CSS实现鼠标跟随 3D 旋转效果

今天，群友问了这样一个问题，如下所示的鼠标跟随交互效果，如何实现：

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简单分析一下，这个交互效果主要有两个核心：

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借助了 CSS 3D 的能力
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元素的旋转需要和鼠标的移动相结合
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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。

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在动画中，旋转是非常常用的属性，

{
  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：

<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：

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.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？

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CSS 代码如下：

.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）：

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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？

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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：

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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。

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首先，我们先给这几个元素添加 CSS 3D 转换：

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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：

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

效果如下：

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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。

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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：

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这里，我们其实有两个核心元素：

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鼠标活动区域
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旋转物体本身
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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：

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

得到这样一个图形：

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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。

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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：

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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：

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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）：

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

效果如下，是有那么点意思了：

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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：

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这里，我们需要以元素的中心为界：

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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
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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
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这样，我们可以得到这样一个公式：

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

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通过绑定 onmousemove 事件，我们尝试一下：

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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：

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好吧，旋转的太夸张了，因此，我们需要加一个倍数进行控制：

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：

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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：

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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：

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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：

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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：

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：