者，简单调整一下 perspective，设置父容器的 perspective 由 2000px 改为 500px，穿帮效果更为明显：

也就是说，在恰当的距离，合适的角度，我们仅仅通过很少的元素，就能在视觉上形成比较不错的 3D 效果。

上述的完整代码，你可以猛击这里：CSS 灵感 -- 3D 文字出场动画

3D 计数器

当然，发挥想象，我们还可以利用 3D 文字效果，制作出非常多有意思的效果。

譬如这个，我之前运用在我们业务的可视化看板项目中的 3D 计数器：

代码比较长，就不贴出来了，但是也是使用纯 CSS 可以实现的效果。

完整的代码，你可以猛击这里 CSS 灵感 -- 3D 数字计数动画

空间效果

嗯，上述章节主要是关于文字的 3D 效果，下面我们继续探寻 3D 在营造空间效果上的神奇之处。

优秀的 3D 效果，能让人有一种身临其境的感觉，都说 CSS 3D 其实作用有限，能做的不多，但是不代表它不能实现酷炫逼真的效果。

要营造逼真的 3D 效果，关键是恰当好处的运用 perspective 属性。

简单掌握原理，我们也可以很轻松的利用 CSS 3D 绘制一些非常有空间美感的效果。

这里我带领大家快速绘制一副具有空间美感的 CSS 3D 作品。

空间 3D 效果热身

首先，我们借助 Grid/Flex 等布局，在屏幕上布满格子（item），随意点就好：


  
  
  // ... 很多子 li

初始背景色为黑色，每个 item 填充为白色

接着，改变下每个 item 的形状，让他变成长条形的，可以改变通过改变 item 宽度，使用渐变填充部分等等方式：

接下来，父容器设置 transform-style: preserve-3d 和 perspective，子元素设置 transform: rotateX(45deg)，神奇的事情就发生了：

Wow，仅仅 3 步，我们就初步得到了一副具有空间美感的图形，让我们再回到每个子 item 的颜色设置，给它们随机填充不同的颜色，并且加上一个 transform: translate3d() 的动画，一个简单的 CSS 3D 作品就绘制完成了：

基于这个技巧的变形和延伸，我们就可以绘制非常多类似的效果。

在这里，我再次推荐 CSS-Doodle 这个工具，它可以帮助我们快速的创造复杂 CSS 效果。

CSS-doodle 是一个基于 Web-Component 的库。允许我们快速的创建基于 CSS Grid 布局的页面，以实现各种 CSS 效果（或许可以称之为 CSS 艺术）。

我们可以把上述的线条切换成圆弧：

完整的代码可以戳这里，利用 CSS-Doodle 也就几十行：CodePen Demo - CSS-Doodle Random Circle

又譬如袁川老师创作的 Seeding：

利用图片素材

当然，基于上述技巧，有的时候会认为利用 CSS 绘制一些线条、圆弧、方块比较麻烦。可以进一步尝试利用现有的素材基于 CSS 3D 进行二次创作，这里有一个非常有意思的技巧。

假设我们有这样一张图形：

这张图先放着备用。在使用这张图之前，我们会先绘制这样一个图形：

body {
  background: #000;
}
.g-container {
  position: relative;
}
.g-group {
  position: absolute;
  width: 100px;
  height: 100px;
  left: -50px;
  top: -50px;
  transform-style: preserve-3d;
}
.item {
  position: absolute;
  width: 100%;
  height: 100%;
  background: rgba(255, 255, 255, .5);
}
.item-right {
  background: red;
  transform: rotateY(90deg) translateZ(50px);
}
.item-left {
  background: green;
  transform: rotateY(-90deg) translateZ(50px);
}
.item-top {
  background: blue;
  transform: rotateX(90deg) translateZ(50px);
}
.item-bottom {
  background: deeppink;
  transform: rotateX(-90deg) translateZ(50px);
}
.item-middle {
  background: rgba(255, 255, 255, 0.5);
  transform: rotateX(180deg) translateZ(50px);
}

一共设置了 5 个子元素，不过仔细看 CSS 代码，其中 4 个子元素都设置了 rotateX/Y(90deg/-90deg)，也就是绕 X 轴或者 Y 轴旋转了 90°，在视觉上是垂直屏幕的一张平面，所以直观视觉上我们是不到的，只能看到一个平面 .item-middle。

我将 5 个子 item 设置了不同的背景色，结果如下：

现在看来，好像平平无奇，确实也是。

不过，见证奇迹的时候来了，此时，我们给父元素 .g-container 设置一个极小的 perspective，譬如，设置一个 perspective: 4px，看看效果：

.g-container {
  position: relative;
+ perspective: 4px;
}
// ...其余样式保持不变

此时，画风骤变，整个效果就变成了这样：

由于 perspective 生效，原本的平面效果变成了 3D 的效果。接下来，我们使用上面准备好的星空图，替换一下上面的背景颜色，全部都换成同一张图，神奇的事情发生了：

由于设置的 perspective 非常之下，而每个 item 的 transform: translateZ(50px) 设置的又比较大，所以图片在视觉上被拉伸的非常厉害。但是整体是充满整个屏幕的。

接下来，我们只需要让视角动起来，给父元素增加一个动画，通过控制父元素的 translateZ() 进行变化即可：

.g-container{
  position: relative;
  perspective: 4px;
  perspective-origin: 50% 50%;
}

.g-group{
  position: absolute;
  // ... 一些定位高宽代码
  transform-style: preserve-3d;
  + animation: move 8s infinite linear;
}

@keyframes move {
  0%{
    transform: translateZ(-50px) rotate(0deg);
  }
  100%{
    transform: translateZ(50px) rotate(0deg);
  }
}

看看，神奇美妙的星空穿梭的效果就出来了，Amazing：

美中不足之处在于，动画没能无限衔接上，开头和结尾都有很大的问题。

当然，这难不倒我们，我们可以：

1.通过叠加两组同样的效果，一组比另一组通过负的 animation-delay 提前行进，使两组动画衔接起来（一组结束的时候另外一组还在行进中）
2.再通过透明度的变化，隐藏掉 item-middle 迎面飞来的突兀感
3.最后，可以通过父元素的滤镜 hue-rotate 控制图片的颜色变化

我们尝试修改 HTML 结构如下：

修改后的核心 CSS 如下：

.g-container{
  perspective: 4px;
  position: relative;
  // hue-rotate 变化动画，可以让图片颜色一直变换
  animation: hueRotate 21s infinite linear;
}

.g-group{
  transform-style: preserve-3d;
  animation: move 12s infinite linear;
}
// 设置负的 animation-delay，让第二组动画提前进行
.g-group:nth-child(2){
  animation: move 12s infinite linear;
  animation-delay: -6s;
}
.item {
  background: url(https://z3.ax1x.com/2024/08/20/fLwuMd.jpg);
  background-size: cover;
  opacity: 1;
  // 子元素的透明度变化，减少动画衔接时候的突兀感
  animation: fade 12s infinite linear;
  animation-delay: 0;
}
.g-group:nth-child(2) .item {
  animation-delay: -6s;
}
@keyframes move {
  0%{
    transform: translateZ(-500px) rotate(0deg);
  }
  100%{
    transform: translateZ(500px) rotate(0deg);
  }
}
@keyframes fade {
  0%{
    opacity: 0;
  }
  25%,
  60%{
    opacity: 1;
  }
  100%{
    opacity: 0;
  }
}
@keyframes hueRotate {
  0% {
    filter: hue-rotate(0);
  }
  100% {
    filter: hue-rotate(360deg);
  }
}

最终完整的效果如下，星空穿梭的效果，整个动画首尾相连，可以一直无限下去，几乎没有破绽，非常的赞：

上述的完整代码，你可以猛击这里：CSS 灵感 -- 3D 宇宙时空穿梭效果

3D 无限延伸视角动画

OK，当掌握了上述技巧之后，我们可以很容易的对其继续变形发散，实现各种各样的无限延伸的 3D 视角动画。

这里还有一个非常有意思的运用了类似技巧的动画：

原理与上述的星空穿梭大致相同，4 面墙的背景图使用 CSS 渐变可以很轻松的绘制出来，接下来就只是需要考虑如何让动画能无限循环下去，控制好首尾的衔接。

该效果最早见于 jkantner 的 CodePen，在此基础上我对其进行了完善和丰富，完整代码，你可以猛击这里：CSS 灵感 -- 3D 无限延伸视角动画

视差效果

由于 CSS 3D 的特性，它天生就非常适合拿来制作一些视差效果。

本章节的内容之前在我的另外一篇文章，也有过一些讨论 -- CSS 实现视差效果

原理就是：

我们给容器设置上 transform-style: preserve-3d 和 perspective: [x]px，那么处于这个容器的子元素就将位于3D空间中，
再给子元素设置不同的 transform: translateZ()，这个时候，不同元素在 3D Z轴方向距离屏幕（我们的眼睛）的距离也就不一样
滚动滚动条，由于子元素设置了不同的 transform: translateZ()，那么他们滚动的上下距离 translateY 相对屏幕（我们的眼睛），也是不一样的，这就达到了滚动视差的效果。

核心代码表示就是：


    translateZ(-1)
    translateZ(-2)
    translateZ(-3)

html {
    height: 100%;
    overflow: hidden;
}

body {
    perspective: 1px;
    transform-style: preserve-3d;
    height: 100%;
    overflow-y: scroll;
    overflow-x: hidden;
}

.g-container {
    height: 150%;

    .section-one {
        transform: translateZ(-1px);
    }
    .section-two {
        transform: translateZ(-2px);
    }
    .section-three {
        transform: translateZ(-3px);
    }
}

总结就是父元素设置 transform-style: preserve-3d 和 perspective: 1px，子元素设置不同的 transform: translateZ，滚动滚动条，效果如下：

CodePen Demo -- CSS 3D parallax

很明显，当滚动滚动条时，不同子元素的位移程度从视觉上看是不一样的，也就达到了所谓的滚动视差效果。

滚动视差文字阴影/虚影效果/多图展示

那么，运用 translate3d 的视差效果，又能有一些什么好玩的效果呢？下面这个滚动视差文字阴影/虚影效果很有意思：

CodePen Demo -- CSS translate3d Parallax

另外一种就是我们可以把这个技巧运用到类似个人主页，图片展示等一些大屏场景下。

核心就是给每张图片设置不同的 translateZ，给父元素设置一个 persepective 即可，这样，在上下滚动的过程中，就能出现简单的视差效果：

CodePen Demo -- CSS Scroll Parallax Effect

同理，这个滚动视差不仅仅可以作用于上下的滚动，对于左右方向的滚动也是同样生效的：

CodePen Demo -- CSS-Only Horizontal Parallax Gallery By Paulina Hetman

其他实用场景介绍

在这一章节，会介绍一些有趣的，可以落地的 3D 效果或者动画。

404 Rolling Box

在我自己的个人网站的 404 页面，就使用 CSS 3D 实现的立方体制作的一个 404 效果：

其核心就在于在一个 CSS 3D 立方体的基础上：

添加立方体的滚动动画

控制下落的缓动函数，及落地的震荡动画（为了效果更为逼真，运用了设计动画中的预备动作、跟随和重叠动画等技巧）

控制立方体及地面数字画面的平移

控制动画的无限循环

整体制作还是非常有难度的，但是用在自己的 404 页面，确实也是非常的酷炫。这个效果，我最早见于 Yusuke Nakaya 大神，完整的代码你可以戳这里：CodePen -- Only CSS: 404 Rolling Box

立方体进度条

嗯，下面这个还是借助了立方体。我们来实现一个立方体进度条~

首先，实现一个立方体，结构如下：

我们可以把这个立方体想象成一个立体的进度条容器，通过控制 6 面的颜色，我们可以巧妙的得到一种 3D 进度条效果。

当然，其实我们不需要那么多面，4 个面即可，去掉左右，然后利用渐变修改一下立方体各个面的颜色，去掉 border，核心的 CSS 代码如下：

.demo-cube {
  position: relative;

  .cube {
    position: absolute;
    top: 50%;
    left: 50%;
    width: 300px;
    height: 100px;
    transform-style: preserve-3d;
    transform: translate(-50%, -50%) rotateX(-33.5deg);

    li {
      position: absolute;
      width: 300px;
      height: 100px;
      background: linear-gradient(90deg, rgba(156, 39, 176, .3), rgba(255, 34, 109, .8) 70%, rgba(255, 255, 255, .6) 70%, rgba(255, 255, 255, .6));
    }
    .top {
      transform: rotateX(90deg) translateZ(50px);
    }
    .bottom {
      transform: rotateX(-90deg) translateZ(50px);
    }
    .front {
      transform: translateZ(50px);
    }
    .back {
      transform: rotateX(-180deg) translateZ(50px);
    }
  }
}

我们就可以得到一个非常酷炫的 3D 进度条效果：

利用 CSS Property 给 3D 进度条加上动画

当然，进度条嘛，它需要一个填充动画。由于我们使用的是渐变实现的进度条的进度，需要去控制其中的颜色百分比变化。

而正常而言，CSS 是不支持渐变的动画的，不过这也难不倒我们，因为我们可以使用 CSS @Property 。

简单改造一下代码：

@property --per {
  syntax: '';
  inherits: false;
  initial-value: 0%;
}

.demo-cube .cube {
  .top,
  .front,
  .bottom,
  .back {
    background: linear-gradient(90deg, rgba(255, 217, 34, .6), rgba(255, 34, 109, .8) var(--per), rgba(255, 34, 109, .1) var(--per), rgba(255, 34, 109, .1));
    animation: perChange 6s infinite;
  }
}

@keyframes perChange {
  0% {
    --per: 0%;
  }
  90%,
  to {
    --per: 80%;
  }
}

这样，我们就实现了一个会动的 3D 进度条，只需要控制 --per CSS 自定义属性即可，效果如下：