JavaScript 3D图表

标签: Data Visualization 3D chart JavaScript 图表 | 发表时间:2013-08-24 11:27 | 作者:四火
出处:http://www.raychase.net

文章系本人原创,转载请保持完整性并注明出自 《四火的唠叨》

在说3D图表以前,首先要明确两个概念,一个是数据的维度,一个是呈现数据载体的维度。对于数据的维度,一维的数据呈现,但是呈现的载体是二维的平面图,比如饼图:

JavaScript 3D图表

已经能够很清晰地观察到数据的分布情况。数据如果增加一个维度,变成二维,呈现载体依然是二维的平面图:

JavaScript 3D图表

数据表达依然是清晰的。但是,倘若再增加一维,这个时候就面临了两个问题:

  1. 数据的维度增加,复杂性也增大了;
  2. 计算机发展到现在,绝大多数情况下数据载体依然是二维的平面图,如何展示三维的数据呢?

这两个问题中,第一个问题从本质上说,无法解决。数据的维度越大,理解起来理所当然地,也越来越困难。

但是第二个问题,我们至少有两种解决办法。一种,在当前二维图表的基础上,通过颜色、图形、数值的不同等等,来表示第三个维度的数据。例如,利用颜色不同来表示第三个维度的热图:

JavaScript 3D图表

在两个维度经度和维度的情况下,第三个维度温度通过颜色的不同来展示了。

另一种,就是绘制3D的图形,把第三个维度展示出来。需要注意的是,绘制3D的图形仅仅是技术上的一种呈现形式,并不意味着它的易懂性要好于上面一种方式。实际上,我们还是需要看看具体的问题是什么。

明确了这些概念以后,我再来介绍两则JavaScript的3D图表,它们都是为了呈现三维的数据,而不仅仅是看起来3D而已,大部分JavaScript的3D图表库都是基于Canvas的,如果你对Canvas不了解请移步参阅 这篇文章;其中一些则是支持WebGL的。WebGL是一种3D的绘图标准,有了它,JavaScript就可以实现OpenGL标准能做的事情了,在HTML5 Canvas基础上,WebGL允许硬件3D加速。

webgl-surface-plot

JavaScript 3D图表

主页点此。特性列表:

  • 纯JavaScript实现,不需要Flash;
  • 鼠标左键拖拽可以翻转图像;
  • 按住Shift键可以缩放;
  • Web GL不可用的时候,可以直接使用Canvas绘制;
  • 自定义坐标轴名称;
  • 自定义颜色梯度和渐变;
  • 包装为Google Visualization API的一部分。

在IE下,借助 excanvas可以在VML下得到一样的效果。

对于 这个例子,简单过一下重点代码,首先这部分是着色器的代码(片段着色器和顶点着色器),包括坐标轴和纹理:

        <script id="shader-fs" type="x-shader/x-fragment">
            #ifdef GL_ES
            precision highp float;
            #endif
            varying vec4 vColor;
            varying vec3 vLightWeighting;
            void main(void)
            {
            gl_FragColor = vec4(vColor.rgb * vLightWeighting, vColor.a);
            }
        </script>
        <script id="shader-vs" type="x-shader/x-vertex">
            attribute vec3 aVertexPosition;
            attribute vec3 aVertexNormal;
            attribute vec4 aVertexColor;
            uniform mat4 uMVMatrix;
            uniform mat4 uPMatrix;
            uniform mat3 uNMatrix;
            varying vec4 vColor;
            uniform vec3 uAmbientColor;
            uniform vec3 uLightingDirection;
            uniform vec3 uDirectionalColor;
            varying vec3 vLightWeighting;
            void main(void)
            {
            gl_Position = uPMatrix * uMVMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
            vec3 transformedNormal = uNMatrix * aVertexNormal;
            float directionalLightWeighting = max(dot(transformedNormal, uLightingDirection), 0.0);
            vLightWeighting = uAmbientColor + uDirectionalColor * directionalLightWeighting;
            vColor = aVertexColor;
            }
        </script>
        <script id="axes-shader-fs" type="x-shader/x-fragment">
            precision mediump float;
            varying vec4 vColor;
            void main(void)
            {
            gl_FragColor = vColor;
            }
        </script>
        <script id="axes-shader-vs" type="x-shader/x-vertex">
            attribute vec3 aVertexPosition;
            attribute vec4 aVertexColor;
            uniform mat4 uMVMatrix;
            uniform mat4 uPMatrix;
            varying vec4 vColor;
            uniform vec3 uAxesColour;
            void main(void)
            {
            gl_Position = uPMatrix * uMVMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
            vColor =  vec4(uAxesColour, 1.0);
            }
        </script>
        <script id="texture-shader-fs" type="x-shader/x-fragment">
            #ifdef GL_ES
            precision highp float;
            #endif
            varying vec2 vTextureCoord;
            uniform sampler2D uSampler;
            void main(void)
            {
            gl_FragColor = texture2D(uSampler, vTextureCoord);
            }
        </script>
        <script id="texture-shader-vs" type="x-shader/x-vertex">
            attribute vec3 aVertexPosition;
            attribute vec2 aTextureCoord;
            varying vec2 vTextureCoord;
            uniform mat4 uMVMatrix;
            uniform mat4 uPMatrix;
            void main(void)
            {
            gl_Position = uPMatrix * uMVMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
            vTextureCoord = aTextureCoord;
            }
        </script>

这个方法用于保持两图步调一致:

            function coordinateCharts(){
                // Link the two charts for rotation.
                
                plot1 = surfacePlot.getChart();
                plot2 = surfacePlot2.getChart();
                
                if (!plot1 || !plot2) 
                    return;
                
                plot1.otherPlots = [plot2];
                plot2.otherPlots = [plot1];
            }

每发生变化需要重绘的时候,调用:

surfacePlot.draw(data, options, basicPlotOptions, glOptions);
surfacePlot2.draw(data2, options, basicPlotOptions2, glOptions2);

Demoparse主要用来根据用户输入的公式f(x,y)计算z的值:

            function Demoparse(ID_result, ID_code, valueArray, toolTips){
                var el, expr;
                el = document.getElementById(ID_result)
                expr = document.getElementById(ID_code).value;
                expr = Parser.parse(expr);
                var result;
                var idx = 0;
                var d = 360 / numRows;
                
                for (var x = 0; x < numRows; x++) {
                
                    valueArray[x] = new Array();
                    
                    for (var y = 0; y < numCols; y++) {
                    
                        result = expr.simplify({
                            x: x * d,
                            y: y * d
                        });
                        
                        result = result.evaluate();
                        
                        valueArray[x][y] = result / 4.0 + 0.25;
                        
                        toolTips[idx] = "x:" + x + ", y:" + y + " = " + result;
                        idx++;
                        
                    }
                    
                }
                
            }

Canvas 3D Graph

相比前者, Canvas 3D Graph真是太简单了,如果你需要这种风格的柱状图:

JavaScript 3D图表

demo的代码非常简单:

        //Initialise Graph  
        var g = new canvasGraph('graph');  
                  
        //define some data  
        gData=new Array();  
                  
        gData[0]={x:500,y:500,z:500};  
        gData[1]={x:500,y:400,z:600};  
        gData[2]={x:500,y:300,z:700};  
        gData[3]={x:500,y:200,z:800};  
        gData[4]={x:500,y:100,z:900};  
  
        // sort data - draw farest elements first         
        gData.sort(sortNumByZ);  
                  
        //draw graph   
        g.drawGraph(gData); 

PS:如果你遇到无法显示WebGL图形的问题——它不仅对浏览器,还对硬件有要求。如果你使用Opera浏览器,在地址栏输入about:gpu,以查看你的显卡是否被支持。如果是FireFox,地址栏输入about:config,寻找webgl.force-enabled,双击,将该值改为true即可。

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