21、D3 中的自定义形状、路径及可视化导出

D3自定义形状与路径动画
于 2025-11-19 13:26:45 发布
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分类专栏： D3.js数据可视化实战 文章标签： D3 自定义形状 路径绘制
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D3 中的自定义形状、路径及可视化导出

1. D3 支持的符号

D3 提供了一系列标准符号，可用于可视化。查看 d3.shape API 能了解所有不同的标准形状，以下是 D3 自带的标准符号列表：
| 符号 | 描述 |
| — | — |
| d3.symbolCross | 十字符号或加号（+）符号 |
| d3.symbolCircle | 简单的圆形 |
| d3.symbolDiamond | 扑克牌中的菱形符号 |
| d3.symbolSquare | 简单的正方形 |
| d3.symbolStar | 五角星 |
| d3.symbolTriangle | 简单的三角形，顶点朝上 |
| d3.symbolWye | Y 符号 |

每个符号都有一个大小函数，可用于设置符号大小，默认大小为 64。以下是渲染这些符号的 JavaScript 代码： 

var symbols = [
    {name: 'Cross', symbol: d3.symbolCross},
    {name: 'Circle', symbol: d3.symbolCircle},
    {name: 'Diamond', symbol: d3.symbolDiamond},
    {name: 'Square', symbol: d3.symbolSquare},
    {name: 'Star', symbol: d3.symbolStar},
    {name: 'Triangle', symbol: d3.symbolTriangle},
    {name: 'Wye', symbol: d3.symbolWye}
];

var color = d3.scaleOrdinal()
    .domain(symbols.map(function(s) {return s.name}))
    .range(d3.schemeCategory10);
var xBand = d3.scaleBand()
    .domain(symbols.map(function(s) {return s.name}))
    .range([0, width])
    .paddingInner(0.1);
var symbolGroups = svg.selectAll(".symbol").data(symbols)
    .enter()
        .append("g")
        .attr("class","symbol")
        .attr("transform", function(d) {
            return "translate(" + xBand(d.name)  + " 40)"
        });
symbolGroups.append("path")
    .attr("fill", function(d) {return color(d.name)})
    .attr("d", function(d) {
        return d3.symbol()
            .size(2500) // specifies area
            .type(d.symbol)();
});

需要注意的是，符号的大小不是以像素为单位，而是指定符号占用的面积。在上述代码中，大小约为 50x50。

由于这些是基本的 SVG 形状，还可以使用过渡效果对其进行动画处理。以下是旋转符号的代码： 

redraw();
function redraw() {
    // select currently drawn symbols
    var symbolGroups = svg.selectAll(".symbol").data(symbols);
    // for newly added elements add the symbol and
    var newSymbols = symbolGroups.enter()
        .append("g")
        .attr("class","symbol")
        .attr("transform", function(d) {
            return "translate(" + xBand(d.name)
               + " 40) rotate(0)"
        });
    // add the symbol to the group
    newSymbols.append("path")
        .attr("fill", function(d) {return color(d.name)})
        .attr("d", function(d) {
            return d3.symbol()
                .size(2400) // specifies area
                .type(d.symbol)();
        })
    // merge with existing ones, and set up a transition.
    symbolGroups.merge(newSymbols)
        .transition()
        .on('end', function(d) {
            if (d.name === 'Wye' ) redraw(); // only redraw once
        })
        .duration(2000)
        .ease(d3.easeLinear)
        .attrTween("transform", function(d, i) {
            var interpolate = d3.interpolate(0, 360);
            return function(t) {
                return "translate(" + xBand(d.name)  + " 40) rotate(" + interpolate(t) + ")";
            };
        })
}

2. 使用 d3.path 绘制路径

2.1 使用路径 API 绘制

直接使用 SVG 创建路径相当复杂，例如： 

<path d="
  M 213.1,6.7
  c -32.4-14.4-73.7,0-88.1,30.6
  C 110.6,4.9,67.5-9.5,36.9,6.7
  C 2.8,22.9-13.4,62.4,13.5,110.9
  C 33.3,145.1,67.5,170.3,125,217
  c 59.3-46.7,93.5-71.9,111.5-106.1
  C 263.4,64.2,247.2,22.9,213.1,6.7
  z" />

D3 通过路径生成器隐藏了大部分复杂性。通过 d3.path 函数，可以直接定义路径。首先需要创建一个 d3.path 实例： 

var path = d3.path();

然后可以使用以下函数绘制路径：
| 函数 | 描述 |
| — | — |
| moveTo(x,y) | 移动到由 x 和 y 坐标指定的特定点 |
| closePath() | 通过绘制一条线到第一个指定点来关闭路径 |
| lineTo(x,y) | 从当前位置绘制一条线到由 x 和 y 坐标指定的位置 |
| quadraticCurveTo(cpx, cpy, x, y) | 使用由 cpx 和 cpy 指定的控制点绘制二次曲线到指定的 x 和 y 坐标 |
| bezierCurveTo(cpx1, cpy1, cxp2, cpx2, x, y) | 使用由 cpx1、cpy1、cxp2 和 cpx2 坐标指定的控制点绘制贝塞尔曲线到指定的 x 和 y 坐标 |
| arcTo(x1, y1, x2, y2, radius) | 按照 HTML5 画布规范的 arcTo 函数绘制圆弧段 |
| arc(x, y, r start, end, anticlockwise) | 按照 HTML5 画布规范的 arc 函数绘制圆弧段 |
| rect(x, y, w, h) | 使用 x、y、w 和 h 变量绘制矩形 |
| toString() | 将当前路径转换为字符串表示形式，可分配给 SVG 路径的 d 属性 |

以下是一个简单的 D3 示例，展示了这些函数的使用： 

var cp1 = {x: 230, y: 200};
var cp2 = {x: 290, y: 10};
var cp3 = {x: 300, y: 200};

function getPath() {
    var path = d3.path();
    path.moveTo(100, 20);
    path.lineTo(200, 160);
    path.quadraticCurveTo(cp1.x, cp1.y, 250, 120);
    path.bezierCurveTo(cp2.x, cp2.y, cp3.x, cp3.y, 400, 150);
    path.lineTo(500, 90);
    return path.toString();
}

function drawPath() {
    // draw the circles and add a drag listener
    var circles = svg.selectAll("circle").data([cp1, cp2, cp3])
    circles.enter().append("circle")
        .attr("r", 5)
        .attr("fill", "blue")
        .attr("class","cp1")
            .call(d3.drag().on("drag", dragcp))
        .merge(circles)
            .attr("cx", function(d) {return d.x})
            .attr("cy", function(d) {return d.y});
    var line = svg.selectAll(".line").data([0])
    line.enter().append("path")
        .attr("class","line").merge(line)
        .attr("d", getPath)
        .attr("stroke", "black")
        .attr("fill", "none");
};

function dragcp() {
    var ev = d3.event;
    ev.subject.x = ev.x;
    ev.subject.y = ev.y;
    drawPath();
}

在这个示例中，可以拖动蓝色圆圈（即两条曲线的控制点），观察其对路径的影响。

2.2 沿线路径动画

创建路径的一个有趣用途是用于动画。一旦有了路径，就可以很容易地让 SVG 对象沿着该路径动画。以下是实现蓝色圆圈沿路径移动动画的代码： 

// set the startingpoint
var startingPoint = {x: 300, y: 200};
// generate and draw the curve
var curve = generateCurve(startingPoint);
var drawnPath = drawPath(curve);
// draw a circle, which will be moved
var circle = svg.append("circle");
circle.attr("r", 7)
    .attr("fill", "steelblue")
    .attr("transform", "translate(" + startingPoint.x + " " + startingPoint.y + ")");

function generateCurve(startingPoint) {
    var path = d3.path();
    var center = startingPoint;
    var curve = {w: 300, h: 300}
    path.moveTo(center.x, center.y);
    path.bezierCurveTo(center.x + curve.w, center.y - curve.h, center.x + curve.w, center.y + curve.h, center.x, center.y);
    path.bezierCurveTo(center.x - curve.w, center.y - curve.h, center.x - curve.w, center.y + curve.h, center.x, center.y);
    path.closePath();
    return path.toString();
}

function drawPath(curve) {
    return svg.append("path")
        .attr("class","line")
        .attr("d", function(d) {return curve})
        .attr("stroke", "black")
        .attr("fill", "none");
};

// kickoff the animation
move();
function move() {
    circle.transition()
        .duration(7500)
        .ease(d3.easeLinear)
        .attrTween("transform", animateOnPath(drawnPath.node()))
        .on("end", move);// infinite loop
}

function animateOnPath(path) {
    var l = path.getTotalLength();
    return function(i) {
        return function(t) {
            var p = path.getPointAtLength(t * l);
            return "translate(" + p.x + "," + p.y + ")";//Move marker
        }
    }
}

这个动画的关键在于 animateOnPath 插值器，它使用了标准的 SVG 函数 getPointAtLength ，该函数返回路径上对应特定长度的点。

3. 可视化导出

3.1 导出为 PNG

将 SVG 元素导出为 PNG 需要以下步骤：
1. 创建一个单独的 CSS 文件，定义要应用的样式。
2. 将 SVG 元素转换为字符串。
3. 使用画布获取 PNG 文件。
4. 将画布内容保存为文件。

以下是一个具体示例： 

function exportAsPng() {
    // first load the external css which will be applied to the image. For
    // instance we can set the color to black instead of white.
    d3.text('./css/D08-03-export.css', function(externalStyles) {
        // first convert the SVG node to a string.
        var svgString = nodeToSVGString(d3.select('svg').node(), externalStyles);
        // Clean up some inconsistencies in browser implementations
        svgString = svgString.replace(/(\w+)?:?xlink=/g, 'xmlns:xlink=');
        svgString = svgString.replace(/NS\d+:href/g, 'xlink:href');
        // next save
        svgString2Image(svgString, width * 2, height, function(datablob) {
            saveAs(datablob,'elections.png');
            // FileSaver.js function
        });
    });
}

function nodeToSVGString( svgNode, cssText ) {
    appendCSS( cssText, svgNode )
    return new XMLSerializer().serializeToString(svgNode);
    /**
     * Append the external css to the element, so it is correctly exported
     */
    function appendCSS( cssText, element ) {
        var styleElement = document.createElement("style");
        styleElement.setAttribute("type","text/css");
        styleElement.innerHTML = cssText;
        element.hasChildNodes()
            ? element.insertBefore( styleElement, element.children[0])
            : element.insertBefore( styleElement, null );
    }
}

function svgString2Image( svgString, width, height, callback ) {
    // create a dataURL object
    var blob = new Blob([svgString], { type: 'image/svg+xml;charset=utf-8'});
    var imgsrc = window.URL.createObjectURL(blob);
    // create a canvas to load the image to.
    var canvas = document.createElement("canvas");
    var context = canvas.getContext("2d");
    canvas.width = width;
    canvas.height = height;
    // create the image, and define callback
    var image = new Image;
    image.onload = function() {
        // when loaded, draw the image, export it to a blob
        // and call the specified callback.
        context.clearRect ( 0, 0, width, height );
        context.drawImage(image, 0, 0, width, height);
        canvas.toBlob( function(blob) {
            var filesize = Math.round( blob.length/1024 ) + ' KB';
            if ( callback ) callback( blob, filesize );
        });
    };
    // set the dataurl as image source.
    image.src = imgsrc;
}

需要注意的是， canvas.toBlob 函数在大多数现代浏览器中受支持，但为确保在更多设备上正常工作，可以添加 JavaScript-Canvas-to-Blob 填充 。

3.2 导出为 SVG 并导入外部程序

导出 SVG 为 .svg 文件有两种方法。一种是在 Chrome 中使用 Bookmarklet ，另一种方法与导出为 PNG 类似，步骤如下：
1. 定义应包含在导出 SVG 文件中的特定 CSS 样式。
2. 将 SVG 和 CSS 文件合并为单个 SVG 字符串。
3. 将 SVG 字符串保存为文件。

以下是示例代码： 

function exportAsSVG() {
    d3.text('./css/D08-04.css', function(externalStyles) {
        // first convert the SVG node to a string.
        var svgString = nodeToSVGString(d3.select('svg').node(), externalStyles);
        svgString2SVG(svgString);
    });
}

function svgString2SVG( svgString, width, height, callback ) {
    // create a dataURL object
    var blob = new Blob([svgString], { type: 'image/svg+xml;charset=utf-8' });
    saveAs(blob, "radial-tree.svg");
}

导出的 SVG 文件可以使用 Adobe Illustrator、Boxy SVG 或 Inkscape 等外部程序进行编辑。

流程图 

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(开始):::process --> B(选择可视化类型):::process
    B --> C{是否使用符号}:::process
    C -- 是 --> D(选择符号类型):::process
    D --> E(设置符号大小和样式):::process
    E --> F(渲染符号):::process
    C -- 否 --> G{是否绘制路径}:::process
    G -- 是 --> H(使用d3.path定义路径):::process
    H --> I(绘制路径):::process
    I --> J(可选择添加动画):::process
    G -- 否 --> K(无操作):::process
    F --> L{是否导出可视化}:::process
    J --> L
    L -- 是 --> M{导出为PNG还是SVG}:::process
    M -- PNG --> N(创建CSS样式):::process
    N --> O(将SVG转换为字符串):::process
    O --> P(使用画布生成PNG):::process
    P --> Q(保存PNG文件):::process
    M -- SVG --> R(定义CSS样式):::process
    R --> S(合并SVG和CSS为字符串):::process
    S --> T(保存为SVG文件):::process
    L -- 否 --> U(结束):::process
    Q --> U
    T --> U

综上所述，通过 D3 可以方便地创建自定义形状和路径，并实现各种动画效果。同时，还可以将可视化结果导出为 PNG 或 SVG 格式，满足不同的需求。无论是符号的使用、路径的绘制，还是可视化的导出，D3 都提供了丰富的功能和便捷的方法。希望本文能帮助你更好地掌握 D3 在这些方面的应用。

4. 总结与拓展

4.1 关键知识点回顾

  • D3 符号 ：D3 提供了多种标准符号，如十字、圆形、菱形等。每个符号都有大小函数，大小以面积指定。可以使用过渡效果对符号进行动画处理。
  • d3.path 绘制路径 ：通过 d3.path 函数可以直接定义路径，提供了 moveTo 、 lineTo 等多个函数。可以创建自定义路径，并实现路径动画。
  • 可视化导出 ：可以将可视化结果导出为 PNG 或 SVG 格式。导出为 PNG 需要创建 CSS 样式、将 SVG 转换为字符串、使用画布生成 PNG 并保存；导出为 SVG 则需要定义 CSS 样式、合并 SVG 和 CSS 为字符串并保存。

4.2 实际应用场景

  • 数据可视化展示 ：在制作图表时，可以使用 D3 符号来替代传统的圆形等标记，使图表更加丰富多样。例如，在股票走势图中，使用不同的符号表示不同类型的交易信号。
  • 动画效果制作 ：利用路径动画可以创建出各种有趣的动画效果，如粒子沿着特定路径运动、元素沿着曲线轨迹移动等。
  • 设计与编辑 ：将可视化结果导出为 SVG 后，可以使用专业的 SVG 编辑工具进行进一步的设计和修改，满足不同的设计需求。

4.3 拓展建议

  • 深入学习 D3 API ：D3 提供了丰富的 API，可以进一步学习其他功能，如数据绑定、比例尺、交互事件等，以创建更加复杂和强大的可视化应用。
  • 结合其他技术 ：可以将 D3 与其他前端技术，如 React、Vue 等结合使用，提高开发效率和代码可维护性。
  • 探索更多动画效果 ：除了本文介绍的路径动画，还可以探索其他类型的动画效果，如淡入淡出、缩放、旋转等，为可视化增添更多的动态效果。

表格：D3 功能与应用场景总结

功能 描述 应用场景
D3 符号 提供多种标准符号，可设置大小和动画 数据可视化标记、图表美化
d3.path 绘制路径 直接定义路径，提供多个绘制函数 自定义图形绘制、路径动画
可视化导出 可导出为 PNG 或 SVG 格式 分享、打印、进一步设计

流程图：D3 学习与应用拓展 

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(学习 D3 基础):::process --> B(掌握符号和路径绘制):::process
    B --> C(实现可视化导出):::process
    C --> D{深入学习 D3 API}:::process
    D -- 是 --> E(学习数据绑定、比例尺等):::process
    E --> F(结合其他前端技术):::process
    F --> G(创建复杂可视化应用):::process
    D -- 否 --> H(探索更多动画效果):::process
    H --> I(应用于实际项目):::process
    G --> I
    I --> J(持续优化和创新):::process

列表：学习资源推荐

  • 官方文档 ：D3 官方文档是学习 D3 的重要资源，提供了详细的 API 文档和示例代码。
  • 在线教程 ：网上有许多关于 D3 的在线教程，如 MDN Web Docs、W3Schools 等，可以帮助快速入门。
  • 开源项目 ：可以参考一些优秀的 D3 开源项目，学习他人的代码和设计思路。

通过不断学习和实践，相信你可以在 D3 的世界中创造出更加精彩的可视化作品。无论是简单的图表展示，还是复杂的交互应用，D3 都能为你提供强大的支持。希望本文能为你在 D3 的学习和应用中提供一些帮助和启发。

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【事件触发一致性】研究多智能体网络如何通过分布式事件驱动控制实现有限时间内的共识（Matlab代码实现）
11-29
【事件触发一致性】研究多智能体网络如何通过分布式事件驱动控制实现有限时间内的共识（Matlab代码实现）内容概要：本文围绕多智能体网络中的事件触发一致性问题，研究如何通过分布式事件驱动控制实现有限时间内的共识，并提供了相应的Matlab代码实现方案。文中探讨了事件触发机制在降低通信负担、提升系统效率方面的优势，重点分析了多智能体系统在有限时间收敛的一致性控制策略，涉及系统模型构建、触发条件设计、稳定性与收敛性分析等核心技术环节。此外，文档还展示了该技术在航空航天、电力系统、机器人协同、无人机编队等多个前沿领域的潜在应用，体现了其跨学科的研究价值和工程实用性。; 适合人群：具备一定控制理论基础和Matlab编程能力的研究生、科研人员及从事自动化、智能系统、多智能体协同控制等相关领域的工程技术人员。; 使用场景及目标：①用于理解和实现多智能体系统在有限时间内达成一致的分布式控制方法；②为事件触发控制、分布式优化、协同控制等课题提供算法设计与仿真验证的技术参考；③支撑科研项目开发、学术论文复现及工程原型系统搭建； 阅读建议：建议结合文中提供的Matlab代码进行实践操作，重点关注事件触发条件的设计逻辑与系统收敛性证明之间的关系，同时可延伸至其他应用场景进行二次开发与性能优化。
无人机无人机FMCW毫米波高度计雷达仿真（Matlab代码实现）
11-29
【无人机】无人机FMCW毫米波高度计雷达仿真（Matlab代码实现）内容概要：本文档围绕无人机FMCW毫米波高度计雷达的仿真展开，利用Matlab代码实现对毫米波雷达测高原理的建模与仿真分析。重点涵盖FMCW（调频连续波）雷达信号的发射、接收、混频、傅里叶变换及高度信息提取等关键环节，通过构建无人机飞行场景下的回波信号模型，完成距离测量与精度评估。文档还结合雷达信号处理技术，展示如何通过仿真手段验证高度计性能，帮助理解毫米波雷达在无人机低空飞行中的测距测高机制。; 适合人群：具备一定Matlab编程基础和信号处理知识，从事无人机导航、雷达系统设计、自动驾驶或相关领域研究的研究生、科研人员及工程技术人员。; 使用场景及目标：①学习FMCW雷达的基本工作原理及其在无人机高度测量中的应用；②掌握雷达回波信号建模与处理的仿真方法；③为无人机避障、定高飞行、地形跟随等功能开发提供技术参考与代码基础。; 阅读建议：建议结合Matlab代码逐模块运行调试，深入理解信号生成、混频、FFT处理及峰值检测等步骤的实现逻辑，可进一步扩展至多目标测距或动态场景仿真，提升实际应用能力。
易语言制作图标，标注类图标
最新发布
11-29
各种标注用途图标，，分类标注，分类管理
基于SSD神经网络的图像目标检测与分类Python实现
11-29
基于SSD深度学习架构构建了一套视觉目标辨识系统，该方案运用卷积神经网络技术对图像中的多类别物体进行定位与分类。系统采用Python编程语言结合TensorFlow框架完成算法实现，通过特征金字塔结构处理不同尺度的目标检测任务，并采用预训练模型权重进行迁移学习以提升识别准确率。在模型训练阶段采用了数据增强策略与困难样本挖掘技术，确保系统对复杂场景的适应能力。最终输出的检测结果包含边界框坐标与类别置信度，可满足工业级应用需求。 资源来源于网络分享，仅用于学习交流使用，请勿用于商业，如有侵权请联系我删除！
CRMEB商城系统3.24全功能带直播插件完整版
11-29
CRMEB商城系统是基于ThinkPhp6.0+Vue开发的一套新零售移动电商系统 CRMEB系统就是集客户关系管理+营销电商系统，能够快速积累客户、会员数据分析、智能转化客户、 有效提高销售、会员维护、网络营销的一款企业应用 包含商城、拼团、砍价、秒杀、优惠券、积分、分销等功能，更适合企业二次开发小程序
【四旋翼无人机】具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机：建模与控制研究（Matlab代码、Simulink仿真实现）
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【四旋翼无人机】具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机：建模与控制研究（Matlab代码、Simulink仿真实现）内容概要：本文围绕具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机展开，重点研究其动力学建模与控制系统设计。通过Matlab代码与Simulink仿真实现，详细阐述了该类无人机的运动学与动力学模型构建过程，分析了螺旋桨倾斜机构如何提升无人机的全向机动能力与姿态控制性能，并设计相应的控制策略以实现稳定飞行与精确轨迹跟踪。文中涵盖了从系统建模、控制器设计到仿真验证的完整流程，突出了全驱动结构相较于传统四旋翼在欠驱动问题上的优势。; 适合人群：具备一定控制理论基础和Matlab/Simulink使用经验的自动化、航空航天及相关专业的研究生、科研人员或无人机开发工程师。; 使用场景及目标：①学习全驱动四旋翼无人机的动力学建模方法；②掌握基于Matlab/Simulink的无人机控制系统设计与仿真技术；③深入理解螺旋桨倾斜机构对飞行性能的影响及其控制实现；④为相关课题研究或工程开发提供可复现的技术参考与代码支持。; 阅读建议：建议读者结合提供的Matlab代码与Simulink模型，逐步跟进文档中的建模与控制设计步骤，动手实践仿真过程，以加深对全驱动无人机控制原理的理解，并可根据实际需求对模型与控制器进行修改与优化。
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