如何在SceneKit中利用primitiveRange属性实现几何体生长动画？

我正在使用Apple的SceneKit渲染一个由50个三角条带组成的管状几何体，示意图如下：

我希望通过primitiveRange属性实现管状几何体的“生长”动画，编写了如下代码：

let tube = createTube() // 创建包含50个元素的tube.geometry
let tubeNode = SCNNode(geometry: tube.geometry)
...
let animation = CABasicAnimation(keyPath: "geometry.elements[0].primitiveRange")
animation.fromValue = NSValue(range: NSRange(location: 0, length: 0))
animation.toValue = NSValue(range: NSRange(location: 0, length: tube.geometry.elements.count))
animation.duration = 5
animation.repeatCount = Float.infinity
tubeNode.geometry?.addAnimation(animation, forKey: "don't care")

scene.rootNode.addChildNode(tubeNode)

但动画没有任何效果（始终显示完整的管状几何体），控制台也没有任何警告。如果将keyPath改为“foo”，控制台会出现如下警告：

ExtrudedTube[98737:24354579] [SceneKit] Error: _C3DModelPathResolverRegistryResolvePathWithClassName unknown path (
    foo
)

我怀疑primitiveRange属性可能不可动画，但文档中并未明确说明。请问如何利用该网格在SceneKit中实现管状几何体的“生长”动画？

你的判断正确，primitiveRange确实是不可动画的属性——SceneKit的隐式动画系统不支持直接驱动这个属性，这也是代码合法却无效果的原因。以下是几种可行的实现方案：

方案1：逐帧手动更新primitiveRange（简单直接） #

既然无法用隐式动画，可通过SceneKit的渲染代理逐帧修改primitiveRange：

class TubeGrowthDelegate: NSObject, SCNSceneRendererDelegate {
    let tubeGeometry: SCNGeometry
    let totalElements: Int
    let duration: TimeInterval
    var startTime: TimeInterval?
    
    init(geometry: SCNGeometry, duration: TimeInterval) {
        self.tubeGeometry = geometry
        self.totalElements = geometry.elements.count
        self.duration = duration
        super.init()
    }
    
    func renderer(_ renderer: SCNSceneRenderer, updateAtTime time: TimeInterval) {
        guard let startTime = startTime else {
            self.startTime = time
            return
        }
        let elapsed = time - startTime
        let progress = min(elapsed / duration, 1.0)
        let currentLength = Int(Double(totalElements) * progress)
        
        if let element = tubeGeometry.elements.first {
            element.primitiveRange = NSRange(location: 0, length: currentLength)
        }
        
        // 循环动画重置时间
        if elapsed >= duration {
            self.startTime = time
        }
    }
}

// 使用示例
let tube = createTube()
let tubeNode = SCNNode(geometry: tube.geometry)
scene.rootNode.addChildNode(tubeNode)

let growthDelegate = TubeGrowthDelegate(geometry: tube.geometry, duration: 5)
scnView.delegate = growthDelegate

优点：逻辑简单，复用现有几何体结构；缺点：帧率波动时动画进度可能轻微跳变，可通过平滑进度值优化。

方案2：顶点权重+着色器遮罩（平滑硬件加速） #

如果需要更丝滑的动画，可通过顶点属性结合自定义着色器实现渐显生长：

1. 给几何体顶点添加自定义属性，存储沿生长方向的权重值（从0到1递增）。
2. 编写Surface着色器修改顶点透明度：

#pragma arguments
float progress;

#pragma body
float vertexWeight = customVertexAttribute.x;
transparency = (vertexWeight <= progress) ? 1.0 : 0.0;

3. 用动画驱动着色器的progress参数：

let animation = CABasicAnimation(keyPath: "shaderModifiers.SCNShaderModifierEntrySurface.progress")
animation.fromValue = 0.0
animation.toValue = 1.0
animation.duration = 5
animation.repeatCount = Float.infinity
tubeNode.addAnimation(animation, forKey: "tubeGrowth")

优点：硬件加速，动画平滑；缺点：需要修改顶点数据，编写Metal着色器代码。

方案3：拆分几何体+分段动画（适合分段结构） #

若管状由独立分段组成，可拆分每个三角条带为单独几何体，给分段添加依次出现的动画：

let tube = createTube()
let tubeNode = SCNNode()
scene.rootNode.addChildNode(tubeNode)

for (index, element) in tube.geometry.elements.enumerated() {
    let subGeometry = SCNGeometry(sources: tube.geometry.sources, elements: [element])
    let subNode = SCNNode(geometry: subGeometry)
    // 初始隐藏在起点位置
    subNode.position = SCNVector3(x: 0, y: -10, z: 0)
    tubeNode.addChildNode(subNode)
    
    let animation = CABasicAnimation(keyPath: "position.y")
    animation.fromValue = -10
    animation.toValue = 0
    animation.duration = 0.1
    animation.beginTime = CACurrentMediaTime() + Double(index) * 0.1
    animation.fillMode = .forwards
    animation.isRemovedOnCompletion = false
    subNode.addAnimation(animation, forKey: "grow")
}

优点：动画层次感强；缺点：增加节点数量，需注意性能开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者wcochran