D3库实践笔记之图表交互 |可视化系列36

对于前端可视化库来说，交互效果是其基本功能，需要有优雅的效果和简洁的API才能出彩，而如果一个前端可视化工具只能生成静态图表，绝对会显得格格不入，因为在前端拥有交互功能并不复杂。与图表的交互，是指图表元素能根据用户的键盘鼠标操作做出相应的反应，例如悬停高亮、缩放、漫游、拖动节点、点击涟漪效果等等。

对于HTML元素来说，要响应用户的行为，可以在图形元素上添加一个或多个事件监听器，当监测到对应行为时，执行某些响应代码。

事件监听器

JavaScript 有一个事件模型，在这个模型中，“事件”由发生的事情来触发，比如用户通过键鼠或触摸屏输入信息。大多数情况下，没人监听事件，事件就自生自灭，我们就无感知。而如果我们添加事件监听器后，触发对应的事件就能调用这个监听器的设置，具体来说就是执行某些代码。

D3的选择集有一个方法on()，用来设定事件的监听器。在可视化绘制时我们普遍用了var svg=d3.select("body").append("svg")或类似的代码，就可以使用以下代码给元素绑定事件监听器：

var rect=svg.selectAll("rect").data(ds).enter().append("rect")
            .on("mouseover", function() {
                //触发事件后执行一些操作
                 d3.select(this).style("fill","#BA5C25");
	            })
            .on("mouseout", function(d) {
		         d3.select(this).style("fill","#1EAFAE");
                });

以上代码可以给柱状图添加悬停高亮的交互效果，mouseover是事件名称，function()是监听器函数。当鼠标移动到某个柱子上时，触发一个mouseover事件，调用function()将所d3所选中的柱的填充色修改为设置的颜色。演示如下：

【gif】

为图表赋予交互能力只要两步:

给选择集绑定事件监听器；
定义响应行为。

键鼠事件

在交互中最常见的行为当然要属鼠标触发的，经典的鼠标行为有单机、双击、选中拖动等。常用的事件如下：

click：单击事件，鼠标单击某个元素触发，相当于mousedown和mouseup组合在一起；
dblclick：鼠标双击事件；
mouseover：鼠标的光标放在某元素上(悬停在元素上)；
mouseout：光标从某元素上移出来时；
mousedown：鼠标按钮被按下；
mouseup：鼠标按钮被松开；

以下代码为图表标题添加了一个单击事件的监听器，当点击标题元素，会将标题加粗并在控制台输出当前标题文本；而如果当前是加粗的效果，点击后是变成非加粗文本，也就是点击会切换加粗和正常文本两种效果；

// var svg=d3.select("body").append("svg")  等等
svg.append("text").attr("x",200).attr("y",20)
.text("D3绘制柱状图").on("click", function() {
	if (d3.select(this).style("font-weight")=="bold"){
		d3.select(this).text("D3绘制柱状图").style("font-weight","normal");
	}else{
		d3.select(this).text("D3绘制柱状图-click").style("font-weight","bold");
	}
    console.log(d3.select(this).text());//输出标题文本
	});

键盘事件也很实用，特别是可以结合一些控制鼠标按键的自动化程序。键盘事件有三种：

keydown：当用户按下任意键时触发，按住不放会重复触发此事件，这一事件不会区分字母的大小写，例如“A”和“a”被视为一致；
keypress：当用户按下字符键(大小写字母、数字、加号、等号、回车等)时触发，按住不放会重复触发此事件，该事件就会区分字母的大小写；
keyup：当用户松开按键时触发，该事件不区分字母的大小写；

keydown和keypress事件的区别在于keydown用于任意键的事件，而keypress用于字符键，如果只需要处理字母数字类的响应,或是要对大小写字母分别处理的时候，使用keypress；如果要处理上下左右(↑→)、Shift、Ctrl等特殊键的输入，使用keydown。

随着各种移动设备的普及，触屏有着广泛的使用场景，无论是我们的手机还是触屏的显示器，触屏离我们很近。常用的触屏事件有以下三种：

touchstart：当触摸点被放在触摸屏上时，也就是触摸到某个元素；
touchmove：当触摸点在触摸屏上移动时；
touchend：当触摸点从触摸屏上拿开时；

我们可以为触摸事件配置点击事件以及拖动事件，也就是触摸有选中并拖动的效果。

缩放

通过d3.zoom().on("zoom", zoomed)配置缩放的交互，具体用法如下。需要说明的是在v3.x版本中是使用d3.behavior.zoom()创建缩放行为，而v5.x及之后的版本是d3.zoom()，不再有behavior这一层抽象；

给矩形和坐标轴添加缩放交互响应：

var zoom = d3.zoom()
    .scaleExtent([0.1, 90])
    //.translateExtent([[-100, -100], [60+ 90, 60+ 100]])
    .on("zoom", zoomed);
    svg.call(zoom);
    function zoomed() {
            var rects=svg.selectAll("rect");
            rects.attr("transform", d3.event.transform);
            tt.attr("transform", d3.event.transform);
            gX.call(xAxis.scale(d3.event.transform.rescaleX(x)));
        }

绑定d3.zoom()的行为后，就具备了漫游的交互，zoom不仅仅可以放大缩小，还可以拖动元素进行漫游。

漫游是一种拖拽效果，但在力导向图等的交互中，我们希望有更纯粹的拖拽元素效果，因此d3也有d3.drag()用于创建拖拽行为。和zoom一样的，在v5.x版本中是使用d3.drag()而v3.x版本是使用d3.behavior.drag()。drag没有缩放功能。

drag和zoom一般通过call调用，写在svg.append("rect")语句中变成svg.append("rect").call(zoom)，或者写svg.call(zoom)。

drag = simulation => {
  function dragstarted(event) {
    if (!event.active) simulation.alphaTarget(0.3).restart();
    event.subject.fx = event.subject.x;
    event.subject.fy = event.subject.y;
  }
  
  function dragged(event) {
    event.subject.fx = event.x;
    event.subject.fy = event.y;
  }
  
  function dragended(event) {
    if (!event.active) simulation.alphaTarget(0);
    event.subject.fx = null;
    event.subject.fy = null;
  }
  
  return d3.drag()
      .on("start", dragstarted)
      .on("drag", dragged)
      .on("end", dragended);
};
var node = svg.append("g").attr("stroke", "#fff").attr("stroke-width", 1.5)
      .selectAll("circle").data(nodes).join("circle")
      .attr("r", 5).attr("fill", "#CAE9E0")
      .call(drag(simulation));

[gif]

悬停文本标签

要实现鼠标悬停在图形元素上时显示其标签的tooltip效果，仍然使用选择集的on监听mouseover和mouseout事件，只是把响应的代码从修改选定的rect元素变成了增加文本标签元素，具体实现是可以选择加svg的<text>标签或者加HTML的<div>标签，按需使用。

svg.selectAll("rect").data(dataset).enter().append("rect")
   .attr("class","bar").style("fill","#1EAFAE")
   .attr("x",function(d,i){return i*75+75 +"px";})
   .attr("y",function(d){return (375-d*3.5) +"px";})
   .attr("width",50).attr("height",d=>d*3.5 +"px")
   .on("mouseover", function() {
      d3.select(this).append("title").attr("id", "tooltip")
        .text(function(d) {
              return "Value of this bar: " + d;
         });
	})
   .on("mouseout", function(d) {
   	    d3.select("#tooltip").remove();
});

[gif]

过渡动画

过渡动画同样通过事件监听和缓动实现过渡效果和数据更新，实现友好的交互；还有便是用好.transition()，在方法链上，要把transition的调用插到选择元素之后，改变任何属性之前。transition()默认情况延迟(delay)为0ms，持续时长(duration)为250ms，可以自行设置这两个参数。

例如对一个矩形的变换应用过渡效果：

svg.append("rect")
.attr("fill","steelblue")
.attr("x",30)
.attr("y",30)
.attr("width",100)
.attr("height",30)
.transition() //在更新width之前调用
.attr("width",300);

和HTML元素交互

D3作为一个JavaScript库，自然可以和原生的HTML元素进行交互，例如响应按钮的点击事件，在html中配置了按钮和点击监测，<button type="button" onclick="update()"> 更新 </button>，点击按钮触发事件，在函数update里面调用d3的绘制代码，实现交互。

状态条是很实用的元素，通过状态条调节d3图表的参数，例如下面通过状态条调节绘制矩形的填充颜色，给状态条添加了onchange的事件监听器，有变化时更新矩形的颜色。

//html中需要额外引入 <script src="https://unpkg.com/d3-simple-slider"></script>
var num2hex = rgb => {
    return rgb.map(color => {
        var s = color.toString(16);
        if (s.length === 1) {
          s= '0' + s;
        }
        return s;
      }).join('');
  };

var rgb = [0,175,174];
var colors = ['red', 'green', 'blue'];

var svg = d3.select('div#d3-slider').append('svg')
    .attr('width', 600).attr('height', 400).append('g')
    .attr('transform', 'translate(30,30)');
var box = svg
    .append('rect')
    .attr('width', 160)
    .attr('height', 100)
    .attr('transform', 'translate(400,30)')
    .attr('fill', `#${num2hex(rgb)}`);

rgb.forEach((color, i) => {
    var slider = d3
      .sliderBottom()
      .min(0)
      .max(255)
      .step(1)
      .width(300)
      .default(rgb[i])
      .displayValue(false)
      .fill(colors[i])
      .on('onchange', num => {
        rgb[i] = num;
        box.attr('fill', `#${num2hex(rgb)}`);
        d3.select('p#value-color').text(`#${num2hex(rgb)}`);
      });
    svg.append('g').attr('transform', `translate(30,${60 * i})`).call(slider);
});
d3.select('p#value-color').text(`#${num2hex(rgb)}`);

可视化结果输出

d3绘制的图像是svg或canvas对象，要将生成的可视化结果导出可以选择直接复制svg节点数据，从DOM里直接复制 SVG 代码，然后粘贴到文本文件里，命名为chart.svg，如果觉得麻烦可以用其他工具，导出的需求挺普遍，当然有大佬造了轮子，d3-downloadable是一个JavaScript库，用于下载绘制的svg图形，在html里引入后，在JavaScript代码里加入svg.call(d3.downloadable({width:w,height:h,filename: "filename"}));就可以下载svg文件了。而如果只需要图片，就可以直接用截图工具截图保存，例如在写这些笔记时，自己大部分图片都是直接截图的，部分svg图形在DOM里直接复制出来粘到文本文件里。

总结

交互是JavaScript可视化库的基本功能，一些封装的基于前端的Python库也都实现了缩放漫游、悬停文本标签等交互功能。d3实现交互效果并不复杂，只需要对选择集使用on()，设定事件的监听器，在监听器里写交互的代码，定义响应的行为。基础可视化实现挺简单，而深度交互的内容很多，如更优雅的过渡和渐变效果、更深入的适应触摸设备交互、迷你图加入悬停框等等，在之后的具体实践中深入学习。