可视化工具solo show-----Prefuse自带例子GraphView讲解

　　2014.10.15日以来的一个月，挤破了头、跑断了腿、伤透了心、吃够了全国最大餐饮连锁店——沙县小吃。其中酸甜苦辣，绝不是三言两语能够说得清道的明的。校招的兄弟姐妹们，你们懂得……

　　体会最深的一句话还是：出来混，迟早要还的。

　　一个月过去了，迷茫之际有太多无奈，无奈中又夹杂些许庆幸，岁月匆匆，人生不息，奋斗不止。

　　遵守最初的诺言，继续走我可视化的道路：

　　上集摘要：一个月博文中大概介绍了可视化的一些常用工具，从可操作性、实用性、交互性等各方面进行了简单的对比和总结，具体参见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow.html，结合自己的需求，挑出了Prefuse和Processing两员大将出来露了一手，详情请见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow2.html

　　一番角逐之后，Prefuse工具集脱颖而出，其强大的展示效果、开发者友好的API说明文档、丰富的自带Demo无一不让我对其欲罢不能。下面我们来好好分析下Prefuse的强大之处：

1.Prefuse主要特征：

　　（1）任意数据类型的表格、图和树形数据结构，数据索引、选择查询，有效的内存占用

　　（2）具有布局、着色、大小、图形编码、扭曲、动画等多个组件

　　（3）具有交互控制库

　　（4）支持动画过渡，通过一系列的活动调度机制

　　（5）支持平移、缩放等视图变换

　　（6）对于交互过滤数据的动态查询

　　（7）能够使用可用的搜索引擎进行文本检索

　　（8）具有布局和动画的力导向模拟引擎

　　（9）灵活的多视图展现，包括“概述+细节”和“小倍数”显示

　　（10）内置类SQL语句查询，可以用于编写查询语句实现查询指定字段的数据

　　（11）提供查询语句到Prefuse数据结构的数据映射的SQL查询

　　（12）简单、开发者友好的APIs文档

2.Prefuse模型：

　　（1）prefuse.data包提供了 Table， Graph， Tree等数据结构；提供了一个data tables，他的行使用一个类 Tuple来表示；这个包中，Node和Edge来表示图或者树的一些成员。
　　作为一种高级特征的工具集，Prefuse提供了一种解释性的表达式语言，该语言可以用来请求Prefuse中的数据结构并根据已有的数据列创建衍生的列数据。表达式语言的功能实现类在prefuse.data.expression包中，文本表达式解析类在ExpressionParser类中。
　　（2）prefuse.data.io包提供了文件的读写，包括表，图和树的结构，其中，表的格式：CSV和任意分割的文本文件，对于网络，有 GraphML和 TreeML（XML也能）；prefuse.data.io.sql包提供了对SQL数据库的查询，并返回一个prefuse表
　　（3）可视化抽象是通过将数据添加到Visulization实例中来得到的，它除了包含原始数据外，还建立了一套完整的可视化体系，包括x、y的坐标轴，颜色，大小字体等值，任意的Tuple, Node, 或者 Edge被添加到Visulization实例中时候，相关的VisualItems实例就建立好了，如NodeItem和 EdgeItem就是VisualItems的实例。（也就是说，可视化抽象实现了添加的数据元素与VisualItems之间的映射）
　　（4）可视化映射工作由Action模块来完成，它是有一系列独立的处理模块组成的，这些模块来完成可视性、布局计算、颜色设定以及任何其他的可视化工作。prefuse.action包以及其子包会提供一系列布局，形变，动画以及可视化编码的工作。
　　（5）Renderer模块决定了VisualItems的出现情况，Renderers模块负责计算显示区域，即如何将可视化图形绘制在屏幕上。RendererFactory用来对Renderer进行管理，体现在给VisualItems分配适当的Renderer上。
　　（6）交互工作，Display组建负责完成交互方面的工作，起到一个类似于摄像机的功能，对显示的区域进行选取，缩放。它直接与用户相关。
一个Visualization可以与多个Display实例关联，以实现多视图参数配置，比如“概述+详细”以及小倍数显示视图等。
　　（7）每个Display实例都支持若干个Controls,他们负责处理Display上鼠标和键盘的action。prefuse.controls包提供了一个预处理的控制器可以用来完成旋转缩放Display的工作，通过prefuse.controls包的子类ControlAdapter可以实现对Display的控制。
　　（8）最后，prefuse.data.query 包提供了动态查询绑定（？）的功能，这些绑定能够生成合适的用户界面组建，来直接操作这些查询。

 

 3.Prefuse自带Demo---GraphView.java详解

　　下面是自己在研读Prefuse源码文件夹demos下的GraphView加的一些注释：

  1 //start of class GraphView
  2 
  3 public class GraphView extends JPanel {
  4 
  5     private static final String graph = "graph";
  6 
  7     private static final String nodes = "graph.nodes";
  8 
  9     private static final String edges = "graph.edges";
 10 
 11     private Visualization m_vis;
 12 
 13    
 14 
 15     public GraphView(Graph g, String label) {
 16 
 17          super(new BorderLayout());//在GraphView的构造函数中调用超类的构造方法，并创建布局BorderLayout对象。
 18 
 19         // create a new, empty visualization for our data
 20 
 21         m_vis = new Visualization();//创建Visualization对象，使用默认的渲染工厂（DefaultRendererFactory）。Visualization类负责管理源数据与可视化组件之间的映射。
 22 
 23         // --------------------------------------------------------------------
 24 
 25         // set up the renderers
 26 
 27         LabelRenderer tr = new LabelRenderer();
 28 
 29         tr.setRoundedCorner(8, 8);
 30 
 31         m_vis.setRendererFactory(new efaultRendererFactory(tr));//新建标签渲染器并注册到Visualization上，使用的还是DefaultRendererFactory。
 32 
 33         // --------------------------------------------------------------------
 34         // register the data with a visualization
 35 
 36         // adds graph to visualization and sets renderer label field
 37 
 38         setGraph(g, label);// 向Visualization添加图形Graph并为标签域赋值。
 39 
 40        
 41 
 42         // fix selected focus nodes   声明一个数据元组集合，并为该集合添加一个数据元组的监听器
 43 
 44         TupleSet focusGroup = m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS);
 45 
 46         focusGroup.addTupleSetListener(new TupleSetListener() {
 47 
 48         public void tupleSetChanged(TupleSet ts, Tuple[] add, Tuple[] rem)
 49 
 50             {
 51 
 52                 for ( int i=0; i<rem.length; ++i )
 53 
 54                     ((VisualItem)rem[i]).setFixed(false);
 55 
 56                 for ( int i=0; i<add.length; ++i ) {
 57 
 58                     ((VisualItem)add[i]).setFixed(false);
 59 
 60                     ((VisualItem)add[i]).setFixed(true);
 61 
 62                 }
 63 
 64                 if ( ts.getTupleCount() == 0 ) {
 65 
 66                     ts.addTuple(rem[0]);
 67 
 68                     ((VisualItem)rem[0]).setFixed(false);
 69 
 70                 }
 71 
 72                 m_vis.run("draw");
 73 
 74             }
 75 
 76         });//声明一个数据元组集合，并通过匿名内部类的形式为该集合添加一个数据元组的监听器（TupleSetListener），其中ts：变化的数据元组；add：已经加入的元组数组集合；rem：移除的数据集合。
 77 
 78          // --------------------------------------------------------------------
 79 
 80         // create actions to process the visual data
 81 
 82  
 83 
 84         int hops = 30;
 85 
 86         final GraphDistanceFilter filter = new GraphDistanceFilter(graph, hops);
 87 
 88  
 89 
 90         ColorAction fill = new ColorAction(nodes,
 91 
 92                 VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.rgb(200,200,255));
 93 
 94         fill.add(VisualItem.FIXED, ColorLib.rgb(255,100,100));
 95 
 96         fill.add(VisualItem.HIGHLIGHT, ColorLib.rgb(255,200,125));
 97 
 98        
 99 
100         ActionList draw = new ActionList();
101 
102         draw.add(filter);
103 
104         draw.add(fill);
105 
106         draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.STROKECOLOR, 0));
107 
108         draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.TEXTCOLOR, ColorLib.rgb(0,0,0)));
109 
110         draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.gray(200)));
111 
112         draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.STROKECOLOR, ColorLib.gray(200)));// 根据设定距离hops新建一个图形距离过滤器类；针对nodes，采取完全填充颜色的方式（FILLCOLOR），并对聚焦点（fixed ）、高亮点（与fixed node相邻的点即highlight）以及剩余点分别赋予不同的颜色表现.将GraphDistanceFilter和ColorAction都注册到声明的ActionList对象上，并同时添加点与边的描边颜色以及填充颜色的ColorAction。      
113 
114         ActionList animate = new ActionList(Activity.INFINITY);
115 
116         animate.add(new ForceDirectedLayout(graph));
117 
118         animate.add(fill);
119 
120         animate.add(new RepaintAction());//声明一个ActionList的animate对象，在该对象上添加布局方式（这里采用力导向布局方法ForceDirectedLayout），并添加上面的ColorAction类的fill对象以及一个重绘图形Action。
121         // finally, we register our ActionList with the Visualization.
122 
123         // we can later execute our Actions by invoking a method on our
124 
125         // Visualization, using the name we've chosen below.
126 
127         m_vis.putAction("draw", draw);
128 
129         m_vis.putAction("layout", animate);
130 
131         m_vis.runAfter("draw", "layout");//将draw和animate注册到m_vis上，后面通过Visualization的方法触发执行每个注册的Action。
132 
133         // --------------------------------------------------------------------
134 
135         // set up a display to show the visualization
136         Display display = new Display(m_vis);
137         display.setSize(700,700);
138         display.pan(350, 350);
139         display.setForeground(Color.GRAY);
140         display.setBackground(Color.WHITE);
141 
142        
143 
144         // main display controls
145         display.addControlListener(new FocusControl(1));
146         display.addControlListener(new DragControl());
147         display.addControlListener(new PanControl());
148         display.addControlListener(new ZoomControl());
149         display.addControlListener(new WheelZoomControl());
150         display.addControlListener(new ZoomToFitControl());
151         display.addControlListener(new NeighborHighlightControl());//通过Display展现Visualization包括：设置画布大小，平移范围，前景背景颜色以及添加聚焦、拖拽、平移、缩放、滑轮、缩放至适合显示、紧邻高亮监听器。
152 
153  
154 
155 // overview display
156 
157 //        Display overview = new Display(vis);
158 
159 //        overview.setSize(290,290);
160 
161 //        overview.addItemBoundsListener(new FitOverviewListener());
162 
163        
164 
165         display.setForeground(Color.GRAY);
166 
167         display.setBackground(Color.WHITE);
168 
169         
170 
171         // --------------------------------------------------------------------       
172 
173         // launch the visualization
174 
175        
176 
177         // create a panel for editing force values
178 
179         ForceSimulator fsim = ((ForceDirectedLayout)animate.get(0)).getForceSimulator();
180 
181         JForcePanel fpanel = new JForcePanel(fsim);
182 
183        
184 
185         final JValueSlider slider = new JValueSlider("Distance", 0, hops, hops);
186 
187         slider.addChangeListener(new ChangeListener() {
188 
189             public void stateChanged(ChangeEvent e) {
190 
191                 filter.setDistance(slider.getValue().intValue());//只要调节面板上的值有变动就执行下面的run函数，重新布局界面
192 
193                 m_vis.run("draw");
194 
195             }
196 
197         });
198 
199         slider.setBackground(Color.WHITE);
200 
201         slider.setPreferredSize(new Dimension(300,30));
202 
203         slider.setMaximumSize(new Dimension(300,30));//设置调节面板的背景颜色、大小
204 
205  
206 
207        
208 
209         Box cf = new Box(BoxLayout.Y_AXIS);
210 
211         cf.add(slider);
212 
213         cf.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Connectivity Filter"));
214 
215         fpanel.add(cf);
216 
217         //fpanel.add(opanel);
218 
219         fpanel.add(Box.createVerticalGlue());
220 
221        
222 
223         // create a new JSplitPane to present the interface
224 
225         JSplitPane split = new JSplitPane();
226 
227         split.setLeftComponent(display);
228 
229         split.setRightComponent(fpanel);
230 
231         split.setOneTouchExpandable(true);
232 
233         split.setContinuousLayout(false);
234 
235         split.setDividerLocation(700);//为整张画布布局，包括左边、右边应该呈现什么内容等
236 
237         // now we run our action list
238 
239         //m_vis.run("draw");
240 
241         add(split);
242 
243     }
244 
245    
246 
247     public void setGraph(Graph g, String label) {
248 
249         // update labeling
250 
251         DefaultRendererFactory drf = (DefaultRendererFactory)
252 
253                                                 m_vis.getRendererFactory();
254 
255         ((LabelRenderer)drf.getDefaultRenderer()).setTextField(label);
256 
257         // update graph
258 
259         m_vis.removeGroup(graph);
260 
261         VisualGraph vg = m_vis.addGraph(graph, g);
262 
263         m_vis.setValue(edges, null, VisualItem.INTERACTIVE, Boolean.FALSE);
264 
265         VisualItem f = (VisualItem)vg.getNode(0);
266 
267         m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS).setTuple(f);
268 
269         f.setFixed(false);
270 
271     }
272 
273    
274 
275     // ------------------------------------------------------------------------
276 
277     // Main and demo methods
278 
279    
280 
281     public static void main(String[] args) {
282 
283         UILib.setPlatformLookAndFeel();
284 
285        
286 
287         // create graphview
288 
289         String datafile = null;
290 
291         String label = "label";
292 
293         if ( args.length > 1 ) {//如果用户在运行时有参数传值则分别赋值给datafile和label
294 
295             datafile = args[0];
296 
297             label = args[1];
298 
299         }
300 
301         JFrame frame = demo(datafile, label); //通过调用demo函数完成整个界面的设计布局等，最终呈现一个JFrame
302 
303         frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 关闭按钮的动作为退出
304     }
305 
306    
307 
308     public static JFrame demo() {
309 
310         return demo((String)null, "label");
311 
312     }
313 
314    
315 
316     public static JFrame demo(String datafile, String label) {
317 
318         Graph g = null;
319 
320         if ( datafile == null ) {
321 
322             g = GraphLib.getGrid(15,15);//如果datafile为空，则通过调用图形库GraphLib中的getGrid得到15*15的网状图形，如下图所示
323             label = "label";
324 
325         } else {
326 
327             try {
328 
329                 g = new GraphMLReader().readGraph(datafile);//否则通过指定路径读取datafile文件并转换为图形
330 
331             } catch ( Exception e ) {
332 
333                 e.printStackTrace();
334 
335                 System.exit(1);
336 
337             }
338 
339         }
340 
341         return demo(g, label);
342 
343     }
344 
345    
346 
347     public static JFrame demo(Graph g, String label) {
348 
349         final GraphView view = new GraphView(g, label);
350 
351        
352 
353         // set up menu
354 
355         JMenu dataMenu = new JMenu("Data");//新建菜单栏
356 
357         dataMenu.add(new OpenGraphAction(view));//注册“打开文件”选项卡
358 
359         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Grid","ctrl 1",view) {//添加网状布局选项卡
360 
361             protected Graph getGraph() {
362 
363                 return GraphLib.getGrid(15,15);
364 
365             }
366 
367         });
368 
369         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Clique","ctrl 2",view) {//添加团状布局选项卡
370 
371             protected Graph getGraph() {
372 
373                 return GraphLib.getClique(10);
374 
375             }
376 
377         });
378 
379         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Honeycomb","ctrl 3",view) {//添加蜂窝状布局选项卡
380 
381             protected Graph getGraph() {
382 
383                 return GraphLib.getHoneycomb(5);
384 
385             }
386 
387         });
388 
389         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Balanced Tree","ctrl 4",view) {//添加平衡树布局选项卡
390 
391             protected Graph getGraph() {
392 
393                 return GraphLib.getBalancedTree(3,5);
394 
395             }
396 
397         });
398 
399         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Diamond Tree","ctrl 5",view) {
400 
401             protected Graph getGraph() {
402 
403                 return GraphLib.getDiamondTree(3,3,3); //添加钻石树形图布局选项卡
404 
405             }
406 
407         });
408 
409         JMenuBar menubar = new JMenuBar();
410 
411         menubar.add(dataMenu);//将以上菜单选项注册到menubar菜单栏上
412 
413        
414 
415         // launch window
416 
417         JFrame frame = new JFrame("p r e f u s e  |  g r a p h v i e w");
418 
419         frame.setJMenuBar(menubar);
420 
421         frame.setContentPane(view);
422 
423         frame.pack();
424 
425         frame.setVisible(true);//添加菜单栏、图形等
426 
427        
428 
429         frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {
430 
431             public void windowActivated(WindowEvent e) {
432 
433                 view.m_vis.run("layout");
434 
435             }
436 
437             public void windowDeactivated(WindowEvent e) {
438 
439                 view.m_vis.cancel("layout");
440 
441             }
442 
443         });
444 
445        
446 
447         return frame;
448 
449     }
450 
451 
452     // ------------------------------------------------------------------------
453 
454     /**
455 
456      * Swing menu action that loads a graph into the graph viewer.
457 
458          * 该类主要负责为每一种布局选项配置相应的快捷键
459 
460      */
461 
462     public abstract static class GraphMenuAction extends AbstractAction {
463 
464         private GraphView m_view;
465 
466         public GraphMenuAction(String name, String accel, GraphView view) {
467 
468             m_view = view;
469 
470             this.putValue(AbstractAction.NAME, name);
471 
472             this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,
473 
474                           KeyStroke.getKeyStroke(accel));
475 
476         }
477 
478         public void actionPerformed(ActionEvent e) {
479 
480             m_view.setGraph(getGraph(), "label");
481 
482         }
483 
484         protected abstract Graph getGraph();
485 
486     }
487 
488     //该类负责对菜单栏的选项卡的响应
489 
490     public static class OpenGraphAction extends AbstractAction {
491 
492         private GraphView m_view;
493 
494  
495 
496         public OpenGraphAction(GraphView view) {
497 
498             m_view = view;
499 
500             this.putValue(AbstractAction.NAME, "Open File...");
501 
502             this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,
503 
504                           KeyStroke.getKeyStroke("ctrl O"));
505 
506         }
507 
508         public void actionPerformed(ActionEvent e) {
509 
510             Graph g = IOLib.getGraphFile(m_view);
511 
512             if ( g == null ) return;
513 
514             String label = getLabel(m_view, g);
515 
516             if ( label != null ) {
517 
518                 m_view.setGraph(g, label);
519 
520             }
521 
522         }
523 
524         public static String getLabel(Component c, Graph g) {
525 
526             // get the column names
527 
528             Table t = g.getNodeTable();
529 
530             int  cc = t.getColumnCount();
531 
532             String[] names = new String[cc];
533 
534             for ( int i=0; i<cc; ++i )
535 
536                 names[i] = t.getColumnName(i);
537 
538            
539 
540             // where to store the result
541 
542             final String[] label = new String[1];
543 
544             // -- build the dialog -----
545 
546             // we need to get the enclosing frame first
547 
548             while ( c != null && !(c instanceof JFrame) ) {
549 
550                 c = c.getParent();
551             }
552 
553             final JDialog dialog = new JDialog(
554 
555                     (JFrame)c, "Choose Label Field", true);
556 
557            
558 
559             // create the ok/cancel buttons
560 
561             final JButton ok = new JButton("OK");
562 
563             ok.setEnabled(false);
564 
565             ok.addActionListener(new ActionListener() {
566 
567                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
568 
569                    dialog.setVisible(false);
570 
571                }
572 
573             });
574 
575             JButton cancel = new JButton("Cancel");
576 
577             cancel.addActionListener(new ActionListener() {
578 
579                 public void actionPerformed(ActionEvent e) {
580 
581                     label[0] = null;
582 
583                     dialog.setVisible(false);
584 
585                 }
586 
587             });
588 
589             // build the selection list
590 
591             final JList list = new JList(names);
592        list.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);
593 
594             list.getSelectionModel().addListSelectionListener(
595 
596             new ListSelectionListener() {
597 
598                 public void valueChanged(ListSelectionEvent e) {
599 
600                     int sel = list.getSelectedIndex();
601 
602                     if ( sel >= 0 ) {
603 
604                         ok.setEnabled(true);
605 
606                         label[0] = (String)list.getModel().getElementAt(sel);
607 
608                     } else {
609 
610                         ok.setEnabled(false);
611 
612                         label[0] = null;
613 
614                     }
615 
616                 }
617 
618             });
619 
620             JScrollPane scrollList = new JScrollPane(list);
621 
622            
623 
624             JLabel title = new JLabel("Choose a field to use for node labels:");
625 
626            
627 
628             // layout the buttons
629 
630             Box bbox = new Box(BoxLayout.X_AXIS);
631 
632             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));
633 
634             bbox.add(Box.createHorizontalGlue());
635 
636             bbox.add(ok);
637 
638             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));
639 
640             bbox.add(cancel);
641 
642             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));
643 
644             
645 
646             // put everything into a panel
647 
648             JPanel panel = new JPanel(new BorderLayout());
649 
650             panel.add(title, BorderLayout.NORTH);
651 
652             panel.add(scrollList, BorderLayout.CENTER);
653 
654             panel.add(bbox, BorderLayout.SOUTH);
655 
656             panel.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5,2,2,2));
657 
658            
659 
660             // show the dialog
661 
662             dialog.setContentPane(panel);
663 
664             dialog.pack();
665 
666             dialog.setLocationRelativeTo(c);
667 
668             dialog.setVisible(true);
669 
670             dialog.dispose();
671 
672            
673 
674             // return the label field selection
675 
676             return label[0];
677 
678         }
679 
680     }
681 
682     //该类负责调整至适合屏幕显示
683 
684     public static class FitOverviewListener implements ItemBoundsListener {
685 
686         private Rectangle2D m_bounds = new Rectangle2D.Double();
687 
688         private Rectangle2D m_temp = new Rectangle2D.Double();
689 
690         private double m_d = 15;
691 
692         public void itemBoundsChanged(Display d) {
693 
694             d.getItemBounds(m_temp);
695 
696             GraphicsLib.expand(m_temp, 25/d.getScale());
697 
698            
699 
700             double dd = m_d/d.getScale();
701 
702             double xd = Math.abs(m_temp.getMinX()-m_bounds.getMinX());
703 
704             double yd = Math.abs(m_temp.getMinY()-m_bounds.getMinY());
705 
706             double wd = Math.abs(m_temp.getWidth()-m_bounds.getWidth());
707 
708             double hd = Math.abs(m_temp.getHeight()-m_bounds.getHeight());
709 
710             if ( xd>dd || yd>dd || wd>dd || hd>dd ) {
711 
712                 m_bounds.setFrame(m_temp);
713 
714                 DisplayLib.fitViewToBounds(d, m_bounds, 0);
715 
716             }
717 
718         }
719 
720     }
721 
722    
723 
724 }
725 
726  // end of class GraphView

网格视图：

蜂窝状视图：

平衡树型视图：

 

以上介绍了Prefuse的一些特征，模型结构以及自带Demo GraphView.java的理解，后续会继续研究Prefuse的其他Demo以及主要接口。

本文链接http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow3.html