HTML5大數(shù)據(jù)可視化效果（一）彩虹爆炸圖

言

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也是一樣。但這并不妨礙HTML5是一個(gè)越來越有威力的“炸蛋”：發(fā)展迅速、勢(shì)不可擋。隨著HTML5技術(shù)的普及，用HTML5做可視化呈現(xiàn)的項(xiàng)目越來越多了。HTML5的優(yōu)勢(shì)明顯：網(wǎng)頁上直接運(yùn)行無需插件、手機(jī)平板方便兼容、代碼開發(fā)和維護(hù)相對(duì)容易，等等。一大波一大波的做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(gè)技術(shù)大熱點(diǎn)而來。

HTML5涵蓋的技術(shù)點(diǎn)很多，甚至延伸到了前端、后端、通訊等各個(gè)層面。前端的canvas繪圖這塊無疑是它的核心內(nèi)容。Canvas的API雖然不是很復(fù)雜很強(qiáng)大，但是做一般的2d繪圖基本都?jí)蛴昧恕；谶@些API，一大堆的2d繪圖組件紛紛出爐。Echarts、d3.js都是很不錯(cuò)的項(xiàng)目。 Echarts主要是chart組件，而d3相對(duì)雜一些，很多呈現(xiàn)方式很有創(chuàng)意，值得研究。

概述

研究d3的起因是最近有一個(gè)項(xiàng)目，用戶截了一張效果圖讓我們用HTML5做一下：

看著很眼熟，搜了一下，感覺就是d3例子中的sunburst效果，程序在這里：

http://bl.ocks.org/mbostock/4063423

看上去似乎也不難，就是一圈一圈的餅圖，把樹狀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)按占比一層一層繪制上去就行了。所以引起了自己動(dòng)手做一個(gè)的興趣。“sunburst”英文里應(yīng)該是“云開日出”的意思，類似強(qiáng)烈的光芒從云層背后透射出來，不知為何中文里大多把它翻譯成“日落”。比如這把Fender Telecaster吉他型號(hào)是Brown Sunburst款，就會(huì)被大家翻譯成“日落色”。

關(guān)于日出和日落更喜歡哪一個(gè)的問題，網(wǎng)上還真有這樣的調(diào)查。有意思的是，選擇喜歡日落的遠(yuǎn)多于選擇日出的。日出代表希望，日落代表成熟，都是一種美，哪個(gè)更美要看你個(gè)人的心境，因?yàn)樗拿利愂怯尚纳榱瞬辉谶@個(gè)問題上站錯(cuò)對(duì)，我們還是給他重新起一個(gè)更加響亮霸氣的中文名字：“彩虹爆炸圖”，怎么樣?

仔細(xì)研究一下彩虹爆炸圖的結(jié)構(gòu)，無非就是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，并采用發(fā)射狀的布局。根節(jié)點(diǎn)在中間(也可以認(rèn)為沒有唯一的根，而是一堆根節(jié)點(diǎn)圍繞在第一圈)，一次向外發(fā)散排列。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有名稱、數(shù)值。節(jié)點(diǎn)可以按照自身數(shù)值在扇區(qū)所占比例進(jìn)行繪制，這樣就不用管節(jié)點(diǎn)具體數(shù)值有多大多小了。

這種圖最先是由布朗大學(xué)教授John T. Stasko設(shè)計(jì)。

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

經(jīng)過一天的折騰，終于做出了一個(gè)還算過得去的“彩虹爆炸圖”。先上個(gè)圖看看：

主要功能包括了：

可以通過json來定義數(shù)據(jù)和樣式(類似百度的echarts那樣);

顏色可以固定，也可以自動(dòng)彩虹色;

自動(dòng)計(jì)算數(shù)值及角度占比;

動(dòng)態(tài)顯示導(dǎo)航路徑;

鼠標(biāo)動(dòng)態(tài)高亮顯示路徑;

動(dòng)畫飛入、展開導(dǎo)航路徑;

文字顯示及角度控制;

全矢量，可鼠標(biāo)縮放、平移，不失真;

下面重點(diǎn)碼一下折騰過程中的幾個(gè)重點(diǎn)：

一、定義節(jié)點(diǎn)對(duì)象

首先定義每一個(gè)小扇片節(jié)點(diǎn)。每個(gè)扇片可以用一段餅圖來繪制。為了簡單方便，這里用了最簡單高效偷懶的方法：用一個(gè)半徑很粗的線畫一段角度的arc，即可。如下圖：

另外還有文字等內(nèi)容。所以定義它的json結(jié)構(gòu)大概如下：

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

此外，下一圈的數(shù)據(jù)，可直接定義為這個(gè)節(jié)點(diǎn)的“孩子節(jié)點(diǎn)”，直接在item中定義一個(gè)data的子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)：

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

{name:’孩子一’, color:’green’,…},

{name:’孩子二’, color:’yellow’,…},

]};

這樣就可以組成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)。接下來要在canvas上繪制圖形了。為了方便，這里直接使用了矢量圖進(jìn)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(gè)圖形元素：一個(gè)arc弧線、一個(gè)文字對(duì)象，分別用于畫node和繪制其文字。顏色、字體、是否可見、陰影、對(duì)齊、位置、線寬、角度…等等均在上面的定義中用一個(gè)function動(dòng)態(tài)獲取。例如，這個(gè)節(jié)點(diǎn)的半徑，通過下面的方法，就可以在圖形的lineColor屬性中保存并驅(qū)動(dòng)，需要修改，直接修改lineColor這個(gè)client屬性即可，而不用去修改繪圖參數(shù)，非常方便：

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

這里有一個(gè)比較啰嗦的地方是：每個(gè)扇片的角度需要根據(jù)每個(gè)item定義的原始值進(jìn)行計(jì)算角度占比。而且，對(duì)于太小的扇片，可以給一定的最小值(例如 1度)，保證能視覺上看到它。否則，顯示10000和1兩個(gè)數(shù)值，由于對(duì)比過大，可能就杯具了，因?yàn)?連1度都占不到，顯示效果會(huì)非常差。還有，每個(gè)扇片之間應(yīng)該盡量留有一定的空隙。如果連續(xù)繪制，就會(huì)連成一片，沒有“分片”感。這些可以在代碼中進(jìn)行簡單控制。

二、文字控制

文字控制也比較啰嗦。首先是對(duì)齊方式。最簡單的方式當(dāng)然是讓文字在所在扇片處，直接居中、旋轉(zhuǎn)。這樣文字會(huì)在徑向的中間位置，如下圖：

但這樣顯示感覺并不是很完美。對(duì)于中文來說，如果能統(tǒng)一靠近圓心方向的位置對(duì)齊，會(huì)更好看一些。這樣，即使文字過長，也會(huì)向外延伸，不會(huì)和里面的重疊。如下圖：

還有，當(dāng)文字在左半圓時(shí)，如果不做特殊處理，文字旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致文字大頭朝下，閱讀起來有把脖子歪斷的風(fēng)險(xiǎn)。所以應(yīng)該動(dòng)態(tài)判斷，如果文字在左側(cè)，應(yīng)該文字再增加旋轉(zhuǎn)180度。同時(shí)左側(cè)的文字對(duì)齊也要特殊考慮，應(yīng)該變成右對(duì)齊，才能保持徑向的整齊一致。

文字還有一個(gè)細(xì)節(jié)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(jié)點(diǎn)的文字會(huì)看不清楚，因?yàn)槲覀冏龅氖遣屎绫▓D，各個(gè)方向顏色都不一樣，而且還會(huì)隨著圈數(shù)增加而變淡顏色，所以幾乎不可能用一個(gè)固定的顏色(例如白色或黑色)能保證文字在所有地方都能和node顏色搭配并看清楚。所以思來想去還是使用了陰影效果。

聯(lián)想了一下我們看美劇時(shí)候的字幕，似乎也是同樣的問題。視頻字幕要顯示在千變?nèi)f化的視頻場景里面，視頻場景的顏色完全隨機(jī)出現(xiàn)無從知曉，要想讓字幕看清楚，必然也會(huì)想一些辦法解決。我們仔細(xì)觀察一下視頻字幕：

仔細(xì)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。我們?cè)谖淖侄x時(shí)也模擬一下，設(shè)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后的效果對(duì)比：

使用陰影后不但文字更清晰了，而且也增加了立體感，效果還是不錯(cuò)的。下面圖顯示在應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)上的效果：

可見不論什么顏色，都能比較好的勾勒出文字輪廓，保持清晰可讀。

三、生成彩虹顏色

關(guān)于顏色，是一個(gè)有趣的話題。對(duì)于廣大程序猿來說，顏色是一個(gè)既簡單又困難的東西。我們隨手就能寫下’red’, ‘green’, ‘orange’, ‘yellow’這樣的色彩斑斕的顏色，還能保證沒有語法錯(cuò)誤;我們還會(huì)寫’#FF55AA’、’#0c0’、’RGB(0,204,0)’、’ RGB(0%，80%，0%)’這樣的各種顏色寫法;我們也明白R(shí)GBA的含義和用途。但是，我們很少能把一個(gè)demo寫的顏色很好看、很搭配。關(guān)于顏色和配色以后再專門討論。這里我們只想自動(dòng)生成一圈彩虹一樣的顏色。用我們熟悉的RGB方法好像比較困難了。于是想起了那個(gè)HSV的顏色定義方法，它貌似很適合解決這個(gè)問題。

HSV顏色模型定義了色調(diào)H、飽和度S和亮度V，由A. R. Smith在1978年創(chuàng)建的一種顏色空間。其中H用一圈360度表示所有顏色，從紅色開始按逆時(shí)針方向計(jì)算，紅色為0度。飽和度S從0到1，越大越飽和。亮度V從0到255(也可以轉(zhuǎn)換為從0到1，方便使用)，越大越明亮，越小越暗淡。

Js里面并沒有直接處理HSV顏色的函數(shù)。不過用下面的代碼很方便可以從hsv轉(zhuǎn)為rgb：

寫一個(gè)對(duì)應(yīng)的js函數(shù)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;

}

再回到我們的彩虹爆炸圖。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所在角度(中心角度)決定了它自己的顏色值。所以，我們可以直接根據(jù)這個(gè)角度得到顏色的h。然后，為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(chǎn)生變淡的效果。為了防止圈太多最后看不清，減到0.2到0.3左右可以停止遞減。

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

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

var level=node.getClient(‘level’);//節(jié)點(diǎn)在第幾圈

var h=(fromAngle+to)/2 % 360 /360; //中心角度，并轉(zhuǎn)換為弧度

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

var v=1;

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

這樣就獲得了一圈顏色。實(shí)驗(yàn)效果如下：

如果相對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的顏色做特殊處理，例如強(qiáng)制為橙色來凸顯，我們可以在數(shù)據(jù)中定義時(shí)加個(gè)標(biāo)記，設(shè)置顏色時(shí)候直接使用而不用計(jì)算即可。

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

接下來要實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)劃過節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)算路徑、高亮路徑節(jié)點(diǎn)、暗淡非路徑節(jié)點(diǎn)。為了方便路徑尋找，程序把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的下一圈子數(shù)據(jù)定義為子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過getParent函數(shù)可以直接獲得父對(duì)象。這樣，通過不斷getParent就可以獲得整個(gè)路徑上的節(jié)點(diǎn)，并修改其顏色為預(yù)設(shè)顏色，實(shí)現(xiàn)高亮效果：

var node=highlightedNode;

while(node){

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

node=node.getParent;

}

對(duì)于非路徑節(jié)點(diǎn)的顏色，可以設(shè)置為預(yù)設(shè)顏色但飽和度為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);

四、動(dòng)畫效果

最后，為了圖形更生動(dòng)，使用了一些動(dòng)畫效果。首先想到的就是圖形出來時(shí)候，用動(dòng)畫從小到大發(fā)散開來，會(huì)很動(dòng)感。這樣做需要用動(dòng)畫函數(shù)來驅(qū)動(dòng)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的半徑位置，從0增加到所在的半徑位置，如果大家一起設(shè)置，整個(gè)圖就會(huì)動(dòng)起來。這里用了一個(gè)動(dòng)畫函數(shù)來驅(qū)動(dòng)，并使用了網(wǎng)上常用的easing函數(shù)來控制，避免線性的動(dòng)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(dòng)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一樣的環(huán)形彈出散開效果。

另外，導(dǎo)航條的出來也比較突兀，這里也使用一下動(dòng)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);

和上一個(gè)動(dòng)畫的不同之處在于這里使用了{(lán)x、y}的point結(jié)構(gòu)，每一幀直接更新節(jié)點(diǎn)位置。同時(shí)設(shè)置了50毫秒的delay，讓動(dòng)畫有一點(diǎn)點(diǎn)粘性停滯，不至于太突兀。效果不錯(cuò)。

至此，彩虹爆炸圖基本上就做的差不多了。使用起來也很簡單，只要準(zhǔn)備一些json數(shù)據(jù)就可以了，下面是一些有趣的數(shù)據(jù)做出來的效果。感興趣的同學(xué)可以到這里索取代碼。

實(shí)際應(yīng)用在項(xiàng)目中的示意圖。如果你也希望項(xiàng)目中用一下彩虹爆炸圖，歡迎給我發(fā)郵件索取：info@servasoft.com

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指引

網(wǎng)頁中的信息主要是以文本為主的，可以通過字體、大小、顏色、底紋、邊框等來設(shè)置文本的屬性。文字版面的編輯包括文本標(biāo)簽和格式標(biāo)簽兩種，在瀏覽器中顯示的文字內(nèi)容和格式都要在<body>標(biāo)記中編寫。文字是網(wǎng)頁設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的部分，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的文字頁面可以起到傳達(dá)信息的作用。對(duì)文字的格式化，通常可以使用兩種方式：一種方式是直接使用HTML標(biāo)記，另一種方式是使用CSS。利用CSS可以對(duì)文本的格式進(jìn)行精確控制，使用HTML標(biāo)記則更有利于搜索引擎抓取。本章主要介紹一些和頁面排版相關(guān)的標(biāo)記。

1 HTML基礎(chǔ)標(biāo)簽

HTML標(biāo)簽有很多，為了方便學(xué)習(xí)和使用，我們可以將這些標(biāo)簽按類別細(xì)分一下。基礎(chǔ)標(biāo)簽則是頁面制作最常使用的一些標(biāo)簽，包括上一章介紹過的結(jié)構(gòu)標(biāo)簽，都屬于基礎(chǔ)標(biāo)簽。本節(jié)介紹的基礎(chǔ)標(biāo)簽如表1所示：

表1 HTML基礎(chǔ)標(biāo)簽

圖形繪制陰影

在HTML5中，使用canvas元素可以給圖形添加陰影效果。添加陰影效果時(shí)，只需利用圖形上下文對(duì)象的幾個(gè)關(guān)于陰影繪制的屬性就可以了，這幾個(gè)屬性如下。

shadowOffsetX——陰影的橫向位移量。
shadowOffsetY——陰影的縱向位移量。
shadowBlur——陰影的模糊范圍。
shadowColor——陰影的顏色。

shadowOffsetX和shadowOffsetY用來設(shè)定陰影在X和Y軸的延伸距離，它們是不受變換矩陣影響的。負(fù)值表示陰影會(huì)往上或左延伸，正值則表示會(huì)往下或右延伸，它們默認(rèn)值都是0。

shadowBlur用于設(shè)定陰影的模糊程度，表示圖形陰影邊緣的模糊范圍。如果不希望陰影的邊緣太清晰，需要將陰影的邊緣模糊化時(shí)可以使用該屬性。設(shè)定該屬性值時(shí)必須要設(shè)定為比0大的數(shù)字，否則將被忽略。一般設(shè)定在0到10之間，開發(fā)時(shí)可以根據(jù)情況調(diào)整這個(gè)數(shù)值，以達(dá)到滿意效果。

shadowColor用于設(shè)定陰影效果的延伸，值可以是標(biāo)準(zhǔn)的CSS顏色值，默認(rèn)是全透明的黑色。

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