力导向图(Force-Directed Graph),是绘图的一种算法。在二维或三维空间里配置节点,节点之间用线连接,称为连线。各连线的长度几乎相等,且尽可能不相交。节点和连线都被施加了力的作用,力是根据节点和连线的相对位置计算的。根据力的作用,来计算节点和连线的运动轨迹,并不断降低它们的能量,最终达到一种能量很低的安定状态。
力导向图能表示节点之间的多对多的关系。
数据
初始数据如下:
var nodes = [ { name: "桂林" }, { name: "广州" },
{ name: "厦门" }, { name: "杭州" },
{ name: "上海" }, { name: "青岛" },
{ name: "天津" } ];
var edges = [ { source : 0 , target: 1 } , { source : 0 , target: 2 } ,
{ source : 0 , target: 3 } , { source : 1 , target: 4 } ,
{ source : 1 , target: 5 } , { source : 1 , target: 6 } ];
节点(nodes)和连线(edges)的数组,节点是一些城市名,连线的两端是节点的序号(序号从 0 开始)。
这些数据是不能作图的,因为不知道节点和连线的坐标。这句话一说出来,就请想到布局。本章用到的布局是:d3.layout.force()。
布局(数据转换)
定义一个力导向图的布局如下。
var force = d3.layout.force()
.nodes(nodes) //指定节点数组
.links(edges) //指定连线数组
.size([width,height]) //指定作用域范围
.linkDistance(150) //指定连线长度
.charge([-400]); //相互之间的作用力
然后,使力学作用生效:
force.start(); //开始作用
如此,数组 nodes 和 edges 的数据都发生了变化。在控制台输出一下,看看发生了什么变化。
console.log(nodes);
console.log(edges);
节点转换前后如下图。
转换后,节点对象里多了一些变量。其意义如下:
- index:节点的索引号
- px, py:节点上一个时刻的坐标
- x, y:节点的当前坐标
- weight:节点的权重
再来看看连线的变化。
可以看到,连线的两个节点序号,分别变成了对应的节点对象。
绘制
有了转换后的数据,就可以作图了。分别绘制三种图形元素:
- line,线段,表示连线。
- circle,圆,表示节点。
- text,文字,描述节点。
代码如下:
//添加连线
var svg_edges = svg.selectAll("line")
.data(edges)
.enter()
.append("line")
.style("stroke","#ccc")
.style("stroke-width",1);
var color = d3.scale.category20();
//添加节点
var svg_nodes = svg.selectAll("circle")
.data(nodes)
.enter()
.append("circle")
.attr("r",20)
.style("fill",function(d,i){
return color(i);
})
.call(force.drag); //使得节点能够拖动
//添加描述节点的文字
var svg_texts = svg.selectAll("text")
.data(nodes)
.enter()
.append("text")
.style("fill", "black")
.attr("dx", 20)
.attr("dy", 8)
.text(function(d){
return d.name;
});
调用 call( force.drag ) 后节点可被拖动。force.drag() 是一个函数,将其作为 call() 的参数,相当于将当前选择的元素传到 force.drag() 函数中。
最后,还有一段最重要的代码。由于力导向图是不断运动的,每一时刻都在发生更新,因此,必须不断更新节点和连线的位置。
力导向图布局 force 有一个事件 tick,每进行到一个时刻,都要调用它,更新的内容就写在它的监听器里就好。