可视化工具solo show-----Prefuse自带例子GraphView讲解

　　2014.10.15日以来的一个月，挤破了头、跑断了腿、伤透了心、吃够了全国最大餐饮连锁店——沙县小吃。其中酸甜苦辣，绝不是三言两语能够说得清道的明的。校招的兄弟姐妹们，你们懂得……

　　体会最深的一句话还是：出来混，迟早要还的。

　　一个月过去了，迷茫之际有太多无奈，无奈中又夹杂些许庆幸，岁月匆匆，人生不息，奋斗不止。

　　遵守最初的诺言，继续走我可视化的道路：

　　上集摘要：一个月博文中大概介绍了可视化的一些常用工具，从可操作性、实用性、交互性等各方面进行了简单的对比和总结，具体参见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow.html，结合自己的需求，挑出了Prefuse和Processing两员大将出来露了一手，详情请见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow2.html

　　一番角逐之后，Prefuse工具集脱颖而出，其强大的展示效果、开发者友好的API说明文档、丰富的自带Demo无一不让我对其欲罢不能。下面我们来好好分析下Prefuse的强大之处：

1.Prefuse主要特征：

　　（1）任意数据类型的表格、图和树形数据结构，数据索引、选择查询，有效的内存占用

　　（2）具有布局、着色、大小、图形编码、扭曲、动画等多个组件

　　（3）具有交互控制库

　　（4）支持动画过渡，通过一系列的活动调度机制

　　（5）支持平移、缩放等视图变换

　　（6）对于交互过滤数据的动态查询

　　（7）能够使用可用的搜索引擎进行文本检索

　　（8）具有布局和动画的力导向模拟引擎

　　（9）灵活的多视图展现，包括“概述+细节”和“小倍数”显示

　　（10）内置类SQL语句查询，可以用于编写查询语句实现查询指定字段的数据

　　（11）提供查询语句到Prefuse数据结构的数据映射的SQL查询

　　（12）简单、开发者友好的APIs文档

2.Prefuse模型：

　　（1）prefuse.data包提供了 Table， Graph， Tree等数据结构；提供了一个data tables，他的行使用一个类 Tuple来表示；这个包中，Node和Edge来表示图或者树的一些成员。
　　作为一种高级特征的工具集，Prefuse提供了一种解释性的表达式语言，该语言可以用来请求Prefuse中的数据结构并根据已有的数据列创建衍生的列数据。表达式语言的功能实现类在prefuse.data.expression包中，文本表达式解析类在ExpressionParser类中。
　　（2）prefuse.data.io包提供了文件的读写，包括表，图和树的结构，其中，表的格式：CSV和任意分割的文本文件，对于网络，有 GraphML和 TreeML（XML也能）；prefuse.data.io.sql包提供了对SQL数据库的查询，并返回一个prefuse表
　　（3）可视化抽象是通过将数据添加到Visulization实例中来得到的，它除了包含原始数据外，还建立了一套完整的可视化体系，包括x、y的坐标轴，颜色，大小字体等值，任意的Tuple, Node, 或者 Edge被添加到Visulization实例中时候，相关的VisualItems实例就建立好了，如NodeItem和 EdgeItem就是VisualItems的实例。（也就是说，可视化抽象实现了添加的数据元素与VisualItems之间的映射）
　　（4）可视化映射工作由Action模块来完成，它是有一系列独立的处理模块组成的，这些模块来完成可视性、布局计算、颜色设定以及任何其他的可视化工作。prefuse.action包以及其子包会提供一系列布局，形变，动画以及可视化编码的工作。
　　（5）Renderer模块决定了VisualItems的出现情况，Renderers模块负责计算显示区域，即如何将可视化图形绘制在屏幕上。RendererFactory用来对Renderer进行管理，体现在给VisualItems分配适当的Renderer上。
　　（6）交互工作，Display组建负责完成交互方面的工作，起到一个类似于摄像机的功能，对显示的区域进行选取，缩放。它直接与用户相关。
一个Visualization可以与多个Display实例关联，以实现多视图参数配置，比如“概述+详细”以及小倍数显示视图等。
　　（7）每个Display实例都支持若干个Controls,他们负责处理Display上鼠标和键盘的action。prefuse.controls包提供了一个预处理的控制器可以用来完成旋转缩放Display的工作，通过prefuse.controls包的子类ControlAdapter可以实现对Display的控制。
　　（8）最后，prefuse.data.query 包提供了动态查询绑定（？）的功能，这些绑定能够生成合适的用户界面组建，来直接操作这些查询。

 3.Prefuse自带Demo---GraphView.java详解

　　下面是自己在研读Prefuse源码文件夹demos下的GraphView加的一些注释：

 //start of class GraphView

 public class GraphView extends JPanel {

     private static final String graph = "graph";

     private static final String nodes = "graph.nodes";

     private static final String edges = "graph.edges";

     private Visualization m_vis;

     public GraphView(Graph g, String label) {

          super(new BorderLayout());//在GraphView的构造函数中调用超类的构造方法，并创建布局BorderLayout对象。

         // create a new, empty visualization for our data

         m_vis = new Visualization();//创建Visualization对象，使用默认的渲染工厂（DefaultRendererFactory）。Visualization类负责管理源数据与可视化组件之间的映射。

         // --------------------------------------------------------------------

         // set up the renderers

         LabelRenderer tr = new LabelRenderer();

         tr.setRoundedCorner(8, 8);

         m_vis.setRendererFactory(new efaultRendererFactory(tr));//新建标签渲染器并注册到Visualization上，使用的还是DefaultRendererFactory。

         // --------------------------------------------------------------------
         // register the data with a visualization

         // adds graph to visualization and sets renderer label field

         setGraph(g, label);// 向Visualization添加图形Graph并为标签域赋值。

         // fix selected focus nodes   声明一个数据元组集合，并为该集合添加一个数据元组的监听器

         TupleSet focusGroup = m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS);

         focusGroup.addTupleSetListener(new TupleSetListener() {

         public void tupleSetChanged(TupleSet ts, Tuple[] add, Tuple[] rem)

             {

                 for ( int i=0; i<rem.length; ++i )

                     ((VisualItem)rem[i]).setFixed(false);

                 for ( int i=0; i<add.length; ++i ) {

                     ((VisualItem)add[i]).setFixed(false);

                     ((VisualItem)add[i]).setFixed(true);

                 }

                 if ( ts.getTupleCount() == 0 ) {

                     ts.addTuple(rem[0]);

                     ((VisualItem)rem[0]).setFixed(false);

                 }

                 m_vis.run("draw");

             }

         });//声明一个数据元组集合，并通过匿名内部类的形式为该集合添加一个数据元组的监听器（TupleSetListener），其中ts：变化的数据元组；add：已经加入的元组数组集合；rem：移除的数据集合。

          // --------------------------------------------------------------------

         // create actions to process the visual data

         int hops = 30;

         final GraphDistanceFilter filter = new GraphDistanceFilter(graph, hops);

         ColorAction fill = new ColorAction(nodes,

                 VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.rgb(200,200,255));

         fill.add(VisualItem.FIXED, ColorLib.rgb(255,100,100));

         fill.add(VisualItem.HIGHLIGHT, ColorLib.rgb(255,200,125));

         ActionList draw = new ActionList();

         draw.add(filter);

         draw.add(fill);

         draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.STROKECOLOR, 0));

         draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.TEXTCOLOR, ColorLib.rgb(0,0,0)));

         draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.gray(200)));

         draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.STROKECOLOR, ColorLib.gray(200)));// 根据设定距离hops新建一个图形距离过滤器类；针对nodes，采取完全填充颜色的方式（FILLCOLOR），并对聚焦点（fixed ）、高亮点（与fixed node相邻的点即highlight）以及剩余点分别赋予不同的颜色表现.将GraphDistanceFilter和ColorAction都注册到声明的ActionList对象上，并同时添加点与边的描边颜色以及填充颜色的ColorAction。      

         ActionList animate = new ActionList(Activity.INFINITY);

         animate.add(new ForceDirectedLayout(graph));

         animate.add(fill);

         animate.add(new RepaintAction());//声明一个ActionList的animate对象，在该对象上添加布局方式（这里采用力导向布局方法ForceDirectedLayout），并添加上面的ColorAction类的fill对象以及一个重绘图形Action。
         // finally, we register our ActionList with the Visualization.

         // we can later execute our Actions by invoking a method on our

         // Visualization, using the name we've chosen below.

         m_vis.putAction("draw", draw);

         m_vis.putAction("layout", animate);

         m_vis.runAfter("draw", "layout");//将draw和animate注册到m_vis上，后面通过Visualization的方法触发执行每个注册的Action。

         // --------------------------------------------------------------------

         // set up a display to show the visualization
         Display display = new Display(m_vis);
         display.setSize(700,700);
         display.pan(350, 350);
         display.setForeground(Color.GRAY);
         display.setBackground(Color.WHITE);

         // main display controls
         display.addControlListener(new FocusControl(1));
         display.addControlListener(new DragControl());
         display.addControlListener(new PanControl());
         display.addControlListener(new ZoomControl());
         display.addControlListener(new WheelZoomControl());
         display.addControlListener(new ZoomToFitControl());
         display.addControlListener(new NeighborHighlightControl());//通过Display展现Visualization包括：设置画布大小，平移范围，前景背景颜色以及添加聚焦、拖拽、平移、缩放、滑轮、缩放至适合显示、紧邻高亮监听器。

 // overview display

 //        Display overview = new Display(vis);

 //        overview.setSize(290,290);

 //        overview.addItemBoundsListener(new FitOverviewListener());

         display.setForeground(Color.GRAY);

         display.setBackground(Color.WHITE);

         // --------------------------------------------------------------------       

         // launch the visualization

         // create a panel for editing force values

         ForceSimulator fsim = ((ForceDirectedLayout)animate.get(0)).getForceSimulator();

         JForcePanel fpanel = new JForcePanel(fsim);

         final JValueSlider slider = new JValueSlider("Distance", 0, hops, hops);

         slider.addChangeListener(new ChangeListener() {

             public void stateChanged(ChangeEvent e) {

                 filter.setDistance(slider.getValue().intValue());//只要调节面板上的值有变动就执行下面的run函数，重新布局界面

                 m_vis.run("draw");

             }

         });

         slider.setBackground(Color.WHITE);

         slider.setPreferredSize(new Dimension(300,30));

         slider.setMaximumSize(new Dimension(300,30));//设置调节面板的背景颜色、大小

         Box cf = new Box(BoxLayout.Y_AXIS);

         cf.add(slider);

         cf.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Connectivity Filter"));

         fpanel.add(cf);

         //fpanel.add(opanel);

         fpanel.add(Box.createVerticalGlue());

         // create a new JSplitPane to present the interface

         JSplitPane split = new JSplitPane();

         split.setLeftComponent(display);

         split.setRightComponent(fpanel);

         split.setOneTouchExpandable(true);

         split.setContinuousLayout(false);

         split.setDividerLocation(700);//为整张画布布局，包括左边、右边应该呈现什么内容等

         // now we run our action list

         //m_vis.run("draw");

         add(split);

     }

     public void setGraph(Graph g, String label) {

         // update labeling

         DefaultRendererFactory drf = (DefaultRendererFactory)

                                                 m_vis.getRendererFactory();

         ((LabelRenderer)drf.getDefaultRenderer()).setTextField(label);

         // update graph

         m_vis.removeGroup(graph);

         VisualGraph vg = m_vis.addGraph(graph, g);

         m_vis.setValue(edges, null, VisualItem.INTERACTIVE, Boolean.FALSE);

         VisualItem f = (VisualItem)vg.getNode(0);

         m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS).setTuple(f);

         f.setFixed(false);

     }

     // ------------------------------------------------------------------------

     // Main and demo methods

     public static void main(String[] args) {

         UILib.setPlatformLookAndFeel();

         // create graphview

         String datafile = null;

         String label = "label";

         if ( args.length > 1 ) {//如果用户在运行时有参数传值则分别赋值给datafile和label

             datafile = args[0];

             label = args[1];

         }

         JFrame frame = demo(datafile, label); //通过调用demo函数完成整个界面的设计布局等，最终呈现一个JFrame

         frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 关闭按钮的动作为退出
     }

     public static JFrame demo() {

         return demo((String)null, "label");

     }

     public static JFrame demo(String datafile, String label) {

         Graph g = null;

         if ( datafile == null ) {

             g = GraphLib.getGrid(15,15);//如果datafile为空，则通过调用图形库GraphLib中的getGrid得到15*15的网状图形，如下图所示
             label = "label";

         } else {

             try {

                 g = new GraphMLReader().readGraph(datafile);//否则通过指定路径读取datafile文件并转换为图形

             } catch ( Exception e ) {

                 e.printStackTrace();

                 System.exit(1);

             }

         }

         return demo(g, label);

     }

     public static JFrame demo(Graph g, String label) {

         final GraphView view = new GraphView(g, label);

         // set up menu

         JMenu dataMenu = new JMenu("Data");//新建菜单栏

         dataMenu.add(new OpenGraphAction(view));//注册“打开文件”选项卡

         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Grid","ctrl 1",view) {//添加网状布局选项卡

             protected Graph getGraph() {

                 return GraphLib.getGrid(15,15);

             }

         });

         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Clique","ctrl 2",view) {//添加团状布局选项卡

             protected Graph getGraph() {

                 return GraphLib.getClique(10);

             }

         });

         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Honeycomb","ctrl 3",view) {//添加蜂窝状布局选项卡

             protected Graph getGraph() {

                 return GraphLib.getHoneycomb(5);

             }

         });

         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Balanced Tree","ctrl 4",view) {//添加平衡树布局选项卡

             protected Graph getGraph() {

                 return GraphLib.getBalancedTree(3,5);

             }

         });

         dataMenu.add(new GraphMenuAction("Diamond Tree","ctrl 5",view) {

             protected Graph getGraph() {

                 return GraphLib.getDiamondTree(3,3,3); //添加钻石树形图布局选项卡

             }

         });

         JMenuBar menubar = new JMenuBar();

         menubar.add(dataMenu);//将以上菜单选项注册到menubar菜单栏上

         // launch window

         JFrame frame = new JFrame("p r e f u s e  |  g r a p h v i e w");

         frame.setJMenuBar(menubar);

         frame.setContentPane(view);

         frame.pack();

         frame.setVisible(true);//添加菜单栏、图形等

         frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {

             public void windowActivated(WindowEvent e) {

                 view.m_vis.run("layout");

             }

             public void windowDeactivated(WindowEvent e) {

                 view.m_vis.cancel("layout");

             }

         });

         return frame;

     }

     // ------------------------------------------------------------------------

     /**

      * Swing menu action that loads a graph into the graph viewer.

          * 该类主要负责为每一种布局选项配置相应的快捷键

      */

     public abstract static class GraphMenuAction extends AbstractAction {

         private GraphView m_view;

         public GraphMenuAction(String name, String accel, GraphView view) {

             m_view = view;

             this.putValue(AbstractAction.NAME, name);

             this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,

                           KeyStroke.getKeyStroke(accel));

         }

         public void actionPerformed(ActionEvent e) {

             m_view.setGraph(getGraph(), "label");

         }

         protected abstract Graph getGraph();

     }

     //该类负责对菜单栏的选项卡的响应

     public static class OpenGraphAction extends AbstractAction {

         private GraphView m_view;

         public OpenGraphAction(GraphView view) {

             m_view = view;

             this.putValue(AbstractAction.NAME, "Open File...");

             this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,

                           KeyStroke.getKeyStroke("ctrl O"));

         }

         public void actionPerformed(ActionEvent e) {

             Graph g = IOLib.getGraphFile(m_view);

             if ( g == null ) return;

             String label = getLabel(m_view, g);

             if ( label != null ) {

                 m_view.setGraph(g, label);

             }

         }

         public static String getLabel(Component c, Graph g) {

             // get the column names

             Table t = g.getNodeTable();

             int  cc = t.getColumnCount();

             String[] names = new String[cc];

             for ( int i=0; i<cc; ++i )

                 names[i] = t.getColumnName(i);

             // where to store the result

             final String[] label = new String[1];

             // -- build the dialog -----

             // we need to get the enclosing frame first

             while ( c != null && !(c instanceof JFrame) ) {

                 c = c.getParent();
             }

             final JDialog dialog = new JDialog(

                     (JFrame)c, "Choose Label Field", true);

             // create the ok/cancel buttons

             final JButton ok = new JButton("OK");

             ok.setEnabled(false);

             ok.addActionListener(new ActionListener() {

                public void actionPerformed(ActionEvent e) {

                    dialog.setVisible(false);

                }

             });

             JButton cancel = new JButton("Cancel");

             cancel.addActionListener(new ActionListener() {

                 public void actionPerformed(ActionEvent e) {

                     label[0] = null;

                     dialog.setVisible(false);

                 }

             });

             // build the selection list

             final JList list = new JList(names);
        list.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);

             list.getSelectionModel().addListSelectionListener(

             new ListSelectionListener() {

                 public void valueChanged(ListSelectionEvent e) {

                     int sel = list.getSelectedIndex();

                     if ( sel >= 0 ) {

                         ok.setEnabled(true);

                         label[0] = (String)list.getModel().getElementAt(sel);

                     } else {

                         ok.setEnabled(false);

                         label[0] = null;

                     }

                 }

             });

             JScrollPane scrollList = new JScrollPane(list);

             JLabel title = new JLabel("Choose a field to use for node labels:");

             // layout the buttons

             Box bbox = new Box(BoxLayout.X_AXIS);

             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));

             bbox.add(Box.createHorizontalGlue());

             bbox.add(ok);

             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));

             bbox.add(cancel);

             bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));

             // put everything into a panel

             JPanel panel = new JPanel(new BorderLayout());

             panel.add(title, BorderLayout.NORTH);

             panel.add(scrollList, BorderLayout.CENTER);

             panel.add(bbox, BorderLayout.SOUTH);

             panel.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5,2,2,2));

             // show the dialog

             dialog.setContentPane(panel);

             dialog.pack();

             dialog.setLocationRelativeTo(c);

             dialog.setVisible(true);

             dialog.dispose();

             // return the label field selection

             return label[0];

         }

     }

     //该类负责调整至适合屏幕显示

     public static class FitOverviewListener implements ItemBoundsListener {

         private Rectangle2D m_bounds = new Rectangle2D.Double();

         private Rectangle2D m_temp = new Rectangle2D.Double();

         private double m_d = 15;

         public void itemBoundsChanged(Display d) {

             d.getItemBounds(m_temp);

             GraphicsLib.expand(m_temp, 25/d.getScale());

             double dd = m_d/d.getScale();

             double xd = Math.abs(m_temp.getMinX()-m_bounds.getMinX());

             double yd = Math.abs(m_temp.getMinY()-m_bounds.getMinY());

             double wd = Math.abs(m_temp.getWidth()-m_bounds.getWidth());

             double hd = Math.abs(m_temp.getHeight()-m_bounds.getHeight());

             if ( xd>dd || yd>dd || wd>dd || hd>dd ) {

                 m_bounds.setFrame(m_temp);

                 DisplayLib.fitViewToBounds(d, m_bounds, 0);

             }

         }

     }

 }

  // end of class GraphView

网格视图：

蜂窝状视图：

平衡树型视图：

以上介绍了Prefuse的一些特征，模型结构以及自带Demo GraphView.java的理解，后续会继续研究Prefuse的其他Demo以及主要接口。

本文链接http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow3.html

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