你不知道的前端算法之熱力圖的實現

本文做者：TalkingData 可視化工程師李鳳祿

編輯：Aresn

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inMap 是一款基於 canvas 的大數據可視化庫，專一於大數據方向點線面的可視化效果展現。目前支持散點、圍欄、熱力、網格、聚合等方式；致力於讓大數據可視化變得簡單易用。

GitHub 地址：https://github.com/TalkingData/inmap (點個 Star 支持下做者吧！)

熱力圖這個名字聽起來很高大上，其實等同於咱們常說的密度圖。

如圖表示，紅色區域表示分析要素的密度大，而藍色區域表示分析要素的密度小。只要點密集，就會造成聚類區域。
看到這麼炫的效果，是否是本身也很想實現一把？接下來手把手實現一個熱力（帶你裝逼帶你飛、 哈哈），鄭重聲明：下面代碼片斷均來自 inMap。

準備數據

inMap 接收的是經緯度數據，須要把它映射到 canvas 的像素座標，這就用到了墨卡託轉換，墨卡託算法很複雜，之後咱們會有單獨的一篇文章來說講他的原理。通過轉換，你獲得的數據應該是這樣的：

[
  {
    "lng": "116.395645",
    "lat": 39.929986,
    "count": 6,
    "pixel": { //像素座標
      "x": 689,
      "y": 294
    }
  },
  {
    "lng": "121.487899",
    "lat": 31.249162,
    "count": 10,
    "pixel": { //像素座標
      "x": 759,
      "y": 439
    }
  },
  ...
]

好了，咱們獲得轉換後的像素座標數據(x、y),就能夠作下面的事情了。

建立 canvas 漸變填充

建立一個由黑到白的漸變圓

let gradient = ctx.createRadialGradient(x, y, 0, x, y, radius);
gradient.addColorStop(0, 'rgba(0,0,0,1)');
gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,0)');
ctx.fillStyle = gradient;
ctx.arc(x, y, radius, 0, Math.PI * 2, true);

• createRadialGradient() 建立線性的漸變對象
• addColorStop() 定義一個漸變的顏色帶

效果如圖：

那麼問題就來了，若是每一個數據權重值 count 不同，咱們該如何表示呢？

設置 globalAlpha

根據不一樣的count值設置不一樣的Alpha，假設最大的count的Alpha等於1，最小的count的Alpha爲0，那麼我根據count求出Alpha。

let alpha = (count - minValue) / (maxValue - minValue);

而後咱們代碼以下：

drawPoint(x, y, radius, alpha) {
    let ctx = this.ctx;
    ctx.globalAlpha = alpha; //設置 Alpha 透明度
    ctx.beginPath();
    let gradient = ctx.createRadialGradient(x, y, 0, x, y, radius);
    gradient.addColorStop(0, 'rgba(0,0,0,1)');
    gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,0)');
    ctx.fillStyle = gradient;
    ctx.arc(x, y, radius, 0, Math.PI * 2, true);
    ctx.closePath();
    ctx.fill();
}

效果跟上一個截圖有很大區別，能夠對比一下透明度的變化。

（這麼黑乎乎的一團，跟熱力差距好大啊）

重置 canvas 畫布顏色

• getImageData() 複製畫布上指定矩形的像素數據
• putImageData() 將圖像數據放回畫布：

getImageData()返回的數據格式以下：

{
  "data": {
    "0": 0,   //R
    "1": 128, //G
    "2": 0,   //B
    "3": 255, //Aplah
    "4": 0, //R
    "5": 128, //G
    "6": 0,  //B
    "7": 255, //Aplah
    "8": 0,
    "9": 128,
    "10": 0,
    "11": 255,
    "12": 0,
    "13": 128,
    "14": 0,
    "15": 255,
    "16": 0,
    "17": 128,
    "18": 0,
    "19": 255,
    "20": 0,
    "21": 128,
    "22": 0
    ...

返回的數據是一維數組，每四個元素表示一個像素（rgba）值。

實現熱力原理：讀取每一個像素的alpha值(透明度)，作一個顏色映射。

代碼以下：

let palette = this.getColorPaint(); //取色面板
let img = ctx.getImageData(0, 0, container.width, container.height);
    let imgData = img.data;
    let max_opacity = normal.maxOpacity * 255;
    let min_opacity = normal.minOpacity * 255;
    //權重區間
    let max_scope = (normal.maxScope > 1 ? 1 : normal.maxScope) * 255;
    let min_scope = (normal.minScope < 0 ? 0 : normal.minScope) * 255;
    let len = imgData.length;
    for (let i = 3; i < len; i += 4) {
        let alpha = imgData[i]; 
        let offset = alpha * 4;
        if (!offset) {
            continue;
        }
        //映射顏色
        imgData[i - 3] = palette[offset];
        imgData[i - 2] = palette[offset + 1];
        imgData[i - 1] = palette[offset + 2];

        // 範圍區間
        if (imgData[i] > max_scope) {
            imgData[i] = 0;
        }
        if (imgData[i] < min_scope) {
            imgData[i] = 0;
        }

        // 透明度
        if (imgData[i] > max_opacity) {
            imgData[i] = max_opacity;
        }
        if (imgData[i] < min_opacity) {
            imgData[i] = min_opacity;
        }
    }
    //將設置後的像素數據放回畫布
ctx.putImageData(img, 0, 0, 0, 0, container.width, container.height);

建立顏色映射，一個好的顏色映射決定最終效果。
inMap 建立一個長256px的調色面板：

let paletteCanvas = document.createElement('canvas');
let paletteCtx = paletteCanvas.getContext('2d');
paletteCanvas.width = 256;
paletteCanvas.height = 1;
let gradient = paletteCtx.createLinearGradient(0, 0, 256, 1);

inMap 默認顏色以下：

this.gradient = {
    0.25: 'rgb(0,0,255)',
    0.55: 'rgb(0,255,0)',
    0.85: 'yellow',
    1.0: 'rgb(255,0,0)'
};

將gradient顏色設置到調色面板對象中

for (let key in gradient) {
    gradient.addColorStop(key, gradientConfig[key]);
}

返回調色面板的像素點數據：

return paletteCtx.getImageData(0, 0, 256, 1).data;

建立出來的調色面板效果圖以下：（看起來像一個漸變顏色條）

最終咱們實現的熱力圖以下：

下節預告

下一節，咱們將重點介紹 inMap 文字避讓算法的實現。