【D3.js - v5.x】（5）绘制力导向图 | 附完整代码
力导向图
力导向图（Force-Directed Graph），是绘图的一种算法。
在二维或三维空间里配置节点，节点之间用线连接，称为连线。各连线的长度几乎相等，且尽可能不相交。
节点和连线都被施加了力的作用，力是根据节点和连线的相对位置计算的。
根据力的作用，来计算节点和连线的运动轨迹，并不断降低它们的能量，最终达到一种能量很低的安定状态。
力导向图能表示节点之间的多对多的关系。
初始数据如下：
var nodes = [ { name: "桂林" }, { name: "广州" },
{ name: "厦门" }, { name: "杭州" },
{ name: "上海" }, { name: "青岛" },
{ name: "天津" } ];
var edges = [ { source : 0 , target: 1 } , { source : 0 , target: 2 } ,
{ source : 0 , target: 3 } , { source : 1 , target: 4 } ,
{ source : 1 , target: 5 } , { source : 1 , target: 6 } ];
节点是一些城市名，连线的两端是节点的序号（序号从 0 开始）。
这些数据是不能作图的，因为不知道节点和连线的坐标。
于是，我们想到布局。
一个力导向图的布局如下：定义一个力引导仿真器
var simulation = d3.forceSimulation(nodes);
文档： https://www.d3js.org.cn/document/d3-force/#installing
d3.forceSimulation([nodes])，新建一个力导向图,使用指定的 nodes 创建一个新的没有任何 forces(力模型) 的仿真。如果没有指定 nodes 则默认为空数组。仿真会自动 starts(启动)；- `d3.forceSimulation().force(name[, force]),添加或者移除一个力
var simulation = d3.forceSimulation(nodes)
.force("charge", d3.forceManyBody())
.force("link", d3.forceLink(links))
.force("center", d3.forceCenter());
d3.forceSimulation().force(name)，也就是当force中只有一个参数，这个参数是某个力的名称，那么这段代码返回的是某个具体的力，例如：
d3.forceSimulation().force(“link”)，则返回的是d3.forceLink()这个力。
如果没有指定 force 则返回当前仿真的对应 name 的力模型，如果没有对应的 name 则返回 undefined。
如果要移除对应的 name 的仿真，可以为其指定 null，比如:
simulation.force("charge", null);
- d3.forceSimulation().nodes()`，输入是一个数组，然后将这个输入的数组进行一定的数据转换。如果指定了 nodes 则将仿真的节点设置为指定的对象数组，并根据需要创建它们的位置和速度，然后 重新初始化 绑定的 力模型，并返回当前仿真。
每个 node 必须是一个对象类型，下面的几个属性将会被仿真系统添加:
index- 节点在 nodes 数组中的索引x- 节点当前的 x-坐标y- 节点当前的 y-坐标vx- 节点当前的 x-方向速度vy- 节点当前的 y-方向速度
位置 ⟨x,y⟩ 以及速度 ⟨vx,vy⟩ 随后可能被仿真中的 力模型 修改. 如果 vx 或 vy 为 NaN, 则速度会被初始化为 ⟨0,0⟩. 如果 x 或 y 为 NaN, 则位置会按照 phyllotaxis arrangement 被初始化, 这样初始化布局是为了能使得节点在原点周围均匀分布。
如果想要某个节点固定在一个位置，可以指定以下两个额外的属性:
fx- 节点的固定 x-位置fy- 节点的固定 y-位置
-
d3.forceLink.links()，这里输入的也是一个数组（边集），然后对输入的边集进行转换 -
simulation.tick()函数，按指定的迭代次数手动执行仿真，并返回仿真。这个函数对于力导向图来说非常重要，因为力导向图是不断运动的，每一时刻都在发生更新，所以需要不断更新节点和连线的位置。如果没有指定 iterations 则默认为 1，也就是迭代一次 -
d3.drag(),是力导向图可以被拖动
绘制
1. 数据准备
var marge = {top:60,bottom:60,left:60,right:60}
var svg = d3.select("svg")
var width = svg.attr("width")
var height = svg.attr("height")
var g = svg.append("g") .attr("transform","translate("+marge.top+","+marge.left+")");
//准备数据
var nodes = [ { name: "桂林" }, { name: "广州" },
{ name: "厦门" }, { name: "杭州" },
{ name: "上海" }, { name: "青岛" },
{ name: "天津" } ];
var edges = [ { source : 0 , target: 1 } , { source : 0 , target: 2 } ,
{ source : 0 , target: 3 } , { source : 1 , target: 4 } ,
{ source : 1 , target: 5 } , { source : 1 , target: 6 } ];
//新建一个力导向图
var forceSimulation = d3.forceSimulation(nodes)
.force("charge", d3.forceManyBody())
.force("link", d3.forceLink(links))
.force("center", d3.forceCenter());
如此，数组 nodes 和 edges 的数据都发生了变化。在控制台输出一下，看看发生了什么变化。
console.log(nodes);
console.log(edges);
转换后，节点对象里多了一些变量。
2. 绘制
有了转换后的数据，就可以作图了。分别绘制三种图形元素：
-
line，线段，表示连线。
-
circle，圆，表示节点。
-
text，文字，描述节点。
2.1 设置一个颜色比例尺
//设置一个color的颜色比例尺，为了让不同的扇形呈现不同的颜色
var colorScale = d3.scaleOrdinal()
.domain(d3.range(nodes.length))
.range(d3.schemeCategory10);
2.2 生成节点数据
//生成节点数据
forceSimulation.nodes(nodes)
.on("tick",ticked);//这个函数很重要，后面给出具体实现和说明
这里出现了tick函数，我把它的实现写到了一个有名函数ticked:
function ticked(){
links
.attr("x1",function(d){return d.source.x;})
.attr("y1",function(d){return d.source.y;})
.attr("x2",function(d){return d.target.x;})
.attr("y2",function(d){return d.target.y;});
linksText
.attr("x",function(d){
return (d.source.x+d.target.x)/2;
})
.attr("y",function(d){
return (d.source.y+d.target.y)/2;
});
gs
.attr("transform",function(d) { return "translate(" + d.x + "," + d.y + ")"; });
}
####2.3 生成边集数据
//生成边数据
forceSimulation.force("link")
.links(edges)
.distance(function(d){//每一边的长度
return d.value*100;
})
2.4 设置图形中心位置
//设置图形的中心位置
forceSimulation.force("center")
.x(width/2)
.y(height/2);
2.5 绘制边
//绘制边
var links = g.append("g")
.selectAll("line")
.data(edges)
.enter()
.append("line")
.attr("stroke",function(d,i){
return colorScale(i);
})
.attr("stroke-width",1);
应该先绘制边，再绘制顶点，因为在d3中，各元素是有层级关系的，
- 边上的文字
var linksText = g.append("g")
.selectAll("text")
.data(edges)
.enter()
.append("text")
.text(function(d){
return d.relation;
})
- 先建立用来放在每个节点和对应文字的分组
var gs = g.selectAll(".circleText")
.data(nodes)
.enter()
.append("g")
.attr("transform",function(d,i){
var cirX = d.x;
var cirY = d.y;
return "translate("+cirX+","+cirY+")";
})
.call(d3.drag()
.on("start",started)
.on("drag",dragged)
.on("end",ended)
);
这里出现了start、drag、end函数:
function started(d){
if(!d3.event.active){
forceSimulation.alphaTarget(0.8).restart();//设置衰减系数，对节点位置移动过程的模拟，数值越高移动越快，数值范围[0，1]
}
d.fx = d.x;
d.fy = d.y;
}
function dragged(d){
d.fx = d3.event.x;
d.fy = d3.event.y;
}
function ended(d){
if(!d3.event.active){
forceSimulation.alphaTarget(0);
}
d.fx = null;
d.fy = null;
}
- 节点和文字
//绘制节点
gs.append("circle")
.attr("r",10)
.attr("fill",function(d,i){
return colorScale(i);
})
//文字
gs.append("text")
.attr("x",-10)
.attr("y",-20)
.attr("dy",10)
.text(function(d){
return d.name;
})
完整代码
<body>
<svg width="500" height="500">svg>
<script>
var marge = {top:60,bottom:60,left:60,right:60}
var svg = d3.select("svg")
var width = svg.attr("width")
var height = svg.attr("height")
var g = svg.append("g") .attr("transform","translate("+marge.top+","+marge.left+")");
// 准备数据
var nodes = [ { name: "桂林" }, { name: "广州" },
{ name: "厦门" }, { name: "杭州" },
{ name: "上海" }, { name: "青岛" },
{ name: "天津" } ];
var edges = [ { source : 0 , target: 1,relation:"舍友",value:1 } , { source : 0 , target: 2,relation:"籍贯",value:1.3 } ,
{ source : 0 , target: 3,relation:"舍友",value:1 } , { source : 1 , target: 4,relation:"舍友",value:1 } ,
{ source : 1 , target: 5,relation:"籍贯",value:0.9 } , { source : 1 , target: 6,relation:"同学",value:1.6 } ];
//新建一个力导向图
var forceSimulation = d3.forceSimulation(nodes)
.force("charge", d3.forceManyBody())
.force("link", d3.forceLink(edges))
.force("center", d3.forceCenter());
//设置一个color的颜色比例尺，为了让不同的扇形呈现不同的颜色
var colorScale = d3.scaleOrdinal()
.domain(d3.range(nodes.length))
.range(d3.schemeCategory10);
//生成节点数据
forceSimulation.nodes(nodes)
.on("tick",ticked);//这个函数很重要，后面给出具体实现和说明
//生成边数据
forceSimulation.force("link")
.links(edges)
.distance(function(d){//每一边的长度
return d.value*100;
})
//设置图形的中心位置
forceSimulation.force("center")
.x(width/2)
.y(height/2);
//绘制边
var links = g.append("g")
.selectAll("line")
.data(edges)
.enter()
.append("line")
.attr("stroke",function(d,i){
return colorScale(i);
})
.attr("stroke-width",1);
var linksText = g.append("g")
.selectAll("text")
.data(edges)
.enter()
.append("text")
.text(function(d){
return d.relation;
})
var gs = g.selectAll(".circleText")
.data(nodes)
.enter()
.append("g")
.attr("transform",function(d,i){
var cirX = d.x;
var cirY = d.y;
return "translate("+cirX+","+cirY+")";
})
.call(d3.drag()
.on("start",started)
.on("drag",dragged)
.on("end",ended)
);
//绘制节点
gs.append("circle")
.attr("r",10)
.attr("fill",function(d,i){
return colorScale(i);
})
//文字
gs.append("text")
.attr("x",-10)
.attr("y",-20)
.attr("dy",10)
.text(function(d){
return d.name;
})
function ticked(){
links
.attr("x1",function(d){return d.source.x;})
.attr("y1",function(d){return d.source.y;})
.attr("x2",function(d){return d.target.x;})
.attr("y2",function(d){return d.target.y;});
linksText
.attr("x",function(d){
return (d.source.x+d.target.x)/2;
})
.attr("y",function(d){
return (d.source.y+d.target.y)/2;
});
gs
.attr("transform",function(d) { return "translate(" + d.x + "," + d.y + ")"; });
}
function started(d){
if(!d3.event.active){
forceSimulation.alphaTarget(0.8).restart();//设置衰减系数，对节点位置移动过程的模拟，数值越高移动越快，数值范围[0，1]
}
d.fx = d.x;
d.fy = d.y;
}
function dragged(d){
d.fx = d3.event.x;
d.fy = d3.event.y;
}
function ended(d){
if(!d3.event.active){
forceSimulation.alphaTarget(0);
}
d.fx = null;
d.fy = null;
}
script>
body>
