【D3.js实战】Force Simulation 力导图制作

Force Simulation 力导图实战 @ D3.js

数据结构

做力导图使用到的数据为json数据，一般采用json数据来表达图结构。本次实验选用的json数据数据结构如下（图片中为经过了力模拟后的）：

• links至少要由target, source组成
  • 这连个属性标记了起始node和终止node，其值通
    常为node的id。
• node由group和id构成
  • group表示node属于哪一类（方便着色）
  • id是node的唯一标识符

思路分析

• 画布初始化，全局变量定义
• 数据读取
• 力模拟
• 数据绑定 datajoin
  • 结点node（ 和 ）
  • 连边link
• simulation.on("tick",tick)，tick函数编写
• drag 拖曳交互设计

画布初始化，全局变量定义

这步比较基础，直接贴上代码

const svg = d3.select('svg')
const height = +(svg.attr('height'))
const width = +(svg.attr('width'))
const margin = {
    top:150,
    left:50,
    right:50,
    bottom:0
}

const innerHeight = height-margin.top-margin.bottom;
const innerWidth = width - margin.left - margin.right;
var color = d3.scaleOrdinal(d3.schemeCategory10);
let link;
let nodes;
let simulation;
const render_init = function(){
    svg.append("text")
        .attr('class', 'title')
        .attr('font-size','2em')
        .attr('x',margin.left)
        .attr('y', margin.top/2)
        .attr('transform',`translate(0,-40)` )
        .attr('font-weight', 'bold')
        .attr('fill','blue' )
        .html("Force  Simulation")

    svg.append("g")
        .attr('id', 'maingroup')
        .attr('x', margin.left)
        .attr('y', margin.top)
        .attr('transform', `translate(${margin.left},${margin.top})`)
        .attr('width',innerWidth )
        .attr('height',innerHeight )
}

数据读取

通常读取进来的数据要进行预处理，但是图数据有些不同。通常我们拿到的数据都是不符合d3力导图数据结构要求的。一般用python等语言写的脚本文件进行数据预处理整理成符合要求的数据结构。

d3.json('./data/miserables.json').then(data => {
    render_init();//画布初始化
    //force simulation 力模拟
    //data join 数据绑定
    //drag  交互事件
})

力模拟

有两点需要注意的地方：

• forceLink这里要处理一下，绑定node.id。不然会按照node的索引来进行，这样设置tick的时候会非常不方便
• 仅进行力模拟结点的位置不会进行实时更新，必须要有simulation.on(tick)才会把力模拟的结果反映到图元上

simulation = d3.forceSimulation()
    .nodes(data.nodes)
    .force("link",d3.forceLink(data.links).id(d => d.id))
    .force("manyBody",d3.forceManyBody())
    .force("center",d3.forceCenter(innerWidth/2,innerHeight/2))  
    .on("tick",tick)

数据绑定 datajoin

这里我们需要绑定的三个元素为： 结点，结点名称，链接

结点与结点名称

一个传统的方法是circle和text分开绑定，但是这里采用一个更加高效的办法：就是创建一个 , 每个g标签代表一个结点，其中包含 circle和 text两个图元

• 创建结点group

nodes = group.append('g').attr("class", "nodegroup")
//先创建一个group，其中包含所有结点（这步可有可无）
    .selectAll('.node')
    .data(data.nodes)
    .join('g')
    .attr('class','node' )

• 结点绑定(circle)

  var circle = nodes.append('circle')
  .attr('r', 5)
  .attr('fill', d => color(d.group))
  

• 结点名称绑定

  var label = nodes.append('text')
  .attr('x', 6)
  .attr('y', 3 )
  .html(d => d.id )
  .attr('font-size', '12px')
  

链接

这里有个坑，line标签是不能设置fill的，应该通过设置stroke属性来设置line的颜色。

//注意设置stroke
link = group.append('g').attr('class','linkgroup').selectAll('line')
    .data(data.links)
    .enter().append('line')
    .attr('stroke-width', d => Math.sqrt(d.value))
    .attr('stroke', 'green')
    .attr('stroke-opacity',0.6 )

tick函数编写

在tick函数中，我们要更新node的位置和link的起点和终点

注意：node指包含了circle和text的那个group，这里只需要更新那个group的位置， 和 就会一起更新。这就是上面提出为什么要把 和 放在一个 中。

const tick = function(){
    link
        .attr('x1', d => d.source.x)
        .attr('y1', d  => d.source.y)
        .attr('x2', d => d.target.x)
        .attr('y2', d => d.target.y)

    nodes
        .attr('transform', d => `translate(${d.x},${d.y})`)
}

drag 拖曳交互设计

现在给图加一些交互效果：让结点能够被鼠标选中并拖拽

d3.drag()函数

drag函数有三个需要配置的，分别是拖曳开始，拖曳过程和拖曳结束

const dragFunc = d3.drag()
.on('start',dragstarted)
.on('drag',dragged)
.on('end',dragended)

dragstarted 拖曳开始

• alphaTarget：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]
• restart()： 重新启动仿真的内部定时器并且返回仿真。与 simulation*.alphaTarget或 simulation*.alpha结合使用，这个方法可以在交互期间再次激活仿真，比如拖拽节点或者在使用 simulation.stop临时暂停仿真后使用。

function dragstarted(d) {
    if (!d3.event.active) simulation.alphaTarget(0.3).restart();
    d.fx = d.x;
    d.fy = d.y;
}

dragged 拖曳过程

fx,fy：结点的最终位置

const dragged = function(d){
    d.fx = d3.event.x;
    d.fy = d3.event.y;
}

dragended 拖曳结束

最后将fx和fy设置成null，表示拖曳结束后让结点回到力模拟的位置，而不是停留在拖曳的位置

const dragended = function(d){
    if (!d3.event.active) {
        simulation.alphaTarget(0);
    }
    //让它回到原来的位置
    d.fx = null;
    d.fy = null;
}

调用方式

dragFunc(nodes)//param：拖曳对象

---

完整代码

DOCTYPE html>
<html>
<head>
	<title>forcetitle>
	<script src="./js/d3.min.js">script>

head>
<body>

<svg width="1200" height = "650">svg>
<script >
	const svg = d3.select('svg')
	const height = +(svg.attr('height'))
	const width = +(svg.attr('width'))
	const margin = {
		top:150,
		left:50,
		right:50,
		bottom:0
	}
	const innerHeight = height-margin.top-margin.bottom;
	const innerWidth = width - margin.left - margin.right;
	var color = d3.scaleOrdinal(d3.schemeCategory10);
	let link;
	let nodes;
	let simulation;
	const render_init = function(){
		svg.append("text")
		.attr('class', 'title')
		.attr('font-size','2em')
		.attr('x',margin.left)
		.attr('y', margin.top/2)
		.attr('transform',`translate(0,-40)` )
		.attr('font-weight', 'bold')
		.attr('fill','blue' )
		.html("Force  Simulation")

		svg.append("g")
		.attr('id', 'maingroup')
		.attr('x', margin.left)
		.attr('y', margin.top)
		.attr('transform', `translate(${margin.left},${margin.top})`)
		.attr('width',innerWidth )
		.attr('height',innerHeight )
	}

	const tick = function(){
		link
		.attr('x1', d => d.source.x)
		.attr('y1', d  => d.source.y)
		.attr('x2', d => d.target.x)
		.attr('y2', d => d.target.y)

		nodes
		.attr('transform', d => `translate(${d.x},${d.y})`)
	}

	const dragstarted = function(d){
		if(!d3.event.active){
			 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]
			simulation.alphaTarget(0.3)
			.restart();
			d.fx = d.x;
			d.fy = d.y;
		}
	}

	const dragged = function(d){
		d.fx = d3.event.x;
		d.fy = d3.event.y;
	}

	const dragended = function(d){
		if (!d3.event.active) {
			simulation.alphaTarget(0);
		}
		//让它回到原来的位置
		d.fx = null;
  		d.fy = null;
	}

	d3.json('./data/miserables.json').then(data => {
		console.log(data);
		render_init();
		const group = d3.select('#maingroup')
		simulation = d3.forceSimulation()
		.nodes(data.nodes)
		.force("link",d3.forceLink(data.links).id(d => d.id))
		.force("manyBody",d3.forceManyBody())
		.force("center",d3.forceCenter(innerWidth/2,innerHeight/2))  
		.on("tick",tick)

		//注意设置stroke
		link = group.append('g').attr('class','linkgroup').selectAll('line')
		.data(data.links)
		.enter().append('line')
		.attr('stroke-width', d => Math.sqrt(d.value))
		.attr('stroke', 'green')
		.attr('stroke-opacity',0.6 )

		nodes = group.append('g').attr("class", "nodegroup")
		.selectAll('.node')
		.data(data.nodes)
		.join('g')
		.attr('class','node' )

		var circle = nodes.append('circle')
		.attr('r', 5)
		.attr('fill', d => color(d.group))

		var label = nodes.append('text')
		.attr('x', 6)
		.attr('y', 3 )
		.html(d => d.id )
		.attr('font-size', '12px')

		const dragFunc = d3.drag()
		.on('start',dragstarted)
		.on('drag',dragged)
		.on('end',dragended)

		dragFunc(nodes)//拖曳对象
	
	})
script>
body>
html>

效果

初始

拖曳