基于 HTML5 的 3D 网络拓扑树呈现.docx
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基于HTML5的3D网络拓扑树呈现
基于HTML5的3D网络拓扑树呈现
在HTforWeb中2D和3D应用都支持树状结构数据的展示，展现效果各异，2D上的树状结构在展现层级关系明显，但是如果数据量大的话，看起来就没那么直观，找到指定的节点比较困难，而3D上的树状结构在展现上配合HTforWeb的弹力布局组件会显得比较直观，一眼望去可以把整个树状结构数据看个大概，但是在弹力布局的作用下，其层次结构看得就不是那么清晰了。
所以这时候结构清晰的3D树的需求就来了，那么这个3D树具体长成啥样呢，我们来一起目睹下~
要实现这样的效果，该从何下手呢？
接下来我们就将这个问题拆解成若干个小问题来解决。
1.创建一个树状结构
有了解过HTforWeb的朋友，对树状结构数据的创建应该都不陌生，在这里我就不做深入的探讨了。
树状结构数据的创建很简单，在这里为了让代码更简洁，我封装了三个方法来创建树状结构数据，具体代码如下：
/**
*创建连线
*@param{ht.DataModel}dataModel-数据容器
*@param{ht.Node}source-起点
*@param{ht.Node}target-终点
*/
functioncreateEdge（dataModel,source,target）{
//创建连线，链接父亲节点及孩子节点
varedge=newht.Edge（）;
edge.setSource（source）;
edge.setTarget（target）;
dataModel.add（edge）;
}
/**
*创建节点对象
*@param{ht.DataModel}dataModel-数据容器
*@param{ht.Node}[parent]-父亲节点
*@returns{ht.Node}节点对象
*/
functioncreateNode（dataModel,parent）{
varnode=newht.Node（）;
if（parent）{
//设置父亲节点
node.setParent（parent）;
createEdge（dataModel,parent,node）;
}
//添加到数据容器中
dataModel.add（node）;
returnnode;
}
/**
*创建结构树
*@param{ht.DataModel}dataModel-数据容器
*@param{ht.Node}parent-父亲节点
*@param{Number}level-深度
*@param{Array}count-每层节点个数
*@param{function（ht.Node,Number,Number）}callback-回调函数（节点对象，节点对应的层级，节点在层级中的编号）
*/
functioncreateTreeNodes（dataModel,parent,level,count,callback）{
level--;
varnum=（typeofcount==='number'?
count:
count[level]）;
while（num--）{
varnode=createNode（dataModel,parent）;
//调用回调函数，用户可以在回调里面设置节点相关属性
callback（node,level,num）;
if（level===0）continue;
//递归调用创建孩子节点
createTreeNodes（dataModel,node,level,count,callback）;
}
}
嘿嘿，代码写得可能有些复杂了，简单的做法就是嵌套几个for循环来创建树状结构数据，在这里我就不多说了，接下来我们来探究第二个问题。
2.在2D拓扑下模拟3D树状结构每层的半径计算
在3D下的树状结构体最大的问题就在于，每个节点的层次及每层节点围绕其父亲节点的半径计算。
现在树状结构数据已经有了，那么接下来就该开始计算半径了，我们从两层树状结构开始推算：
我现在先创建了两层的树状结构，所有的子节点是一字排开，并没有环绕其父亲节点，那么我们该如何去确定这些孩子节点的位置呢？
首先我们得知道，每个末端节点都有一圈属于自己的领域，不然节点与节点之间将会存在重叠的情况，所以在这里，我们假定末端节点的领域半径为25，那么两个相邻节点之间的最短距离将是两倍的节点领域半径，也就是50，而这些末端节点将均匀地围绕在其父亲节点四周，那么相邻两个节点的张角就可以确认出来，有了张角，有了两点间的距离，那么节点绕其父亲节点的最短半径也就能计算出来了，假设张角为a，两点间最小距离为b，那么最小半径r的计算公式为：
r=b/2/sin（a/2）;
那么接下来我么就来布局下这个树，代码是这样写的：
/**
*布局树
*@param{ht.Node}root-根节点
*@param{Number}[minR]-末端节点的最小半径
*/
functionlayout（root,minR）{
//设置默认半径
minR=（minR==null?
25:
minR）;
//获取到所有的孩子节点对象数组
varchildren=root.getChildren（）.toArray（）;
//获取孩子节点个数
varlen=children.length;
//计算张角
vardegree=Math.PI*2/len;
//根据三角函数计算绕父亲节点的半径
varsin=Math.sin（degree/2）,
r=minR/sin;
//获取父亲节点的位置坐标
varrootPosition=root.p（）;
children.forEach（function（child,index）{
//根据三角函数计算每个节点相对于父亲节点的偏移量
vars=Math.sin（degree*index）,
c=Math.cos（degree*index）,
x=s*r,
y=c*r;
//设置孩子节点的位置坐标
child.p（x+rootPosition.x,y+rootPosition.y）;
}）;
}
在代码中，你会发现我将末端半径默认设置为25了，如此，我们通过调用layout（）方法就可以对结构树进行布局了，其布局效果如下：
从效果图可以看得出，末端节点的默认半径并不是很理想，布局出来的效果连线都快看不到了，因此我们可以增加末端节点的默认半径来解决布局太密的问题，如将默认半径设置成40的效果图如下:
现在两层的树状分布解决了，那么我们来看看三层的树状分布该如何处理。
将第二层和第三层看成一个整体，那么其实三层的树状结构跟两层是一样的，不同的是在处理第二层节点时，应该将其看做一个两层的树状结构来处理，那么像这种规律的处理用递归最好不过了，因此我们将代码稍微该着下，在看看效果如何：
不行，节点都重叠在一起了，看来简单的递归是不行的，那么具体的问题出在哪里呢？
仔细分析了下，发现父亲节点的领域半径是由其孩子节点的领域半径决定的，因此在布局时需要知道自身节点的领域半径，而且节点的位置取决于父亲节点的领域半径及位置信息，这样一来就无法边计算半径边布局节点位置了。
那么现在只能将半径的计算和布局分开来，做两步操作了，我们先来分析下节点半径的计算：
首先需要明确最关键的条件，父亲节点的半径取决于其孩子节点的半径，这个条件告诉我们，只能从下往上计算节点半径，因此我们设计的递归函数必须是先递归后计算，废话不多说，我们来看下具体的代码实现：
/**
*就按节点领域半径
*@param{ht.Node}root-根节点对象
*@param{Number}minR-最小半径
*/
functioncountRadius（root,minR）{
minR=（minR==null?
25:
minR）;
//若果是末端节点，则设置其半径为最小半径
if（!
root.hasChildren（））{
root.a（'radius',minR）;
return;
}
//遍历孩子节点递归计算半径
varchildren=root.getChildren（）;
children.each（function（child）{
countRadius（child,minR）;
}）;
varchild0=root.getChildAt（0）;
//获取孩子节点半径
varradius=child0.a（'radius'）;
//计算子节点的1/2张角
vardegree=Math.PI/children.size（）;
//计算父亲节点的半径
varpRadius=radius/Math.sin（degree）;
//设置父亲节点的半径及其孩子节点的布局张角
root.a（'radius',pRadius）;
root.a（'degree',degree*2）;
}
OK，半径的计算解决了，那么接下来就该解决布局问题了，布局树状结构数据需要明确：
孩子节点的坐标位置取决于其父亲节点的坐标位置，因此布局的递归方式和计算半径的递归方式不同，我们需要先布局父亲节点再递归布局孩子节点，具体看看代码吧：
/**
*布局树
*@param{ht.Node}root-根节点
*/
functionlayout（root）{
//获取到所有的孩子节点对象数组
varchildren=root.getChildren（）.toArray（）;
//获取孩子节点个数
varlen=children.length;
//计算张角
vardegree=root.a（'degree'）;
//根据三角函数计算绕父亲节点的半径
varr=root.a（'radius'）;
//获取父亲节点的位置坐标
varrootPosition=root.p（）;
children.forEach（function（child,index）{
//根据三角函数计算每个节点相对于父亲节点的偏移量
vars=Math.sin（degree*index）,
c=Math.cos（degree*index）,
x=s*r,
y=c*r;
//设置孩子节点的位置坐标
child.p（x+rootPosition.x,y+rootPosition.y）;
//递归调用布局孩子节点
layout（child）;
}）;
}
代码写完了，接下来就是见证奇迹的时刻了，我们来看看效果图吧：
不对呀，代码应该是没问题的呀，为什么显示出来的效果还是会重叠呢？
不过仔细观察我们可以发现相比上个版本的布局会好很多，至少这次只是末端节点重叠了，那么问题出在哪里呢？
不知道大家有没有发现，排除节点自身的大小，倒数第二层节点与节点之间的领域是相切的，那么也就是说节点的半径不仅和其孩子节点的半径有关，还与其孙子节点的半径有关，那我们把计算节点半径的方法改造下，将孙子节点的半径也考虑进去再看看效果如何，改造后的代码如下：
/**
*就按节点领域半径
*@param{ht.Node}root-根节点对象
*@param{Number}minR-最小半径
*/
functioncountRadius（root,minR）{
……
varchild0=root.getChildAt（0）;
//获取孩子节点半径
varradius=child0.a（'radius'）;
varchild00=child0.getChildAt（0）;
//半径加上孙子节点半径，避免节点重叠
if（child00）radius+=child00.a（'radius'）;
……
}
下面就来看看效果吧~
哈哈，看来我们分析对了，果然就不再重叠了，那我们来看看再多一层节点会是怎么样的壮观场景呢？
哦，NO！
这不是我想看到的效果，又重叠了，好讨厌。
不要着急，我们再来仔细分析分析下，在前面，我们提到过一个名词——领域半径，什么是领域半径呢？
很简单，就是可以容纳下自身及其所有孩子节点的最小半径，那么问题就来了，末端节点的领域半径为我们指定的最小半径，那么倒数第二层的领域半径是多少呢？
并不是我们前面计算出来的半径，而应该加上末端节点自身的领域半径，因为它们之间存在着包含关系，子节点的领域必须包含于其父亲节点的领域中，那我们在看看上图，是不是感觉末端节点的领域被侵占了。
那么我们前面计算出来的半径代表着什么呢？
前面计算出来的半径其实代表着孩子节点的布局半径，在布局的时候是通过该半径来布局的。
OK，那我们来总结下，节点的领域半径是其下每层节点的布局半径之和，而布局半径需要根据其孩子节点个数及其领域半径共同决定。
好了，我们现在知道问题的所在了，那么我们的代码该如何去实现呢？
接着往下看：
/**
*就按节点领域半径及布局半径
*@param{ht.Node}root-根节点对象
*@param{Number}minR-最小半径
*/
functioncountRadius（root,minR）{
minR=（minR==null?
25:
minR）;
//若果是末端节点，则设置其布局半径及领域半径为最小半径
if（!
root.hasChildren（））{
root.a（'radius',minR）;
root.a（'totalRadius',minR）;
return;
}
//遍历孩子节点递归计算半径
varchildren=root.getChildren（）;
children.each（function（child）{
countRadius（child,minR）;
}）;
varchild0=root.getChildAt（0）;
//获取孩子节点半径
varradius=child0.a（'radius'）,
totalRadius=child0.a（'totalRadius'）;
//计算子节点的1/2张角
vardegree=Math.PI/children.size（）;
//计算父亲节点的布局半径
varpRadius=totalRadius/Math.sin（degree）;
//缓存父亲节点的布局半径
root.a（'radius',pRadius）;
//缓存父亲节点的领域半径
root.a（'totalRadius',pRadius+totalRadius）;
//缓存其孩子节点的布局张角
root.a（'degree',degree*2）;
}
在代码中我们将节点的领域半径缓存起来，从下往上一层一层地叠加上去。
接下来我们一起验证其正确性：
搞定，就是这样子了，2D拓扑上面的布局搞定了，那么接下来该出动3D拓扑啦~
3.加入z轴坐标，呈现3D下的树状结构
3D拓扑上面布局无非就是多加了一个坐标系，而且这个坐标系只是控制节点的高度而已，并不会影响到节点之间的重叠，所以接下来我们来改造下我们的程序，让其能够在3D上正常布局。
也不需要太大的改造，我们只需要修改下布局器并且将2D拓扑组件改成3D拓扑组件就可以了。
/**
*布局树
*@param{ht.Node}root-根节点
*/
functionlayout（root）{
//获取到所有的孩子节点对象数组
varchildren=root.getChildren（）.toArray（）;
//获取孩子节点个数
varlen=children.length;
//计算张角
vardegree=root.a（'degree'）;
//根据三角函数计算绕父亲节点的半径
varr=root.a（'radius'）;
//获取父亲节点的位置坐标
varrootPosition=root.p3（）;
children.forEach（function（child,index）{
//根据三角函数计算每个节点相对于父亲节点的偏移量
vars=Math.sin（degree*index）,
c=Math.cos（degree*index）,
x=s*r,
z=c*r;
//设置孩子节点的位置坐标
child.p3（x+rootPosition[0],rootPosition[1]-100,z+rootPosition[2]）;
//递归调用布局孩子节点
layout（child）;
}）;
}
上面是改造成3D布局后的布局器代码，你会发现和2D的布局器代码就差一个坐标系的的计算，其他的都一样，看下在3D上布局的效果：
恩，有模有样的了，在文章的开头，我们可以看到每一层的节点都有不同的颜色及大小，这些都是比较简单，在这里我就不做深入的讲解，具体的代码实现如下：
varlevel=4,
size=（level+1）*20;
varroot=createNode（dataModel）;
root.setName（'root'）;
root.p（100,100）;
root.s（'shape3d','sphere'）;
root.s（'shape3d.color',randomColor（））;
root.s3（size,size,size）;
varcolors={},
sizes={};
createTreeNodes（dataModel,root,level-1,5,function（data,level,num）{
if（!
colors[level]）{
colors[level]=randomColor（）;
sizes[level]=（level+1）*20;
}
size=sizes[level];
data.setName（'item-'+level+'-'+num）;
//设置节点形状为球形
data.s（'shape3d','sphere'）;
data.s（'shape3d.color',colors[level]）;
data.s3（size,size,size）;
}）;
在这里引入了一个随机生成颜色值的方法，对每一层随机生成一种颜色，并将节点的形状改成了球形，让页面看起来美观些（其实很丑）。
提个外话，节点上可以贴上图片，还可以设置文字的朝向，可以根据用户的视角动态调整位置，等等一系列的拓展，这些大家都可以去尝试，相信都可以做出一个很漂亮的3D树出来。
到此，整个Demo的制作就结束了，今天的篇幅有些长，感谢大家的耐心阅读，在设计上或则是表达上有什么建议或意见欢迎大家提出，点击这里可以访问HTforWeb官网上的手册。
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