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D3v4 工作坊 - 製作 D3 plugin 來繪製草圖風格長條圖


前言

前陣子 Mozilla 如火如荼地推出他們的量子專案,而其中在介紹 Quantum CSS 架構的時候,用了許多 可愛的草圖 來解說,讓我突然想到如果能夠將這種手繪風格套用到資料圖表上面,應該會蠻有趣的,也才因此有了這篇文章。

一般來說,我們不管是用 D3.js 或是 Highcharts 等工具來製作圖表,都是朝向專業、有質感、表達清晰的方向去實作,利用各種顏色搭配與互動操作來讓圖表更漂亮更吸引人。

source: highchart offical site
(來源:highchart offical site)

但看久了以後總會有點疲乏,加上現代人專注力越來越短暫,利用一些漫畫、草圖的方式來呈現要說明的東西,反而夠容易抓住大家的注意力,像是上述文章的作者 Lin Clark 在 medium 上就有一系列的 Cartoon Intro 的文章。

但身為前端工程師,手上的工具只有 Javascript、CSS 與 HTML,要怎麼樣 “手繪” 圖表呢?

其實很簡單,利用 D3.js 我們就能做得到!

d3 sketchy

“開玩笑的吧?我知道 D3 可以在 Canvas 上繪圖,但 Canvas 用起來還是沒有操作 svg 來得方便,而 svg 畫的長條圖就是四四方方的啊!”

沒錯我一開始也是這麼想的,但就在某次偶然機會下,拜讀到 D3 in Action 這本書的作者在 Github 上的 code 後讓我改觀了。

這篇文章的範例就是修改自他三年前的 code,當時還是 v3 的版本,似乎也沒有將它推上 npm。

所以順便利用這篇文章記錄並分享一下如何製作出 Sketchy 效果的長條圖,並且包裝成 d3 plugin 來使用!

先給大家看一下比較圖:

一般的長條圖:
一般的長條圖

套用 sketchy 效果的長條圖:
套用 sketchy 效果的長條圖

是不是瞬間活潑很多呢?

雖然你可能會說這樣喪失了圖表的精準度,但很多時候我們只需要用來強調比較性的結果,這種情況就很適合了。

那到底是如何做到的呢?

稍微仔細觀察上面的兩張圖,你可能會發現,擁有 Sketchy 效果的長條圖,好像少了間距,多了黑色的手繪編框。

發現到這點以後,答案就呼之欲出了!

其實所謂 Sketchy 的效果,就只是在原本的長條圖上加入了不規則的黑色邊框線條!

而這些黑色的邊框其實是利用 svgpath 來繪製的,我們把它拆開來看就很清楚:

See the Pen sketchy-split by Arvin (@arvin0731) on CodePen.

黑色的手繪風格邊框其實是利用至少九條 L 線段繪製出來的,等於是將原本的長方圖用線段包起來,實作上我們只要在原本長條圖的 x, y 位置與寬高上加上一些隨機變動的 offset,就可以做出這樣的效果!原理其實就這麼簡單!

pathd

知道原理以後來看點 code 吧!

既然他的實作原理很簡單,我們理當可以將它變成一個 d3 的 plugin,像是其他 d3 v4 的模組一樣,讓其他使用者都能夠透過 npm 或是 script 的方式載入使用。

而要做成 d3-plugin 的話,在 code 的架構上我們就要稍微注意一下。

基本上我們希望能沿用一般使用 d3 lib 的語法習慣:

demo
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d3.select('#svgParent').selectAll("g").data(data)
.enter()
.append("g")
.attr("class", "bar");
d3.select("#svgParent")
.selectAll("g.bar")
.each(function (d, i) {
var x = i * 100 + 20;
var y = 500 - hscale(d) / 2;
var rw = 100;
var rh = hscale(d) / 2;
// 1. 我們想將此 plugin 放到 d3 的 global object 內
// d3.sketchy 就是我們的 plugin
var sketchyBar = d3.sketchy.rect();
// 2. 我們要能 chaining 函數
sketchyBar
.height(rh)
.width(rw)
.x(x)
.y(y)
.fill(color)
.stroke("black")
.strokeWidth(10)
.jostle(5)
// 3. 最後我們利用 d3-selection 來幫我們選取 d3 DOM 傳入
d3.select(this).call(sketchyBar);
})

要達到這種效果,對 Javascript 熟悉的你應該都不困難,我們只要 export 一個物件,在其內設定一個會回傳函式的 function,製作出 closure,再實作相對應的 setter,並且每一個 setter 都回傳 this 即可。

d3-sketchy
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import { select as d3Select, selectAll as d3SelectAll } from "d3-selection";
import { scaleLinear as d3ScaleLinear } from "d3-scale";
import { line as d3Line, curveLinear as d3CurveLinear } from "d3-shape";
let d3sketchy = {};
d3sketchy.rect = function(selection) {
let rh = 50, rw = 10, w = 2, c = [0, 0],
fillColor = "red", strokeColor = "black", jostle = 0;
function d3_sketchyRect(selection) {
// 繪製 sketchy 長條圖的主要函式
}
// 實作各個屬性的 setter
d3_sketchyRect.height = function(data) {
if (!arguments.length) return rh;
rh = data;
return this;
}
d3_sketchyRect.width = function(data) {
// ... 作法與 height 相同
}
d3_sketchyRect.x = function(data) { /* ... */ }
d3_sketchyRect.y = function(data) { /* ... */ }
d3_sketchyRect.fill = function(data) { /* ... */ }
d3_sketchyRect.jostle = function(data) { /* ... */ }
// ... 可以再繼續設置你要的函數
return d3_sketchyRect;
}
export default d3sketchy;

而 export 出去的物件函式執行後所回傳的 function 就是用來接收 d3-selection 傳遞給我們的 d3 DOM,並且繪製 sketchy bar 的函式,相關的 code 大家可以從下面的 codepen 看到,或是到我的 github 上去看也可以:

See the Pen d3-sketchy demo I by Arvin (@arvin0731) on CodePen.

繪製 sketchy bar 的函式主要做三件事:

  1. 繪製一般的長條圖

  2. Random 產生一些動態 offset (在 d3_sketchyRect 這個函式中可以看到有一段看似複雜的計算,其實就只是對稱的畫出內外框,像是在原理介紹那邊的圖一樣)

  3. 用 Svg path 來繪製手繪邊框

最後來打包 Plugin 吧!

其實要打包一個 lib 有很多方法,但是 D3 的作者在 D3 v4 尚未推出前就有寫了一篇文章介紹要怎麼樣製作一個 d3 plugin,為了要能盡量共用所有的 d3 plugin,最好大家都是遵照同樣的準則來處理會比較好。

不過其實也沒什麼準則 XD…主要比較特別的就是 D3 的 plugin 大多是用 rollup 來打包,我猜想是因為當時 webpack 1.x 還沒有加入 tree-shaking 的功能,而針對 plugin 這種小型模組來說,也用不到 webpack 的許多功能,rollup 反而比較適合用來打包 plugin 模組。

完整的 code 與結構可以直接到 github 上參考:d3-sketchy

檔案結構大概就是這樣:

檔案結構

在你的 index.js 中加入:

export {default as sketchy} from "./src/sketchy";

當作 module 的入口,也方便 require。

接著在你的 package.json 中加入 script:

package.json
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"scripts": {
"pretest": "rm -rf build && mkdir build && rollup -c rollup.config.js",
"test": "tape 'test/**/*-test.js'",
"prepublish": "npm run test && uglifyjs build/d3-sketchy.js -c -m -o build/d3-sketchy.min.js",
"postpublish": "zip -j build/d3-sketchy.zip -- LICENSE README.md build/d3-sketchy.js build/d3-sketchy.min.js"
}

可以看到這邊在 publish 前都會用 uglify.js 來產生 min.js 檔案,如此一來你的 user 就可以選擇要不要下載 minify 過的套件。

最後就是撰寫你的 rollup.config.js

rollup.config.js
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import resolve from 'rollup-plugin-node-resolve';
import babel from 'rollup-plugin-babel';
export default {
entry: 'index.js',
dest: 'build/d3-sketchy.js',
format: 'umd', // umd 的格式能透過 CommonJS 或是 AMD 載入
moduleName: 'd3', // 設定為 d3 可以將你的 plugin 放入 global.d3 底下
sourceMap: true,
plugins: [
resolve(),
babel({
exclude: 'node_modules/**'
})
]
};

這邊要注意兩件事情。

  1. rollup 不會幫你打包你從 node_modules 裡面 import 進來的檔案,所以如果你有用到其他的 d3 plugin,變成在你的 plugin 說明內要告知使用者,記得載入相依的 plugin。或是你也可以向我這邊一樣,透過 rollup-plugin-node-resolve 這個 rollup plugin 來幫我們把 node_modules 底下的 lib 也打包

  2. rollup 不會幫你編譯 babel,如果你真的想用 babel,就像我一樣加入 rollup-plugin-babel 即可。

  3. format 記得設為 umd,這樣才能夠在 CommonJS 或 AMD 環境下都能使用。
  4. 最雷的一點在這邊!目前用 rollup 打包 d3 plugin 的話,你需要將 roullup 的版本鎖在 0.41,否則你會發現你編譯出來的 build/d3-xxx.js 內的最前面幾行長得像這樣:
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(function (global, factory) {
typeof exports === 'object' && typeof module !== 'undefined' ? factory(exports) :
typeof define === 'function' && define.amd ? define(['exports'], factory) :
(factory((global.d3 = {})));
}(this, (function (exports) { 'use strict';

有看出什麼問題嗎?

factory((global.d3 = {}))

他會將 global.d3 塞入一個空物件,而非先使用原先的 global.d3:factory((global.d3 = global.d3 || {}))

如此一來,你如果在載入 plugin 之前先載入其他 d3 plugin,就會發生問題了…

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<script src="https://d3js.org/d3.v4.js"></script>
<script src="../build/d3-sketchy.js"></script> <!-- 裡面的 d3 object 會蓋掉上面 d3.v4.js 產生的--->

可能有其他解法,但看了 d3 的一些 plugin 也是先將版本卡在 0.41。

當你做完上述工作後,在你的 repo 底下執行 npm install,就會產生 build folder,裡面含有:

  1. d3-sketchy.js
  2. d3-sketchy.min.js
  3. d3-sketchy.js.map (如果你 rollup.config.js 有設定 sourceMap: true 就會有此檔案)

如此一來別人就能使用你的 plugin 了:

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<script src="../build/d3-sketchy.js"></script>
<script>
var sketchyBar = d3.sketchy.rect();
//...
//..
</script>

結論

有些時候看似很複雜的東西,其實原理卻非常簡單,只是需要發揮點創意。剛好透過這篇也學習了一下 rollup 的相關設定,雖然我私人猜測 rollup 應該還是會慢慢被 webpack 壓過去,即便 rollup 作者寫了這篇文章
這篇算是一個小小的筆記,不是太完整,若有任何疑問或建議歡迎留言討論!

資料來源

  1. d3-sketchy
  2. d3-plugin
  3. rollup

關於作者:
@arvinh 前端攻城獅,熱愛數據分析和資訊視覺化

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