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Github Repository 可视化 (D3.js & Three.js)

日期:2018-10-17点击:417

Github Repository 可视化 (D3.js & Three.js)

先上 Demo 链接 & 效果图 demo 链接 github 链接

效果图 2D: demo 2d

效果图 3D: demo 3d

为什么要做这样一个网站?

最初想法是因为 github 提供的页面无法一次看到用户的所有 repository, 也无法直观的看到每个 repository 的量级对比(如 commit 数, star 数),

所以希望做一个能直观展示用户所有 repository 的网站.

实现的功能有哪些?

用户 Github Repository 数据的2D3D展示, 点击用户 github 关注用户的头像, 可以查看他人的 Github Repository 展示效果.

2D 和 3D 版本均支持:

  • 展示用户的 Repository 可视化效果
  • 点击 following people 的头像查看他人的 Repository 可视化效果

其中 2D 视图支持页面缩放和拖拽 && 单个 Repository 的缩放和拖拽, 3D 视图仅支持页面的缩放和拖拽.

用到了哪些技术?

  • 数据来源为 Github 提供的 GraphQL API.
  • 2D 实现使用到了 D3.js
  • 3D 实现使用到了 Three.js
  • 页面搭建使用 Vue.js

实现细节?

2D 实现

2D 效果图中, 每一个 Repository 用一个圆形表示, 圆形的大小代表了 commit 数目 || start 数目 || fork 数目.

布局使用的是 d3-layout 中的 forceLayout, 达到模拟物理碰撞的效果. 拖拽用到了 d3-drag 模块, 大致逻辑为:

==> 检测鼠标拖拽事件

==> 更新 UI 元素坐标

==> 重新计算布局坐标

==> 更新 UI 来达到圆形可拖拽的效果.

让我们来看看具体代码:

2D 页面依赖 D3.js 的 force-layout 进行动态更新, 我们为 force-layout 添加了以下几种 force(作用力):

  • .force('charge', this.$d3.forceManyBody()) 添加节点之间的相互作用力
  • .force('collide',radius) 添加物理碰撞, 半径设置为圆形的半径
  • .force('forceX', this.$d3.forceX(this.width / 2).strength(0.05)) 添加横坐标居中的作用力
  • .force('forceY', this.$d3.forceY(this.height / 2).strength(0.05)) 添加纵坐标居中的作用力

主要代码如下:

this.simulation = this.$d3 .forceSimulation(this.filteredRepositoryList) .force('charge', this.$d3.forceManyBody()) .force( 'collide', this.$d3.forceCollide().radius(d => this.areaScale(d.count) + 3) ) .force('forceX', this.$d3.forceX(this.width / 2).strength(0.05)) .force('forceY', this.$d3.forceY(this.height / 2).strength(0.05)) .on('tick', tick) 

最后一行 .on('tick', tick) 为 force-layout simulation 的回调方法, 该方法会在物理引擎更新的每个周期被调用, 我们可以在这个回调方法中更新页面, 以达到动画效果.

我们在这个 tick 回调中要完成的任务是: 刷新 svgcirclehtmlspan 的坐标. 具体代码如下. 如果用过 D3.js 的同学应该很熟悉这段代码了, 就是使用 d3-selection 对 DOM 元素 enter(), update(), exit() 三种状态进行的简单控制.

这里需要注意的一点是, 我们没有使用 svgtext 元素来实现文字而是使用了 htmlspan, 目的是更好的控制文字换行.

const tick = function() { const curTransform = self.$d3.zoomTransform(self.div) self.updateTextLocation() const texts = self.div.selectAll('span').data(self.filteredRepositoryList) texts .enter() .append('span') .merge(texts) .text(d => d.name) .style('font-size', d => self.textScale(d.count) + 'px') .style( 'left', d => d.x + self.width / 2 - ((self.areaScale(d.count) * 1.5) / 2.0) * curTransform.k + 'px' ) .style( 'top', d => d.y - (self.textScale(d.count) / 2.0) * curTransform.k + 'px' ) .style('width', d => self.areaScale(d.count) * 1.5 + 'px') texts.exit().remove() const repositoryCircles = self.g .selectAll('circle') .data(self.filteredRepositoryList) repositoryCircles .enter() .append('circle') .append('title') .text(d => 'commit number: ' + d.count) .merge(repositoryCircles) .attr('cx', d => d.x + self.width / 2) .attr('cy', d => d.y) .attr('r', d => self.areaScale(d.count)) .style('opacity', d => self.alphaScale(d.count)) .call(self.enableDragFunc()) repositoryCircles.exit().remove() } 

完成以上的逻辑后, 就能看到 2D 初始加载数据时的效果了: enter view

但此时页面中的 圆圈 (circle)还不能响应鼠标拖拽事件, 让我们使用 d3-drag 加入鼠标拖拽功能. 代码非常简单, 使用 d3-drag 处理 start, drag, end 三个鼠标事件的回调即可:

  • start & drag ==> 将当前节点的 fx, fy (即 forceX, forceY, 设置这两个值会让 force-layout 添加作用力将该节点移动到 fx, fy)
  • end ==> 拖拽事件结束, 清空选中节点的 fx, fy,
enableDragFunc() { const self = this this.updateTextLocation = function() { self.div .selectAll('span') .data(self.repositoryList) .each(function(d) { const node = self.$d3.select(this) const x = node.style('left') const y = node.style('top') node.style('transform-origin', '-' + x + ' -' + y) }) } return this.$d3 .drag() .on('start', d => { if (!this.$d3.event.active) this.simulation.alphaTarget(0.3).restart() d.fx = this.$d3.event.x d.fy = this.$d3.event.y }) .on('drag', d => { d.fx = this.$d3.event.x d.fy = this.$d3.event.y self.updateTextLocation() }) .on('end', d => { if (!this.$d3.event.active) this.simulation.alphaTarget(0) d.fx = null d.fy = null }) }, 

需要注意的是,我们在 drag 的回调方法中,调用了 updateTextLocation(), 这是因为我们的 drag 事件将会被应用到 circle 上, 而 text 不会自动更新坐标, 所以需要我们去手动更新. 接下来,我们将 d3-drag 应用到 circle 上:

const repositoryCircles = self.g .selectAll('circle') .data(self.filteredRepositoryList) repositoryCircles .enter() .append('circle') .append('title') .text(d => 'commit number: ' + d.count) .merge(repositoryCircles) .attr('cx', d => d.x + self.width / 2) .attr('cy', d => d.y) .attr('r', d => self.areaScale(d.count)) .style('opacity', d => self.alphaScale(d.count)) .call(self.enableDragFunc()) // add d3-drag function repositoryCircles.exit().remove() 

如此我们便实现了拖拽效果: enter view

最后让我们加上 2D 界面的缩放功能, 这里使用的是 d3-zoom. 和 d3-drag 类似, 我们只用处理鼠标滚轮缩放的回调事件即可:

enableZoomFunc() { const self = this this.zoomFunc = this.$d3 .zoom() .scaleExtent([0.5, 10]) .on('zoom', function() { self.g.attr('transform', self.$d3.event.transform) self.div .selectAll('span') .data(self.repositoryList) .each(function(d) { const node = self.$d3.select(this) const x = node.style('left') const y = node.style('top') node.style('transform-origin', '-' + x + ' -' + y) }) self.div .selectAll('span') .data(self.repositoryList) .style( 'transform', 'translate(' + self.$d3.event.transform.x + 'px,' + self.$d3.event.transform.y + 'px) scale(' + self.$d3.event.transform.k + ')' ) }) this.g.call(this.zoomFunc) } 

同样的, 因为 span 不是 svg 元素, 我们需要手动更新缩放和坐标. 这样我们便实现了鼠标滚轮的缩放功能. zoom effect

以上便是 2D 效果实现的主要逻辑.

3D 实现

3D 效果图中的布局使用的是 d3-layout 中的 pack layout, 3D 场景中的拖拽合缩放直接使用了插件 three-orbit-controls.

让我们来看看具体代码
创建基本 3D 场景

3D 视图中, 承载所有 UI 组件的是 Three.js 中的 Scene,首先我们初始化 Scene.

this.scene = new THREE.Scene() 

接下来我们需要一个 Render(渲染器)来将 Scene 中的画面渲染到 Web 页面上:

this.renderer = new THREE.WebGLRenderer({ alpha: true, antialias: true }) this.renderer.setClearColor(0xeeeeee, 0.3) var contaienrElement = document.getElementById(this.containerId) contaienrElement.appendChild(this.renderer.domElement) 

然后我们需要加入 Light, 对 Three.js 了解过的同学应该很容易理解, 我们需要 Light 来照亮场景中的物体, 否则我们看到就是一片漆黑.

// add light var light = new THREE.AmbientLight(0x404040, 1) // soft white light this.scene.add(light) var spotLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.7) spotLight.position.set(0, 0, 200) spotLight.lookAt(0, 0, 0) this.scene.add(spotLight) 

最后我们需要加入 Camera. 我们最终看到的 Scene 的样子就是从 Camera 的角度看到的样子. 我们使用 render 来将 Scene 从 Camera 看到的样子渲染出来:

this.renderer.render(this.scene, this.camera) 

但是这样子我们只是渲染了一次页面, 当 Scene 中的物体发生变化时, Web 页面上的 Canvas 并不会自动更新, 所以我们使用 requestAnimationFrame 这个 api 来实时刷新 Canvas.

 animate_() { requestAnimationFrame(() => this.animate_()) this.controls.update() this.renderer.render(this.scene, this.camera) } 
实现布局

为了实现和 2D 视图中类似的布局效果, 我们使用了 D3 的 pack-layout, 其效果是实现嵌套式的圆形布局效果. 类似下图: Pack Layout

这里我们只是想使用这个布局, 但是我们本身的数据不是嵌套式的, 所以我们手动将其包装一层, 使其变为嵌套的数据格式:

{ "children": this.reporitoryList } 

然后我们调用 D3 的pack-layout:

calcluate3DLayout_() { const pack = D3.pack() .size([this.layoutSize, this.layoutSize]) .padding(5) const rootData = D3.hierarchy({ children: this.reporitoryList }).sum(d => Math.pow(d.count, 1 / 3)) this.data = pack(rootData).leaves() } 

这样, 我们就完成了布局. 在控制台从查看 this.data, 我们就能看到每个节点的 x, y属性.

创建表示 Repository 的球体

这里我们使用 THREE.SphereGeometry 来创建球体, 球体的材质我们使用 new THREE.MeshNormalMaterial(). 这种材质的效果是, 我们从任何角度来看球体, 其四周颜色都是不变的.如图: Normal Material

addBallsToScene_() { const self = this if (!this.virtualElement) { this.virtualElement = document.createElement('svg') } this.ballMaterial = new THREE.MeshNormalMaterial() const circles = D3.select(this.virtualElement) .selectAll('circle') .data(this.data) circles .enter() .merge(circles) .each(function(d, i) { const datum = D3.select(this).datum() self.ballGroup.add( self.generateBallMesh_( self.indexScale(datum.x), self.indexScale(datum.y), self.volumeScale(datum.r), i ) ) }) } generateBallMesh_(xIndex, yIndex, radius, name) { var geometry = new THREE.SphereGeometry(radius, 32, 32) var sphere = new THREE.Mesh(geometry, this.ballMaterial) sphere.position.set(xIndex, yIndex, 0) return sphere } 

需要注意的是, 这里我们把所有的球体放置在 ballGroup 中, 并把 ballGroup 放置到 Scene 中, 这样便于管理所有的球体(比如清空所有球体).

创建表示 Repository 名称的 文字物体

在一开始开发时, 我直接为每一个 Repository 的文字创建一个 TextGeometry, 结果 3D 视图加载非常缓慢. 后来经过四处搜索,终于在 Three.js 的 一个 github issue 里面的找到了比较好的解决方案: 将 26 个英文字母分别创建 TextGeometry, 然后在创建每一个单词时, 使用现有的 26 个字母的 TextGeometry 拼接出单词, 这样就可以大幅节省创建 TextGeometry 的时间. 讨论该 issue 的链接如下:

github issue: https://github.com/mrdoob/three.js/issues/1825

示例代码如下:

// 事先将26个字母创建好 TextGeometry loadAlphabetGeoMap() { const fontSize = 2.4 this.charGeoMap = new Map() this.charWidthMap = new Map() const chars = '1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ_-./?' chars.split('').forEach(char => { const textGeo = new THREE.TextGeometry(char, { font: this.font, size: fontSize, height: 0.04 }) textGeo.computeBoundingBox() const width = textGeo.boundingBox.max.x - textGeo.boundingBox.min.x this.charGeoMap.set(char, textGeo) this.charWidthMap.set(char, width) }) console.log(this.charGeoMap) } // 创建整个单词时直接使用现有字母的 TextGeometry进行拼接 addTextWithCharGroup(text, xIndex, yIndex, radius) { const group = new THREE.Group() const chars = text.split('') let totalLen = 0 chars.forEach(char => { if (!this.charWidthMap.get(char)) { totalLen += 1 return } totalLen += this.charWidthMap.get(char) }) const offset = totalLen / 2 for (let i = 0; i < chars.length; i++) { const curCharGeo = this.charGeoMap.get(chars[i]) if (!curCharGeo) { xIndex += 2 continue } const curMesh = new THREE.Mesh(curCharGeo, this.textMaterial) curMesh.position.set(xIndex - offset, yIndex, radius + 2) group.add(curMesh) xIndex += this.charWidthMap.get(chars[i]) } this.textGroup.add(group) } 

需要注意的是该方法仅适用于英文, 如果是汉字的话, 我们是无法事先创建所有汉字的 TextGeometry 的, 这方面我暂时也还没找到合适的解决方案.

如上, 我们便完成了 3D 视图的搭建, 效果如图: 3D effect

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