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數據可視化實踐

PrototypeZ / 915人閱讀

摘要:但如果數據可視化做的較弱,反而會帶來負面效果錯誤的表達往往會損害數據的傳播,完全曲解和誤導用戶,所以更需要我們多維的展現數據,就不僅僅是單一層面,目前有多種第三方庫來實現數據的可視化等。數據可視化的具體實現這里基于兩種實現方式,一種一種。

數據可視化的目的其實就是直觀地展現數據,例如讓花費數小時甚至更久才能歸納的數據量,轉化成一眼就能讀懂的指標;通過加減乘除、各類公式權衡計算得到的兩組數據差異,在圖中顏色敏感、長短大小即能形成對比;數據可視化是一個溝通復雜信息的強大武器。通過可視化信息,我們的大腦能夠更好地抓取和保存有效信息,增加信息的印象。但如果數據可視化做的較弱,反而會帶來負面效果;錯誤的表達往往會損害數據的傳播,完全曲解和誤導用戶,所以更需要我們多維的展現數據,就不僅僅是單一層面,
目前有多種第三方庫來實現數據的可視化:Highcharts, Echarts, Chart.js, D3.js等。
總的來說,現在的第三方庫都是基于這兩種瀏覽器圖形渲染技術實現的:Canvas和SVG。canvas和webGL都是基于openGL來進行封裝。但是webGL由于更貼近openGL所以學習曲線較陡,這里就講解Canvas和SVG兩種。
下面是兩種圖形渲染技術的對比

SVG Canvas
不依賴分辨率 依賴分辨率
支持事件處理器 不支持事件處理器
最適合帶有大型渲染區域的應用程序 弱的文本渲染能力
復雜度高會減慢渲染速度(任何過度使用 DOM 的應用都不快) 能夠以 .png 或 .jpg 格式保存結果圖像
不適合游戲應用 最適合圖圖像密集型的游戲
可以為某個元素附加 JavaScript 事件處理器。在 SVG 中,每個被繪制的圖形均被視為對象。 一旦圖形被繪制完成,它就不會繼續得到瀏覽器的關注。如果其位置發生變化,那么整個場景都需要重新繪制。
Echarts

是百度的一個開源的數據可視化工具,一個純 Javascript 的圖表庫,能夠在 PC 端和移動設備上流暢運行,兼容當前絕大部分瀏覽器(IE6/7/8/9/10/11,chrome,firefox,Safari等),底層依賴輕量級的 Canvas 庫 ZRender,ECharts 提供直觀,生動,可交互,可高度個性化定制的數據可視化圖表。下面是簡單的使用方法:

option = {
    xAxis: {
        type: "category",
        data: ["Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun"]
    },
    yAxis: {
        type: "value"
    },
    series: [{
        data: [820, 932, 901, 934, 1290, 1330, 1320],
        type: "line"
    }]
};

如何支持多種渲染方式

echarts支持svg、canvas、vml等底層技術
echarts會根據具體的渲染平臺去做不同的渲染實現,底層是一個叫路徑代理PathProxy的類,它會負責這個底層的繪制指令。根據不同的渲染器,底層進行不同的實現。

const rect = new zrender.Rect({
  shape: {
    x: 10,
    y: 10,
    width: 80,
    height: 80
  }
});
如何支持事件處理

在canvas不能夠為某個元素綁定事件,所以采用給整個圖表容器綁定事件。當進行事件處理的時候,先判斷鼠標是否在圖形以內。因為圖形經過旋轉和縮放,所以需要將鼠標坐標切換到圖形坐標系。獲取到圖形坐標系以后,就可以知道鼠標和圖形之間的關系,就可以進行相應的事件處理。

SVG渲染如何部分更新

在渲染的時候canvas一旦改變就完全重繪,但是效率很高。對于SVG而言,假如說散點圖有一千個,那么DOM就有一千個節點。如果每一幀都需要把DOM元素進行刪除然后添加,效率是非常低的。所以這里可是使用virtual-Dom的方法,通過維護一個渲染對象列表,每幀將新的渲染對象列表與上一幀的進行diff,獲得新增、修改、刪除的渲染對象列表,在根據列表對DOM相關節點進行調整。

數據可視化的具體實現

這里基于兩種實現方式,一種canvas一種svg。

Canvas

在這里實現了一個簡單的庫,可以繪制柱狀圖、餅狀圖、折線圖、雷達圖。
下面是使用方法:

const canvas = document.getElementById("canvas");
const data = [{
    name: "籃球",
    value: 2260,
},
{
    name: "羽毛球",
    value: 1170,
},
{
    name: "乒乓球",
    value: 1230,
},
{
    name: "足球",
    value: 1450,
},
];
const settings = {
    type: "bar"
};
new Chart(canvas, data, {
    title: "Sport"
}, settings);

下面是效果圖

構造函數可以傳入的參數有四個,canvas畫布對象,data是我們傳入的數據對象,settings是傳入的配置,就可以定義圖形的類型,可以是柱狀圖,或者折線圖。在這里根據傳入的type進行相應的繪圖更改。內部的實現原理如下:

if (settings) {
  Object.keys(settings).map((key) => {
    this[key] = settings[key];
  });
}

上面這個部分就能夠讓傳入的參數覆蓋已有的默認設置,顏色,坐標。有些設置需要通過計算才能獲得,例如每個單位長度的標記,獲取每個值的比例。例如:

this.totalValue = this.getTotalValue();
this.maxValue = this.getMaxValue();
function getTotalValue() {
  let total = 0;
  this.data.map((item) => {
    total += item.value;
  });
  return total;
}

這里先計算出總數,然后繪制餅狀圖的時候就計算出每一條數據所占的比例,進行繪圖。
下面這部分會根據傳入的type來繪制不同的圖形,下面是具體實現:

if (this.type === "bar" || this.type === "line") {
  this.drawBarUpdate();
} else if (this.type === "pie" || this.type === "ring") {
  this.drawPieUpdate();
} else if (this.type === "radar") {
  this.drawRadarUpdate();
}

draBarUpdate的具體實現:

  drawBarUpdate() {
    this.drawAxis();
    this.drawPoint();
    this.drawTitle();
    this.drawBarChart();
  }

前三個函數用于基本的結構,軸、點、標題。第四個函數用來繪制圖形。主要借助的是canvas的幾種方法fillStyle:設置填充繪畫的顏色、漸變或模式;strokeStyle: 設置筆觸的顏色、漸變或模型;beginPath:開始一條路徑,或者重置當前的路徑;arc: 用來創建弧/曲線arc(x, y, r, startAngle, endAngle, direction)x,y分別代表圓中心的x,y坐標。startAngle為起始角,endAngle為結束角,direction代表順時針,還是逆時針繪圖。首先根據數據的長度,確定每條數據的長度和坐標然后使用下面操作進行繪圖。

this.ctx.beginPath();
this.ctx.arc(x, y, radius, startAngle, endAngle, direction);
this.ctx.fill();

這樣就可以繪制圖形了

SVG

SVG是一種使用XML描述2D圖形的語言。SVG基于XML,這意味著SVG DOM的每個元素都是可用的。你可以為每個元素附加javaScript事件處理器。
svg不同于canvas,提供了很多基本形狀。例如rect: 圓;circle: 橢圓;ellipse:直線;line: 折線;polyline:多邊形;polygon:路徑。
這里借助common模塊下的pie.js進行了解。
下面是使用方法:

var myPie = new Pie({
  pieR: 40, // 外徑
  donutR: 35, // 內徑
  rotation: -90, // 旋轉到從y軸正方向起始
  strokeColor: "#FFF", // 使用白色描邊
  animation: true, // 啟用默認展現動畫
  slices: [{
    color: "#E3E3E3", // 第一切片顏色
    percent: 0.1 // 第一切片面積占比
  }, {
    color: "#5FC2F5", // 第二切片顏色
    percent: 0.2 // 第二切片面積占比
  }, {
    percent: 0.3 // 第三切片面積占比
  }, {
    percent: 0.4 // 第四切片面積占比
  }]
});

$("body").append(myPie.getNode()); // 插入餅圖。

下面是效果圖


首先也是進行重置默認的參數設置,還有計算一些屬性,例

this.args = $.extend({
  pieR: 100,
  slices: [{
    percent: 1,
  }],
}, args);
$.each(this.args.slices, function(i, item) {
  item.angle = (item.percent || 0) * 360;
})

然后設置每個元素應該設置的路徑,是通過下面函數進行實現:

 /**
  *  @param {Number} startAngle 開始的角度
  *  @param {Number} angle 旋轉角度
  *  @param {Number} pieR 半徑
  *  @param {Number} donutR 環形圖所需要的參數
  *  @return {Object} 坐標對象
  */
getSectorPath(startAngle, angle, pieR, donutR) {
  startAngle = startAngle * Math.PI / 180;
  angle = angle * Math.PI / 180;

  var startAngleTri = {
    cos: Math.cos(startAngle),
    sin: Math.sin(startAngle)
  };

  var angleTri = {
    cos: Math.cos(startAngle + angle),
    sin: Math.sin(startAngle + angle)
  };

  return [
    "M", donutR * startAngleTri.cos, donutR * startAngleTri.sin, // 開始點
    "L", pieR * startAngleTri.cos, pieR * startAngleTri.sin, // 開始的邊界
    "A", pieR, pieR, // 外部的半徑
    0, // x軸上的旋轉
    Math.abs(angle) > Math.PI ? 1 : 0, // large-arc-flag
    1, // sweep-flag
    pieR * angleTri.cos, pieR * angleTri.sin, // end point
    "L", donutR * angleTri.cos, donutR * angleTri.sin, // end edge
    "A", donutR, donutR, // inner arc
    0, // x軸上的旋轉
    Math.abs(angle) > Math.PI ? 1 : 0, // large-arc-flag
    0, // sweep-flag
    donutR * startAngleTri.cos, donutR * startAngleTri.sin // 結束點
  ].join(" ");
}

繪制圖形是靠的path這個元素,下面的命令可以用于路徑數據:

M = moveto
L = lineto
H = horizontal lineto
V = vertical lineto
C = curveto
S = smooth curveto
Q = quadratic Belzier curve
T = smooth quadratic Belzier curveto
A = elliptical Arc
Z = closepath

簡便寫就可以如下:

那么繪制餅狀圖的就可以如下這么寫:

$(path).attr({
  "d": getSectorPath(startAngle, angle, pieR, donutR)
}).css({
  // 屬性
})

這就是svg的繪畫方式,相對canvas繪畫,svg因為提供了一些基本的圖形組件所以更好畫,但是各有優點
。
如果需要制作更好的圖形庫,我們就需要借助繪圖引擎,就能夠針對多種平臺使用不同的渲染方式。

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