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你不知道的前端算法之热力图的实现

  •  
  •   Aresn · 271 天前 · 1714 次点击
    这是一个创建于 271 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    本文作者:TalkingData 可视化工程师李凤禄

    编辑:Aresn

    inMap 是一款基于 canvas 的大数据可视化库,专注于大数据方向点线面的可视化效果展示。目前支持散点、围栏、热力、网格、聚合等方式;致力于让大数据可视化变得简单易用。

    GitHub 地址:https://github.com/TalkingData/inmap (点个 Star 支持下作者吧!)

    热力图这个名字听起来很高大上,其实等同于我们常说的密度图。

    image

    如图表示,红色区域表示分析要素的密度大,而蓝色区域表示分析要素的密度小。只要点密集,就会形成聚类区域。 看到这么炫的效果,是不是自己也很想实现一把?接下来手把手实现一个热力(带你装逼带你飞、 哈哈),郑重声明:下面代码片段均来自 inMap

    准备数据

    inMap 接收的是经纬度数据,需要把它映射到 canvas 的像素坐标,这就用到了墨卡托转换,墨卡托算法很复杂,以后我们会有单独的一篇文章来讲讲他的原理。经过转换,你得到的数据应该是这样的:

    [
      {
        "lng": "116.395645",
        "lat": 39.929986,
        "count": 6,
        "pixel": { //像素坐标
          "x": 689,
          "y": 294
        }
      },
      {
        "lng": "121.487899",
        "lat": 31.249162,
        "count": 10,
        "pixel": { //像素坐标
          "x": 759,
          "y": 439
        }
      },
      ...
    ]
    

    好了,我们得到转换后的像素坐标数据(x、y),就可以做下面的事情了。

    创建 canvas 渐变填充

    创建一个由黑到白的渐变圆

    let gradient = ctx.createRadialGradient(x, y, 0, x, y, radius);
    gradient.addColorStop(0, 'rgba(0,0,0,1)');
    gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,0)');
    ctx.fillStyle = gradient;
    ctx.arc(x, y, radius, 0, Math.PI * 2, true);
    
    • createRadialGradient() 创建线性的渐变对象
    • addColorStop() 定义一个渐变的颜色带

    效果如图: image 那么问题就来了,如果每个数据权重值 count 不一样,我们该如何表示呢?

    设置 globalAlpha

    根据不同的 count 值设置不同的 Alpha,假设最大的 count 的 Alpha 等于 1,最小的 count 的 Alpha 为 0,那么我根据 count 求出 Alpha。

    let alpha = (count - minValue) / (maxValue - minValue);
    

    然后我们代码如下:

    drawPoint(x, y, radius, alpha) {
        let ctx = this.ctx;
        ctx.globalAlpha = alpha; //设置 Alpha 透明度
        ctx.beginPath();
        let gradient = ctx.createRadialGradient(x, y, 0, x, y, radius);
        gradient.addColorStop(0, 'rgba(0,0,0,1)');
        gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,0)');
        ctx.fillStyle = gradient;
        ctx.arc(x, y, radius, 0, Math.PI * 2, true);
        ctx.closePath();
        ctx.fill();
    }
    

    效果跟上一个截图有很大区别,可以对比一下透明度的变化。 image (这么黑乎乎的一团,跟热力差距好大啊)

    image

    重置 canvas 画布颜色

    • getImageData() 复制画布上指定矩形的像素数据
    • putImageData() 将图像数据放回画布:

    getImageData()返回的数据格式如下:

    {
      "data": {
        "0": 0,   //R
        "1": 128, //G
        "2": 0,   //B
        "3": 255, //Aplah
        "4": 0, //R
        "5": 128, //G
        "6": 0,  //B
        "7": 255, //Aplah
        "8": 0,
        "9": 128,
        "10": 0,
        "11": 255,
        "12": 0,
        "13": 128,
        "14": 0,
        "15": 255,
        "16": 0,
        "17": 128,
        "18": 0,
        "19": 255,
        "20": 0,
        "21": 128,
        "22": 0
        ...
    

    返回的数据是一维数组,每四个元素表示一个像素( rgba )值。

    实现热力原理:读取每个像素的 alpha 值(透明度),做一个颜色映射。

    代码如下:

    let palette = this.getColorPaint(); //取色面板
    let img = ctx.getImageData(0, 0, container.width, container.height);
        let imgData = img.data;
        let max_opacity = normal.maxOpacity * 255;
        let min_opacity = normal.minOpacity * 255;
        //权重区间
        let max_scope = (normal.maxScope > 1 ? 1 : normal.maxScope) * 255;
        let min_scope = (normal.minScope < 0 ? 0 : normal.minScope) * 255;
        let len = imgData.length;
        for (let i = 3; i < len; i += 4) {
            let alpha = imgData[i]; 
            let offset = alpha * 4;
            if (!offset) {
                continue;
            }
            //映射颜色
            imgData[i - 3] = palette[offset];
            imgData[i - 2] = palette[offset + 1];
            imgData[i - 1] = palette[offset + 2];
    
            // 范围区间
            if (imgData[i] > max_scope) {
                imgData[i] = 0;
            }
            if (imgData[i] < min_scope) {
                imgData[i] = 0;
            }
    
            // 透明度
            if (imgData[i] > max_opacity) {
                imgData[i] = max_opacity;
            }
            if (imgData[i] < min_opacity) {
                imgData[i] = min_opacity;
            }
        }
        //将设置后的像素数据放回画布
    ctx.putImageData(img, 0, 0, 0, 0, container.width, container.height);
    

    创建颜色映射,一个好的颜色映射决定最终效果。 inMap 创建一个长 256px 的调色面板:

    let paletteCanvas = document.createElement('canvas');
    let paletteCtx = paletteCanvas.getContext('2d');
    paletteCanvas.width = 256;
    paletteCanvas.height = 1;
    let gradient = paletteCtx.createLinearGradient(0, 0, 256, 1);
    

    inMap 默认颜色如下:

    this.gradient = {
        0.25: 'rgb(0,0,255)',
        0.55: 'rgb(0,255,0)',
        0.85: 'yellow',
        1.0: 'rgb(255,0,0)'
    };
    

    将 gradient 颜色设置到调色面板对象中

    for (let key in gradient) {
        gradient.addColorStop(key, gradientConfig[key]);
    }
    

    返回调色面板的像素点数据:

    return paletteCtx.getImageData(0, 0, 256, 1).data;
    

    创建出来的调色面板效果图如下:(看起来像一个渐变颜色条)

    image

    最终我们实现的热力图如下:

    image

    下节预告

    下一节,我们将重点介绍 inMap 文字避让算法的实现。

    3 回复  |  直到 2017-12-27 10:08:21 +08:00
        1
    Aresn   271 天前
    图片有问题,重新发一个吧,因为 V2EX 不能删除和修改 https://www.v2ex.com/t/417755
        2
    yutou527   271 天前
    ???我死循环了???
        3
    ResidualSoils   270 天前
    我也死循环
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