基于HTML5实现3D热图Heatmap应用

Heatmap热图通过众多数据点信息，汇聚成直观可视化颜色效果，热图已广泛被应用于气象预报、医疗成像、机房温度监控等行业，甚至应用于竞技体育领域的数据分析。

已有众多文章分享了生成Heatmap热图原理，可参考《How to make heat maps》和《How to make heat maps in Flex》，本文将介绍基于HTML5技术的实现方式，主要基于Cavans和WebGL这两种HTML5的2D和3D技术的应用，先上最终例子实现的界面效果和操作视频：

/> 实现Heatmap的开源js库比较出名的就是 heatmapjs ，该框架发展了2年多，作者Patrick Wied最近决定在保持开源的基础上，提供有偿的商业支持服务，这是好事，地球上绝大部分开源项目作者搞个barely可用的初级版本后，就多年不见更新了，而真正能实际上线使用的产品哪有不需要持续完善、增强可扩展性以及提供特殊定制服务的，考虑到作者这两年已无偿投了这么多（Over the last 2 years, I devoted more than 500 hours of work to improving heatmap.js to make it a truly great library. ），希望此文也能帮作者在国内起点宣传作用。

heatmapjs 采用的Canvas的2D绘制方式实现，这种基于CPU的绘制方式对于几百几千的点还凑合，但如果需要实时运算成千上万节点效果的，还是得依靠并发性更强大的GPU方式，采用HTML5的话只能是WebGL方案，还好Florian Boesch在《High Performance JS heatmaps》博客中提供了基于WebGL实现的heatmap方式，并将其开源在https://github.com/pyalot/webgl-heatmap  上，这两个开源库质量都还不错，一个基于Canvas实现，一个基于WebGL实现，后者性能高点，但需要支持WebGL的浏览器，heatmapjs 的文档例子比较全面，但两者接口都非常简单易学，代码也都就几百行，你完全可以根据项目情况选择甚至进行代码改造优化。

回到我们要实现的例子，我将采用heatmapjs在内存中实时运算出热图，结合hightopo( 代码核心就在重载forceLayout.onRelaxed函数，在每次自动布局过程将所有热源节点的信息构建成heatmap需要的数据，同时通过ht.Default.setImage(‘hm-bottom’, heatmap._renderer.canvas);将热图的canvas注册成HT的图片，而floor的地板图元绑定了注册的’hm-bottom’图片，这样就实现了内存绘制canvas，然后通过HT for Web的3D引擎将Cavnas作为贴图信息动态呈现到3D场景的效果。

整个实现代码如下不到百行，你也可以采用https://github.com/pyalot/webgl-heatmap 的WebGL方式来实现，这样就是3D到2D再到3D的有趣过程，这就是HTML5技术可无缝融合各种方案的魅力！

 1 MAX = 500;
 2 WIDTH = 1024;
 3 HEIGHT = 512;        
 4 function init() {                           
 5     dataModel = new ht.DataModel();            
 6     g3d = new ht.graph3d.Graph3dView(dataModel);                            
 7     g3d.getMoveMode = function(e){ return 'xyz'; };                        
 8     view = g3d.getView();            
 9     view.className = 'main';
10     document.body.appendChild(view);    
11     window.addEventListener('resize', function (e) { g3d.invalidate(); }, false);            
12     heatmap = h337.create({ width: WIDTH, height: HEIGHT });                                   
13     ht.Default.setImage('hm-bottom', heatmap._renderer.canvas);            
14     var floor = new ht.Node();
15     floor.s3(WIDTH, 1, HEIGHT);
16     floor.s({
17         '3d.selectable': false,
18         'layoutable': false,
19         'all.visible': false,
20         'top.visible': true,
21         'top.image': 'hm-bottom',
22         'top.reverse.flip': true,
23         'bottom.visible': true,
24         'bottom.transparent': true,
25         'bottom.opacity': 0.5,
26         'bottom.reverse.flip': true                
27     });
28     dataModel.add(floor);            
29     var root = createNode();                   
30     for (var i = 0; i < 3; i++) {
31         var iNode = createNode();                       
32         createEdge(root, iNode);
33         for (var j = 0; j < 3; j++) {
34             var jNode = createNode();                            
35             createEdge(iNode, jNode);                                                         
36         }
37     }                   
38     forceLayout = new ht.layout.Force3dLayout(g3d);  
39     forceLayout.start();
40     forceLayout.onRelaxed = function(){
41         var points = [];
42         dataModel.each(function(data){
43             if(data instanceof ht.Node && data !== floor){
44                 var p3 = data.p3();
45                 if(p3[1] > MAX){
46                     p3[1] = MAX;
47                     data.setElevation(MAX);
48                 }
49                 else if(p3[1] < -MAX){
50                     p3[1] = -MAX;
51                     data.setElevation(-MAX);
52                 }                        
53                 points.push({
54                     x: p3[0] + WIDTH/2,
55                     y: p3[2] + HEIGHT/2,
56                     value: MAX - Math.abs(p3[1])
57                 });
58             }
59         });
60         heatmap.setData({data: points, min: 0, max: MAX});
61     };
62 }
63 function createNode(){
64     var node = new ht.Node();             
65     node.s({
66         'shape3d': 'sphere',
67         'shape3d.color': '#E74C3C',
68         'shape3d.opacity': 0.8,
69         'shape3d.transparent': true,
70         'shape3d.reverse.cull': true
71     });
72     node.s3(20, 20, 20);
73     dataModel.add(node);
74     return node;
75 }
76 function createEdge(sourceNode, targetNode){
77     var edge = new ht.Edge(sourceNode, targetNode);
78     edge.s({
79         'edge.width': 3,
80         'edge.offset': 10,                
81         'shape3d': 'cylinder',
82         'shape3d.opacity': 0.7,
83         'shape3d.transparent': true,
84         'shape3d.reverse.cull': true
85     });
86     dataModel.add(edge);
87     return edge;
88 }