【转】JavaScript 3D图表

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：

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：

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：

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

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：

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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