隙間を埋めるアニメーションを持つタイトルバー

Intro
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Android Developers Blogで紹介されているioschedアプリの機能を一部実装する. 
Blog: http://android-developers.blogspot.jp/2014/08/material-design-in-2014-google-io-app.html

実現したい機能のイメージは次の通り. スクロールに追従し, 一定のY座標に到達すると画面上部との隙間を埋める(GapFill)ヘッダバーを実装する. 
![Imagery Header]( http://4.bp.blogspot.com/-9jn0pCtadO8/U9_E1mlg8CI/AAAAAAAAAt4/yr9CCSThkpg/s640/change_1.gif)

First Releaseのデザインではスクロール量によってバナーエリアのα値が変化する. Android Developers Blogの著者はこれについて次のコメントを残している. 

> Our concern was that this design bent the physics of material design too far. It’s as if the text was sliding along a piece of paper whose transparency changed throughout the animation.

Material Designの重要なファクタである paper と ink の観点から, バナーエリアに描画されたテキストを残す形で透過アニメーションされる点が, Material Designの物理学から外れていると感じたようだ. 
これを改善したのがUpdate version. Material Designのpaper と inkの物理学をより推進した形だ. 画像ではわかり辛いが, ヘッダバーエリアの下にコンテンツ詳細が潜り込むため, Z軸の存在を考慮してshadow効果も適用されている. 

レイアウト構造は次のようになっている. 
![Layout structore](http://2.bp.blogspot.com/-eR1rw3X0bn4/U9_EvzGY13I/AAAAAAAAAtw/3CqoLPgbtHY/s640/surface2b.gif)

実装を始める前に, 今回参考とさせて頂いたサイト, およびリポジトリを紹介する. 

 - [Android Developers Blog](http://android-developers.blogspot.jp/2014/08/material-design-in-2014-google-io-app.html)
 - [GitHub / Iosched](https://github.com/google/iosched)

また, ここで作成したコードはGitHubにアップロードしている. 

 - [GitHub / ImageryHeader](https://github.com/YukiMatsumura/ImageryHeader)

この記事はブログからの転載. 

 - [Yukiの枝折 Android:ImageryHeaderFragment](http://yuki312.blogspot.jp/2014/09/androidimageryheaderfragment.html)

ImageryHeaderFragment
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Material Designではページのヘッダや背景等にイメージを配置し, コンテキストを表現することを推奨している. 今回作成するImageryHeaderFragmentはこれに倣って画像を配置できる機能を継承する(画像を必ず表示する必要はない). FABについては本コンポーネントの責務から外れるため実装されない. また, "L Preview"のAPIは本Fragmentでは使用しない.

### Step by step
実装の手順を紹介する. 

 1. Theme, Colorリソースを準備
 2. ImageryHeaderFragmentに必要なView拡張クラスを実装
 3. Layoutリソースを準備
 4. ImageryHeaderFragmentを実装

### Step 1: Theme
ImageryHeaderFragment, ActionBarとActivityのためのThemeリソースを定義する. 

 - /res/values/colors.xml

```xml
<resources>
    <color name="window_background">#eeeeee</color>

    <!-- API v21移行はandroid:colorPrimaryの値に使用 -->
    <color name="colorPrimary">#a00</color>
</resources>
```

 - /res/values/styles.xml

```xml
<!-- ImageryHeader Theme -->
<style name="Theme.ImageryHeader" parent="android:Theme.Holo.Light.DarkActionBar">
    <item name="android:actionBarStyle">@style/Theme.ImageryHeader.ActionBar</item>
    <item name="android:windowBackground">@color/window_background</item>
    <item name="android:windowContentOverlay">@null</item>
    <item name="android:windowActionBarOverlay">true</item>
</style>

<!-- ImageryHeader Theme Action Bar -->
<style name="Theme.ImageryHeader.ActionBar" parent="android:Widget.Holo.ActionBar">
    <item name="android:displayOptions">showHome</item>
    <item name="android:background">@null</item>
</style>
```

 - /AndroidManifest.xml

```xml
<activity
        android:name=".MainActivity"
        android:theme="@style/Theme.ImageryHeader">
```

ActionBarはApp iconとAction itemのために使用するため消すことはしない. かわりに背景を透過し, 不要な要素(shadowやApp title)を非表示にしておく. 

### Step 2: Custom View

#### ObservableScrollView
ImageryHeaderFragmentでは, 各Viewのポジションをスクロール量によって動的に変化させる. 実現するにはScrollViewのスクロールイベントのリスナーが必要であるが, Android純正のScrollViewにはコールバックリスナを受け付ける仕組みがない. これを実現するためにScrollViewを拡張したObservableScrollViewを実装する. 

```java
public class ObservableScrollView extends ScrollView {
    private ArrayList<Callbacks> mCallbacks = new ArrayList<Callbacks>();

    public ObservableScrollView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
    }

    @Override
    protected void onScrollChanged(int l, int t, int oldl, int oldt) {
        super.onScrollChanged(l, t, oldl, oldt);
        for (Callbacks c : mCallbacks) {
            c.onScrollChanged(l - oldl, t - oldt);
        }
    }

    @Override
    public int computeVerticalScrollRange() {
        return super.computeVerticalScrollRange();
    }

    public void addCallbacks(Callbacks listener) {
        if (!mCallbacks.contains(listener)) {
            mCallbacks.add(listener);
        }
    }

    public static interface Callbacks {
        public void onScrollChanged(int deltaX, int deltaY);
    }
}
```

> **Original source code:**
> [GitHub - ObservableScrollView](https://github.com/google/iosched/blob/master/android/src/main/java/com/google/samples/apps/iosched/ui/widget/ObservableScrollView.java)

### Step 3: Layout
リソースとカスタムViewの準備ができたらlayoutリソースを作成する. 画面構成は大きく3つの要素から成る. 

 - Header Image
 - Body
 - Header Bar

3つの要素はレイアウト上, (FragmentLayoutによって)重なるように定義される. 実際には画面のスクロールポジションに従って各ViewのY座標を動的に変えていく. 
Header Barの定義位置を最後にしてあるのはz-indexを手前にするためである. 

 - /res/layout/fragment_imageryheader.xml

```xml
<yuki312.android.imageryheaderfragment.ObservableScrollView
        android:id="@+id/scroll_view"
        xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:fillViewport="true"
        android:overScrollMode="never">

    <FrameLayout
            android:id="@+id/scroll_view_child"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:clipChildren="false">

        <!-- Header Imagery -->
        <FrameLayout
                android:id="@+id/header_image_container"
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content">

            <ImageView
                    android:id="@+id/header_image"
                    android:layout_width="match_parent"
                    android:layout_height="match_parent"
                    android:scaleType="centerCrop"/>
        </FrameLayout>

        <!-- Body -->
        <LinearLayout
                android:id="@+id/body_container"
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:background="@color/window_background"
                android:clipToPadding="false"
                android:orientation="vertical">

            <!-- TODO: Dummy View for scroll. remove this view.-->
            <TextView
                    android:layout_width="match_parent"
                    android:layout_height="777dp"
                    android:text="I`m Dummy"
                    />
        </LinearLayout>

        <!-- Header bar -->
        <FrameLayout
                android:id="@+id/header_bar_container"
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:clipChildren="false"
                android:clipToPadding="false">

            <!-- background -->
            <!-- height assigned dynamically, and fill the ActionBar gaps. -->
            <View
                    android:id="@+id/header_bar_background"
                    android:layout_width="match_parent"
                    android:layout_height="0dp"
                    android:background="@color/colorPrimary"/>

            <!-- contents -->
            <LinearLayout
                    android:id="@+id/header_bar_contents"
                    android:layout_width="match_parent"
                    android:layout_height="wrap_content"
                    android:orientation="vertical"
                    android:paddingBottom="16dp"
                    android:paddingTop="16dp">

                <TextView
                        android:id="@+id/header_bar_title"
                        android:layout_width="match_parent"
                        android:layout_height="wrap_content"
                        android:text="Placeholder"/>

            </LinearLayout>

            <!-- shadow -->
            <View
                    android:id="@+id/header_bar_shadow"
                    android:layout_width="match_parent"
                    android:layout_height="6dp"
                    android:layout_gravity="bottom"
                    android:layout_marginBottom="-6dp"
                    android:background="@drawable/bottom_shadow"/>

        </FrameLayout>
    </FrameLayout>
</yuki312.android.imageryheaderfragment.ObservableScrollView>
```

#### @id/header_image_container
ヘッダイメージ画像のコンテナ. ioschedアプリではここにscrim効果を付与するアトリビュートも指定している. scrim効果を実装したい場合は次を追加し, scrim画像を用意する. 

```xml
<FrameLayout
        android:id="@+id/header_image_container"
        ...
        android:foreground="@drawable/photo_banner_scrim">
```

- /res/drawable/photo_banner_scrim

```xml
<shape xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    <gradient
            android:angle="270"
            android:centerColor="#0000"
            android:centerY="0.3"
            android:endColor="#0000"
            android:startColor="#3000"/>
</shape>
```

> **Original source code:**
> [GitHub - photo_banner_scrim.xml](https://github.com/google/iosched/blob/master/android/src/main/res/drawable/photo_banner_scrim.xml)


#### @id/header_bar_background
今回のメインViewとなるHeaderBar. 一定量スクロールされるとGapFillアニメーションする. このViewはActionBarが担っていたブランディングカラーのために`colorPrimary`を指定する. 

#### @id/header_bar_shadow
一定量スクロールされるとHeaderBarに影を落とす効果を付与する. これはMaterial Designの物理学に従いBodyよりもHeaderBarのpaper要素が手前(Z depth)にあることを表現している. 

#### android:clipChildren
このアトリビュートは, 子Viewの描画領域が自領域外であっても実行するものである. これはヘッダ
バーの画面上部へのGapFillアニメーションやshadow効果の描画に必要になる. このアトリビュートを使えば親Viewのサイズに影響することなくshadow等の効果が実現できる. 
これはGoogleI/O 2014でも紹介(15:00~)されている(http://youtu.be/lSH9aKXjgt8). ただしhorrible hackの類いである点に留意する.  
Android Lから導入されるlight sourceとshadowのサポートはこれらの問題を解決(構築されたView階層に対してZ軸を考慮した物理的にも正しいshadow効果を描画)する.

### Fragment
準備は整った. 各Viewは`Framelayout`の効果で全て0座標に位置している. 今の状態でアプリ実行すると次のレイアウトになる. 

![Layout define only](https://lh4.googleusercontent.com/iEgJQNFQdWzEdCEz9SVjxqTy9Sgnt9Nnc5zLnfQEYIo=s500 "ImageryHeaderFragment_only_layout_small.png")

ここからはImageryHeaderFragmentのソースコードで各Viewの配置を調整していく. 

```java
public class ImageryHeaderFragment extends Fragment
        implements ObservableScrollView.Callbacks {
	...
	@Override
	public View onCreateView(LayoutInflater inflater, ViewGroup container,
	                         Bundle savedInstanceState) {
		... findViewByID ...
	    setupCustomScrolling(rootView);
	    return rootView;
	}
	
	private void setupCustomScrolling(View rootView) {
	    scrollView = (ObservableScrollView) rootView.findViewById(R.id.scroll_view);
	    scrollView.addCallbacks(this);
	    ...
	}
```
まずはスクロールイベントを検知するために, ObservableScrollView.Callbacksをimplementsする. Fragment.onCreateView()でObservableScrollViewへコールバック登録. 

```java
    private ViewTreeObserver.OnGlobalLayoutListener globalLayoutListener
            = new ViewTreeObserver.OnGlobalLayoutListener() {
        @Override
        public void onGlobalLayout() {
            recomputeHeaderImageAndScrollingMetrics();
        }
    };

    private void setupCustomScrolling(View rootView) {
        ...
        ViewTreeObserver vto = scrollView.getViewTreeObserver();
        if (vto.isAlive()) {
            vto.addOnGlobalLayoutListener(globalLayoutListener);
        }
    }

    private void recomputeHeaderImageAndScrollingMetrics() {
        final int actionBarSize = calculateActionBarSize();
        headerBarTopClearance = actionBarSize - headerBarContents.getPaddingTop();
        headerBarContentsHeightPixels = headerBarContents.getHeight();

        headerImageHeightPixels = headerBarTopClearance;
        if (showHeaderImage) {
            headerImageHeightPixels =
		            (int) (headerImage.getWidth() / HEADER_IMAGE_ASPECT_RATIO);
            headerImageHeightPixels = Math.min(headerImageHeightPixels,
		            rootView.getHeight() * 2 / 3);
        }

        ViewGroup.LayoutParams lp;
        lp = headerImageContainer.getLayoutParams();
        if (lp.height != headerImageHeightPixels) {
            lp.height = headerImageHeightPixels;
            headerImageContainer.setLayoutParams(lp);
        }

        lp = headerBarBackground.getLayoutParams();
        if (lp.height != headerBarContentsHeightPixels) {
            lp.height = headerBarContentsHeightPixels;
            headerBarBackground.setLayoutParams(lp);
        }

        ViewGroup.MarginLayoutParams mlp = (ViewGroup.MarginLayoutParams)
                bodyContainer.getLayoutParams();
        if (mlp.topMargin
		         != headerBarContentsHeightPixels + headerImageHeightPixels) {
            mlp.topMargin = headerBarContentsHeightPixels + headerImageHeightPixels;
            bodyContainer.setLayoutParams(mlp);
        }

        onScrollChanged(0, 0); // trigger scroll handling
    }
```

ObservableScrollViewからViewTreeObserverを取得してGlobalLayoutListenerを登録. ObservableScrollViewのレイアウト構築完了を待つ. レイアウト構築が完了したらheaderImageContainer, bodyContainer, headerBarBackgroundのレイアウトを調整する. 

headerBarTopClearance
: recomputeHeaderImageAndScrollingMetrics()では, headerBarTopClearance値を設定する. この値はHeaderBarと画面上部まで(あるいはActionBar部の)隙間間隔を表す. 
コード上ではActionBarの高さから`headerBarContents.getPaddingTop()`つまりHeaderBar領域の上部余白を除いた値を設定することで, HeaderBarのコンテンツ("Placeholder")部とActionBarの隙間を小さくしている. 

次にImageryHeaderFragmentのコアとなる処理を見る. 

```java
    // GapFillアニメ開始位置の調整. 開始位置に"遊び"を持たせる.
    private static final float GAP_FILL_DISTANCE_MULTIPLIER = 1.5f;

    // ヘッダ画像スクロール時のパララックスエフェクト係数
    private static final float HEADER_IMAGE_BACKGROUND_PARALLAX_EFFECT_MULTIPLIER
		    = 0.5f;

    @Override
    public void onScrollChanged(int deltaX, int deltaY) {
        final Activity activity = getActivity();
        if (activity == null || activity.isFinishing()) {
            return;
        }

        // Reposition the header bar -- it's normally anchored to the
        // top of the content, but locks to the top of the screen on scroll
        int scrollY = scrollView.getScrollY();

        float newTop = Math.max(headerImageHeightPixels,
		        scrollY + headerBarTopClearance);
        headerBarContainer.setTranslationY(newTop);
        headerBarBackground.setPivotY(headerBarContentsHeightPixels);

        int gapFillDistance = 
		        (int) (headerBarTopClearance * GAP_FILL_DISTANCE_MULTIPLIER);
        boolean showGapFill = !showHeaderImage || 
		        (scrollY > (headerImageHeightPixels - gapFillDistance));
        float desiredHeaderScaleY = showGapFill ?
                ((headerBarContentsHeightPixels + gapFillDistance + 1) * 1f 
		                / headerBarContentsHeightPixels)
                : 1f;
        if (!showHeaderImage) {
            headerBarBackground.setScaleY(desiredHeaderScaleY);
        } else if (gapFillShown != showGapFill) {
            headerBarBackground.animate()
                    .scaleY(desiredHeaderScaleY)
                    .setInterpolator(new DecelerateInterpolator(2f))
                    .setDuration(250)
                    .start();
        }
        gapFillShown = showGapFill;

        // Make a shadow. TODO: Do not need if running on AndroidL
        headerBarShadow.setVisibility(View.VISIBLE);

        if (headerBarTopClearance != 0) {
            // Fill the gap between status bar and header bar with color
            float gapFillProgress = Math.min(Math.max(getProgress(scrollY,
                    headerImageHeightPixels - headerBarTopClearance * 2,
                    headerImageHeightPixels - headerBarTopClearance), 0), 1);
            // TODO: Set elevation properties if running on AndroidL
            headerBarShadow.setAlpha(gapFillProgress);
        }

        // Move background image (parallax effect)
        headerImageContainer.setTranslationY(scrollY *
		        HEADER_IMAGE_BACKGROUND_PARALLAX_EFFECT_MULTIPLIER);
    }
```

#### onScrollChanged

newTop
: HeaderBarの位置を調整する. headerImageHeightPixelsとHeaderBarの隙間(headerBarTopClearance)を考慮したスクロール量(scrollY)とのmaxをとるので, HeaderImageよりもHeaderBarが下に位置することはない. 

GAP_FILL_DISTANCE_MULTIPLIER
: HeaderBarと画面上部の隙間を埋めるGapFillアニメーションの開始位置に係る定数. ただし, GapFillアニメーション後もHeaderBarはheaderBarTopClearance(隙間間隔)の値に到達するまで移動する点に注意. 
画面スクロールのY座標が, headerBarTopClearanceと本係数との乗を超えたときにGapFillアニメーションを開始する. GapFillアニメーションの開始を早めたい場合は本係数を変更する. 

gapFillDistance
: 前述のGAP_FILL_DISTANCE_MULTIPLIERに関係する.

ここではAndroidLが正式リリースされた際の対応をTODOコメントとして残しておく(実際にはAndroidL前後で動作を変えるラッパを用意しておくのが望ましいが, 本件の主旨ではないので割愛. 

### Run & improvement
これで, MaterialDesignの物理学に従った対応ができた. ここまでの実装でアプリを動作させた場合のレイアウトが下記: 

![enter image description here](https://lh5.googleusercontent.com/_9RbV6y7-Okq80Csxw5KbskSPJldoEiJDWWhKcpGkg4=s600 "ImageryHeaderFragment_comp_scrolled_combine.png")

実際に動作させてアニメーションやshadowの具合を確認してみてほしい. 
Material Designは他にもTypography(Roboto, Font size/style), Bold(color, FAB), Layout baselineといった項目があり, これだけではMaterial Designに則ったデザインであるとは到底言えないが, 本稿の目的は達成したのでこれ以上は実装しない. 必要であれば残るMaterial Designの要素を実装していく必要がある. 

以上.

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