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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（<circle>和<text>）
- 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<g>, 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 <g>

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，<circle>和<text>就会一起更新。这就是上面提出为什么要把<circle>和<text>放在一个<g>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>force</title>
		<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>

【D3.js 学习记录（实战）】Force 力导图数据可视化