¿Cómo pausar y reanudar la animación CSS3 usando JavaScript?

Solución:

Me resulta más fácil hacerlo con una clase css. Con él, puede usar prefijos para cada navegador.

.paused{
    -webkit-animation-play-state:paused;
    -moz-animation-play-state:paused;
    -o-animation-play-state:paused; 
    animation-play-state:paused;
}

Entonces solo tiene que agregar o eliminar esta clase a su elemento animado para pausar / reanudar la animación.

Aquí hay una solución que usa javascript:

var imgs = document.querySelectorAll('.pic');

for (var i = 0; i < imgs.length; i++) {
  imgs[i].onclick = toggleAnimation;
  imgs[i].style.webkitAnimationPlayState="running";
}

function toggleAnimation() {
  var style;
  for (var i = 0; i < imgs.length; i++) {
    style = imgs[i].style;
    if (style.webkitAnimationPlayState === 'running') {
      style.webkitAnimationPlayState="paused";
      document.body.className="paused";
    } else {
      style.webkitAnimationPlayState="running";
      document.body.className="";
    }
  }
}

.pic {
  position: absolute;
  opacity: 0;
}

#pic1 {
  -webkit-animation: pic1 4s infinite linear;
}

#pic2 {
  -webkit-animation: pic2 4s infinite linear;
}

@-webkit-keyframes pic1 {
  0% {
    opacity: 0;
  }
  5% {
    opacity: 1;
  }
  45% {
    opacity: 1;
  }
  50% {
    opacity: 0;
  }
  100% {
    opacity: 0;
  }
}

@-webkit-keyframes pic2 {
  0% {
    opacity: 0;
  }
  50% {
    opacity: 0;
  }
  55% {
    opacity: 1;
  }
  95% {
    opacity: 1;
  }
  100% {
    opacity: 0;
  }
}

.paused {
  background-color: #ddd;
}

<img id="pic1" class="pic" src="http://placehold.it/200x200/ff0000/ffffff">
<img id="pic2" class="pic" src="http://placehold.it/200x200/ff00ff/ffffff">

Solución jQuery (más corta y legible):

var imgs = $('.pic'),
  playState="-webkit-animation-play-state";

imgs.click(function() {
  imgs.css(playState, function(i, v) {
    return v === 'paused' ? 'running' : 'paused';
  });
  $('body').toggleClass('paused', $(this).css(playState) === 'paused');
});

.pic {
  position: absolute;
  opacity: 0;
}

#pic1 {
  -webkit-animation: pic1 4s infinite linear;
}

#pic2 {
  -webkit-animation: pic2 4s infinite linear;
}

@-webkit-keyframes pic1 {
  0% {
    opacity: 0;
  }
  5% {
    opacity: 1;
  }
  45% {
    opacity: 1;
  }
  50% {
    opacity: 0;
  }
  100% {
    opacity: 0;
  }
}

@-webkit-keyframes pic2 {
  0% {
    opacity: 0;
  }
  50% {
    opacity: 0;
  }
  55% {
    opacity: 1;
  }
  95% {
    opacity: 1;
  }
  100% {
    opacity: 0;
  }
}

.paused {
  background-color: #ddd;
}

<script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/2.1.1/jquery.min.js"></script>
<img id="pic1" class="pic" src="http://placehold.it/200x200/ff0000/ffffff">
<img id="pic2" class="pic" src="http://placehold.it/200x200/ff00ff/ffffff">

Esto es para ampliar la respuesta dada por Luis Hijarrubia

.pause {
   -webkit-animation-play-state: paused !important; 
   -moz-animation-play-state: paused !important; 
   -o-animation-play-state: paused !important;
    animation-play-state: paused !important;
}

En mi página estaba activando el cambio de clase del elemento principal. Todo lo que quería hacer era rotar la imagen del interior. Pero parece que debido a que no estaba usando el hover, la adición de la clase pausada no hizo ninguna diferencia en el estado de la animación.

El uso de! Important aseguró que estos valores fueran sobrescritos por los nuevos valores CSS agregados.

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