擴展 WPF 動畫類別：實現 PointCollection 與 Point3DCollection 動畫

前言：為何需要擴展動畫類別？

Windows Presentation Foundation (WPF) 的動畫系統極為強大，核心類別集中在 System.Windows.Media.Animation 命名空間，內建 164 個類別支援 22 種資料類型的屬性動畫，涵蓋基本型別（byte、int、double）與進階型別（Matrix、Point3D、Quaternion）。然而，實際開發中常需對「集合」進行動畫，例如座標點集合。雖然 API 提供 PointAnimation 與 Point3DAnimation 處理單一點，但缺乏 PointCollectionAnimation 與 Point3DCollectionAnimation 以在兩個集合對應成員間插值，實現整組點的變形動畫。

WPF 定義了 PointCollection 與 Point3DCollection，XAML 中使用極為簡單（如 Points="100 50, 40 25, 35 80, 50 100"）。既然集合賦值如此直觀，為何動畫不能同樣簡單？本文將示範如何擴展動畫類別，實現集合層級的動畫，並應用於 2D 圖形變形、文字變形與 3D 模型扭曲等進階場景。

動畫的核心：插值與基值

WPF 動畫本質是插值（通常為線性插值）。複雜度不在插值運算，而在於確定「從哪裡插到哪裡」。以 PointAnimation 為例，可指定 From、To、By，亦可省略從基值（Base Value）開始或結束。基值通常是屬性初始值，但若有多個動畫先後作用同一屬性，基值會動態改變。此外 IsAdditive、IsCumulative 等屬性更增加邏輯複雜度。自訂動畫類別必須正確處理這些情況。

類別架構：遵循 WPF 模式

WPF 動畫類別遵循固定階層：<Type>AnimationBase（抽象）→ <Type>Animation（線性插值）→ <Type>AnimationUsingKeyFrames（關鍵幀）。繼承自 AnimationTimeline → Animatable → Timeline → Freezable。自訂類別需：

1. 建立抽象 PointCollectionAnimationBase 繼承 AnimationTimeline，覆寫 TargetPropertyType 回傳 typeof(PointCollection)。
2. 覆寫 GetCurrentValue(object defaultOriginValue, object defaultDestinationValue, AnimationClock animationClock)，根據 animationClock.CurrentProgress (0~1) 計算插值。
3. 定義強型別 GetCurrentValue(PointCollection, PointCollection, AnimationClock) 呼叫受保護抽象方法 GetCurrentValueCore，由具體子類別實作。

Freezable 機制與記憶體管理

所有動畫類別最終繼承 Freezable，非抽象類別必須覆寫 CreateInstanceCore。為避免動畫期間頻繁配置記憶體，PointCollectionAnimation 內部預先建立兩個 PointCollection 欄位（ptsDst1、ptsDst2）交替使用，並以 ptsTo 儲存目標點集合。關鍵程式碼見下圖：

應用範例：2D 圖形與文字變形

正方形變圓形

利用 PointCollectionAnimation 驅動 PolyBezierSegment.Points，單一動畫即可完成書本中需 13 個 PointAnimation 才能達成的「正方形變圓形」效果。XAML 如下：

<pae:PointCollectionAnimation
  Storyboard.TargetName="seg"
  Storyboard.TargetProperty="Points"
  From="55 100, 100 55, ..."
  To="62.5 62.5, 62.5 62.5, ..."
  Duration="0:0:3"
  RepeatBehavior="Forever" AutoReverse="True" />

Checkbox 文字變形

定義兩個 PointCollection 資源分別描述「否」與「是」的筆畫路徑，透過 PointCollectionAnimation 在兩者間插值，實現文字筆畫的平滑變形。點集合取自 Windows 早期矢量字體，經手動調整點數一致。

關鍵幀動畫：PointCollectionAnimationUsingKeyFrames

關鍵幀動畫支援離散、線性、樣條三種插值。實作步驟：

1. 抽象 PointCollectionKeyFrame 實作 IKeyFrame，定義 KeyTime、Value 與 InterpolateValueCore。
2. 三具體類別：DiscretePointCollectionKeyFrame、LinearPointCollectionKeyFrame、SplinePointCollectionKeyFrame（含 KeySpline 屬性）。
3. PointCollectionKeyFrameCollection 繼承 FreezableCollection<T>。
4. PointCollectionAnimationUsingKeyFrames 繼承 PointCollectionAnimationBase 實作 IKeyFrameAnimation，覆寫 GetCurrentValueCore 判斷當前活動關鍵幀。

新增 AccumulationPoint 屬性支援累積位移，示範「火柴人走路」動畫。

3D 點集合動畫：自訂變形器模式

針對 MeshGeometry3D.Positions (Point3DCollection) 採不同策略：定義 IDeformer 介面，單一方法 Deform(Point3DCollection points, double progress)。Point3DCollectionAnimationUsingDeformer 僅持有 Deformer 屬性，將插值邏輯委派給實作類別。範例 Twister 實現扭曲變形：繞軸旋轉，角度隨距中心距離遞增。應用於經典 Utah Teapot 模型。

XAML 引用方式：

<pae:Point3DCollectionAnimationUsingDeformer
  Duration="0:0:5" AutoReverse="true" RepeatBehavior="Forever">
  <pae:Point3DCollectionAnimationUsingDeformer.Deformer>
    <pae:Twister Axis="1 0 0" />
  </pae:Point3DCollectionAnimationUsingDeformer.Deformer>
</pae:Point3DCollectionAnimationUsingDeformer>

結語

擴展 WPF 動畫類別雖需理解 Freezable、依賴屬性、插值邏輯等底層機制，但能解鎖集合層級動畫，實現 2D/3D 變形、文字筆畫動畫、非線性 3D 變形等高階效果。完整程式碼包含 Petzold.AnimationExtensions DLL 與四個示範專案，可作為進階 WPF 動畫開發的參考基礎。