HTML5大數據可視化效果（一）彩虹爆炸圖

時間 2019-11-12

原文原文鏈接

前言javascript

25年過去了，Brooks博士著名的「沒有銀彈」的論斷依舊沒有被打破。HTML5也是同樣。但這並不妨礙HTML5是一個愈來愈有威力的「炸蛋」：發展迅速、勢不可擋。隨着HTML5技術的普及，用HTML5作可視化呈現的項目愈來愈多了。HTML5的優點明顯：網頁上直接運行無需插件、手機平板方便兼容、代碼開發和維護相對容易，等等。一大波一大波的作Java、.NET甚至C++桌面的程序老手們都紛紛開始研究javascript了，而初出茅廬的新一代程序猿更是義無反顧的直奔HTML5這個技術大熱點而來。前端

HTML5涵蓋的技術點不少，甚至延伸到了前端、後端、通信等各個層面。前端的canvas繪圖這塊無疑是它的核心內容。Canvas的API雖然不是很複雜很強大，可是作通常的2d繪圖基本都夠用了。基於這些API，一大堆的2d繪圖組件紛紛出爐。Echarts、d3.js都是很不錯的項目。Echarts主要是chart組件，而d3相對雜一些，不少呈現方式頗有創意，值得研究。java

概述node

研究d3的原由是最近有一個項目，用戶截了一張效果圖讓咱們用HTML5作一下：json

看着很眼熟，搜了一下，感受就是d3例子中的sunburst效果，程序在這裏： canvas

http://bl.ocks.org/mbostock/4063423後端

看上去彷佛也不難，就是一圈一圈的餅圖，把樹狀結構數據按佔比一層一層繪製上去就好了。因此引發了本身動手作一個的興趣。「sunburst」英文裏應該是「雲開日出」的意思，相似強烈的光芒從雲層背後透射出來，不知爲什麼中文裏大多把它翻譯成「日落」。好比這把Fender Telecaster吉他型號是Brown Sunburst款，就會被你們翻譯成「日落色」。echarts

關於日出和日落更喜歡哪個的問題，網上還真有這樣的調查。有意思的是，選擇喜歡日落的遠多於選擇日出的。日出表明但願，日落表明成熟，都是一種美，哪一個更美要看你我的的心境，由於它的美麗是由心生。爲了避免在這個問題上站錯對，咱們仍是給他從新起一個更加響亮霸氣的中文名字：「彩虹爆炸圖」，怎麼樣？函數

仔細研究一下彩虹爆炸圖的結構，無非就是一個樹形結構，並採用發射狀的佈局。根節點在中間（也能夠認爲沒有惟一的根，而是一堆根節點圍繞在第一圈），一次向外發散排列。每個節點有名稱、數值。節點能夠按照自身數值在扇區所佔比例進行繪製，這樣就不用管節點具體數值有多大多小了。佈局

這種圖最早是由布朗大學教授John T. Stasko設計。

http://www.cc.gatech.edu/~john.stasko/

通過一天的折騰，終於作出了一個還算過得去的「彩虹爆炸圖」。先上個圖看看：

主要功能包括了：

能夠經過json來定義數據和樣式（相似百度的echarts那樣）；
顏色能夠固定，也能夠自動彩虹色；
自動計算數值及角度佔比；
動態顯示導航路徑；
鼠標動態高亮顯示路徑；
動畫飛入、展開導航路徑；
文字顯示及角度控制；
全矢量，可鼠標縮放、平移，不失真；

下面重點碼一下折騰過程當中的幾個重點：

1、定義節點對象

首先定義每個小扇片節點。每一個扇片能夠用一段餅圖來繪製。爲了簡單方便，這裏用了最簡單高效偷懶的方法：用一個半徑很粗的線畫一段角度的arc，便可。以下圖：

另外還有文字等內容。因此定義它的json結構大概以下：

var  item = {name: '名稱', color: 'red', angle: '45', …};

此外，下一圈的數據，可直接定義爲這個節點的「孩子節點」，直接在item中定義一個data的子節點數據：

var  item = {name: '名稱', color: 'red', angle: '45', data:[

{name:’孩子一’, color:’green’,…},

{name:’孩子二’, color:’yellow’,…},

]};

這樣就能夠組成一個樹狀結構。接下來要在canvas上繪製圖形了。爲了方便，這裏直接使用了矢量圖進行定義：

twaver.Util.registerImage('node', {    

  v: [{

    shape: 'circle',

    r: ...

    lineColor: function(data,view){return data.getClient("lineColor");},     

    lineWidth: ...

    startAngle: ...

    endAngle: ...

  },{

    shape: 'text',

    textBaseline: 'middle',

    textAlign: ...

    text: ...

    x: ...

    y: ...

    font: ...

    fill: ...

    rotate: ...

    visible: ...

    shadow: ...

  }],

});

矢量圖中定義了2個圖形元素：一個arc弧線、一個文字對象，分別用於畫node和繪製其文字。顏色、字體、是否可見、陰影、對齊、位置、線寬、角度…等等均在上面的定義中用一個function動態獲取。例如，這個節點的半徑，經過下面的方法，就能夠在圖形的lineColor屬性中保存並驅動，須要修改，直接修改lineColor這個client屬性便可，而不用去修改繪圖參數，很是方便：

r:function(data,view){return data.getClient("lineColor");}

這裏有一個比較囉嗦的地方是：每一個扇片的角度須要根據每一個item定義的原始值進行計算角度佔比。並且，對於過小的扇片，能夠給必定的最小值（例如1度），保證能視覺上看到它。不然，顯示10000和1兩個數值，因爲對比過大，可能就杯具了，由於1連1度都佔不到，顯示效果會很是差。還有，每一個扇片之間應該儘可能留有必定的空隙。若是連續繪製，就會連成一片，沒有「分片」感。這些能夠在代碼中進行簡單控制。

2、文字控制

文字控制也比較囉嗦。首先是對齊方式。最簡單的方式固然是讓文字在所在扇片處，直接居中、旋轉。這樣文字會在徑向的中間位置，以下圖：

但這樣顯示感受並非很完美。對於中文來講，若是能統一靠近圓心方向的位置對齊，會更好看一些。這樣，即便文字過長，也會向外延伸，不會和裏面的重疊。以下圖：

還有，當文字在左半圓時，若是不作特殊處理，文字旋轉會致使文字大頭朝下，閱讀起來有把脖子歪斷的風險。因此應該動態判斷，若是文字在左側，應該文字再增長旋轉180度。同時左側的文字對齊也要特殊考慮，應該變成右對齊，才能保持徑向的整齊一致。

文字還有一個細節就是顏色和陰影的問題。不使用陰影，單純的使用顏色（例如白色），則在一些方向上的節點的文字會看不清楚，由於咱們作的是彩虹爆炸圖，各個方向顏色都不同，並且還會隨着圈數增長而變淡顏色，因此幾乎不可能用一個固定的顏色（例如白色或黑色）能保證文字在全部地方都能和node顏色搭配並看清楚。因此思來想去仍是使用了陰影效果。

聯想了一下咱們看美劇時候的字幕，彷佛也是一樣的問題。視頻字幕要顯示在變幻無窮的視頻場景裏面，視頻場景的顏色徹底隨機出現無從知曉，要想讓字幕看清楚，必然也會想一些辦法解決。咱們仔細觀察一下視頻字幕：

仔細觀察，字幕是白色文字加了一圈黑色外框，這樣就不怕任何場景了。咱們在文字定義時也模擬一下，設置陰影和陰影偏移試一試：

fill:'white',

shadow: {

offsetX: 2,

offsetY: 2,

blur: 4,

color: 'black',

},

看一下使用前和使用後的效果對比：

使用陰影后不但文字更清晰了，並且也增長了立體感，效果仍是不錯的。下面圖顯示在應用在節點上的效果：

可見不論什麼顏色，都能比較好的勾勒出文字輪廓，保持清晰可讀。

3、生成彩虹顏色

關於顏色，是一個有趣的話題。對於廣大程序猿來講，顏色是一個既簡單又困難的東西。咱們隨手就能寫下’red’, ‘green’, ‘orange’, ‘yellow’這樣的色彩斑斕的顏色，還能保證沒有語法錯誤；咱們還會寫’#FF55AA’、’#0c0’、’RGB（0,204,0）’、’ RGB（0％，80％，0％）’這樣的各類顏色寫法；咱們也明白RGBA的含義和用途。可是，咱們不多能把一個demo寫的顏色很好看、很搭配。關於顏色和配色之後再專門討論。這裏咱們只想自動生成一圈彩虹同樣的顏色。用咱們熟悉的RGB方法好像比較困難了。因而想起了那個HSV的顏色定義方法，它貌似很適合解決這個問題。

HSV顏色模型定義了色調H、飽和度S和亮度V，由A. R. Smith在1978年建立的一種顏色空間。其中H用一圈360度表示全部顏色，從紅色開始按逆時針方向計算，紅色爲0度。飽和度S從0到1，越大越飽和。亮度V從0到255（也能夠轉換爲從0到1，方便使用），越大越明亮，越小越暗淡。

Js裏面並無直接處理HSV顏色的函數。不過用下面的代碼很方即可以從hsv轉爲rgb：

寫一個對應的js函數也很簡單：

/* h, s, v (0 ~ 1) */

function getHSVColor(h, s, v) {

var r, g, b, i, f, p, q, t;

if (h && s === undefined && v === undefined) {

s = h.s, v = h.v, h = h.h;

}

i = Math.floor(h * 6);

f = h * 6 - i;

p = v * (1 - s);

q = v * (1 - f * s);

t = v * (1 - (1 - f) * s);

switch (i % 6) {

case 0: r = v, g = t, b = p; break;

case 1: r = q, g = v, b = p; break;

case 2: r = p, g = v, b = t; break;

case 3: r = p, g = q, b = v; break;

case 4: r = t, g = p, b = v; break;

case 5: r = v, g = p, b = q; break;

}

var rgb='#'+toHex(r * 255)+toHex(g * 255)+toHex(b * 255);

return rgb;

}

再回到咱們的彩虹爆炸圖。每個節點對應的所在角度（中心角度）決定了它本身的顏色值。因此，咱們能夠直接根據這個角度獲得顏色的h。而後，爲了讓彩虹逐漸一圈一圈變淡，再把s飽和度從1逐圈遞減（例如0.1），產生變淡的效果。爲了防止圈太多最後看不清，減到0.2到0.3左右能夠中止遞減。

var fromAngle=node.getClient(‘fromAngle’);

var toAngle=node.getClient(‘toAngle’);

var level=node.getClient(‘level’);//節點在第幾圈

var h = (fromAngle+to)/2 % 360 /360; //中心角度，並轉換爲弧度

var s = Math.max(0.2, 1-level*0.1);//每圈s遞減0.1，直到0.2爲止

var v=1;

var color=getHSVColor(h, s, v);

這樣就得到了一圈顏色。實驗效果以下：

若是相對某個節點的顏色作特殊處理，例如強制爲橙色來凸顯，咱們能夠在數據中定義時加個標記，設置顏色時候直接使用而不用計算便可。

{name:'浦東新區', value: 2600, color: '#FE9A2E'}

接下來要實現鼠標劃過節點，自動計算路徑、高亮路徑節點、暗淡非路徑節點。爲了方便路徑尋找，程序把每一個節點的下一圈子數據定義爲子節點，子節點經過getParent()函數能夠直接得到父對象。這樣，經過不斷getParent就能夠得到整個路徑上的節點，並修改其顏色爲預設顏色，實現高亮效果：

var node=highlightedNode;

while(node){

node.setClient(‘color’, node.getClient(‘color.original’));

node=node.getParent();

}

對於非路徑節點的顏色，能夠設置爲預設顏色但飽和度爲0.1的淡顏色，讓它變淡，以便突出高亮路徑：

var color = getHSVColor(h, 0.1, v);

node.setClient(‘color’, color);

4、動畫效果

最後，爲了圖形更生動，使用了一些動畫效果。首先想到的就是圖形出來時候，用動畫從小到大發散開來，會很動感。這樣作須要用動畫函數來驅動每個節點的半徑位置，從0增長到所在的半徑位置，若是你們一塊兒設置，整個圖就會動起來。這裏用了一個動畫函數來驅動，並使用了網上經常使用的easing函數來控制，避免線性的動畫太死板：

new Animate({

from: 0,

to: 1,

dur: 3000+level*100,

easing: 'elasticOut',

onUpdate: function (value) {

node.setLocation('pie.location’, value);

},

}).play();

上面定義的動畫，用3秒鐘跑完，用'elasticOut'的easing方式。每一幀，修改node的位置信息。這樣就完成了橡皮筋同樣的環形彈出散開效果。

另外，導航條的出來也比較突兀，這裏也使用一下動畫，讓它從左到右慢慢伸出：

new Animate({

from: {x:x1, y:y1},

to: {x:x2, y:y2},

delay:50,

type: 'point',

dur: 1000,

easing: 'bounceOut',

onUpdate: function (value) {

node.setCenterLocation(value.x, value.y);

},

}).play();

和上一個動畫的不一樣之處在於這裏使用了{x、y}的point結構，每一幀直接更新節點位置。同時設置了50毫秒的delay，讓動畫有一點點粘性停滯，不至於太突兀。效果不錯。

至此，彩虹爆炸圖基本上就作的差很少了。使用起來也很簡單，只要準備一些json數據就能夠了，下面是一些有趣的數據作出來的效果。感興趣的同窗能夠到這裏索取代碼。

實際應用在項目中的示意圖。若是你也但願項目中用一下彩虹爆炸圖，歡迎給我發郵件索取：info@servasoft.com