基於 HTML5 Canvas 的元素週期表的展示

圖撲軟體發表於2020-04-06

前言

之前在網上看到別人寫的有關元素週期表的文章,深深的勾起了一波回憶,記憶裡初中時期背的“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖,鈉鎂鋁矽磷,硫氯氬鉀鈣”、“養(氧)龜(矽)鋁鐵蓋(鈣),哪(鈉)家(鉀)沒(鎂)青(氫)菜(鈦)”,高中時期記的質量守恆、元素守恆、原子守恆、電子守恆,時間過的飛快,轉眼我們都已經這麼大了。

現在我用 HT 來實現它,HT 有 2D 拓撲和 3D 模型場景,兩種形式我都實現了,話不多說,先看效果圖。

介面展示

整個頁面由 HT UI 元件構成,使用 ht.ui.TabLayout 標籤頁佈局元件,進行 23D 介面的分別展示。

2D介面:整體是一個 ht.ui.SplitLayout 分割元件(左右分割),左邊使用 ht.ui.HTView 包裝了 GraphView 拓撲圖元件,右邊是一個 ht.ui.Form 表單元件。

 

3D介面:整體是一個 ht.ui.SplitLayout 分割元件(上下分割),上邊新增了 ht.ui.HBoxLayout 構成的按鈕組,下邊是使用 ht.ui.HTView 包裝了 Graph3dView 場景。

demo 地址:http://www.hightopo.com/demo/elementTable/index.html

2D 介面程式碼分析

拓撲圖元件

先來說左邊的拓撲圖元件,ht.graph.GraphView 是 HT 框架中 2D 功能最豐富的元件,具有基本圖形的呈現和編輯功能,拓撲節點連線及自動佈局功能,電力和電信等行業預定義物件,具有動畫渲染等特效, 因此其應用面很廣泛,可作為監控領域的繪圖工具和人機介面,可作為一般性的圖形化編輯工具,可擴充套件成工作流和組織圖等企業應用。

拓撲圖中展示的 118 個元素,每一個都是 ht.Node 拓撲節點,預設的節點展示是一個小電腦樣式,在這裡我們通過 setImage 設定節點顯示的圖片資訊,如下圖:

向量圖通過點、線和多邊形來描述圖形,因此在無限放大和縮小圖片的情況下依然能保持一致的精確度。上圖就是一張向量圖,由 1 個矩形和 6 個文字組成,任意縮放不失真,大家可以訪問 demo 地址,通過滾輪來縮放拓撲圖進行體驗,具體向量圖的繪製請參考向量手冊

肯定有人會有疑問,118 種元素,是否要繪製 118 張向量圖,感覺稍微還能接受,如果是成千上萬呢,那麼人會累趴下的。不用怕,HT 幫我們解決了這個問題,對繪製的向量圖進行資料繫結,將繪製內容的屬性繫結到節點的屬性上,應用中通過更新節點對應屬性,圖形介面就會自動重新整理,達到實時顯示資料的效果,比如我的這張向量圖,我將 6 個元素屬性文字內容和字型顏色以及矩形背景色都進行了資料繫結,繫結好之後我只需要通過 node.a('background', '#FEB64D') 就可以修改矩形的背景色(backgrouond 是矩形背景色繫結的屬性),具體資料繫結請參考資料繫結手冊

既然說到了資料繫結,我們就先看下顯示元素分類的功能,如下圖對比,節點樣式的變化不是通過重新 setImage 設定另一張向量圖,而是修改原向量中繫結的樣式屬性。根據元素所屬類別,修改向量圖的矩形背景色、元素中文名文字顏色。切換狀態的按鈕是 ht.ui.ToggleButton 開關按鈕,擁有“0/1”兩種狀態的切換,通過監聽按鈕是否選中,來切換元素週期表樣式。

 1 toggle.on('p:selected', e => {
 2     if (e.newValue) {
 3         this.htView.legend.s('2d.visible', true); // 顯示類別圖例
 4         this.htView.addClassification(); // 展示分類
 5     }
 6     else {
 7         this.htView.legend.s('2d.visible', false); // 隱藏類別圖例
 8         this.htView.initElements(); // 原始樣式
 9     }
10 });

 

元素類別圖例也是一個 ht.Node 節點,同樣是繪製的向量,它從一開始就在圖紙中, node.s('2d.visible', false) 設定為不可見,要展示分類時,再設定為 true 顯示。

表單皮膚

右邊的表單皮膚有 6 行,第 2 行為元素週期表展示和輪播展示的單選按鈕,來切換展示效果。

第 3 行就是上邊提到的顯示分類功能,第 4 行是一個文字輸入框,用來獲取元素序數,限制了只能輸入數字,還增加了輸入數的驗證,只能輸入 1~118 。

程式碼如下:

 1 let textField = new ht.ui.TextField();
 2 textField.setFormDataName('textField'); // 設定在表單中的名稱
 3 textField.setPlaceholder('請輸入查詢的元素序數!');
 4 textField.setMaskRe(/\d/); // 限制只能輸入數字
 5 textField.setInstant(true); // 開啟即時模式,值改變就派發屬性改變事件
 6 textField.on('p:value', (e) => { // 監聽值改變事件
 7     let value = e.newValue;
 8     if (value > 118) {
 9         textField.setErrorMessage('只有 1 ~ 118 號元素喲!', {
10             placements: ['top']
11         });
12     }
13     else { textField.setErrorMessage(null); }
14 });

第 5 行是一個文字區域 ht.ui.TextArea,用來展示查詢的元素資訊。

第 6 行是一組按鈕,用來提交查詢資料和重置表單資訊。

3D 介面程式碼分析

按鈕組

上邊是一個 ht.ui.HBoxLayout 橫向佈局器,hbox 中新增了 4 個按鈕,來進行 3D 形態轉換。

按鈕支援圖示和文字,提供 normal、hover、active、disabled 四種狀態,按鈕生成程式碼:

 1 createButton(text) {
 2     let button = new ht.ui.Button();
 3     button.setBorder(null);
 4     button.setHoverBorder(null);
 5     button.setActiveBorder(null);
 6     button.setBackground(new ht.ui.drawable.ColorDrawable('rgba(37,115,194,0.6)', 4)); // normal 背景
 7     button.setHoverBackground(new ht.ui.drawable.ColorDrawable('rgba(10,92,173,0.50)', 4)); // hover 背景
 8     button.setActiveBackground(new ht.ui.drawable.ColorDrawable('rgba(15,132,250,0.6)', 4)); // active 背景
 9     button.setText(text);
10     button.setTextColor('rgb(0, 211, 255)');
11     button.setHoverTextColor('rgb(0, 211, 255)');
12     button.setActiveTextColor('rgb(0, 211, 255)');
13 
14     return button;
15 }

通過 button.on('click', e => { // 切換函式 }) 來監聽點選事件。

3D 場景

下邊是 ht.graph3d.Graph3dView,通過對 WebGL 底層技術的封裝,與 HT 其他元件一樣, 基於 HT 統一的 DataModel 資料模型來驅動圖形顯示,極大降低了 3D 圖形技術開發的門檻,在熟悉 HT 資料模型基礎上, 一般程式設計師只需要 1 個小時的學習即可上手 3D 圖形開發。

元素在 3D 場景顯示為一個面片,對面片進行 2D 時做好的向量貼圖,同樣通過修改節點屬性,來控制顯示樣式。

1 node.s({
2     'shape3d': 'billboard', // 設定節點型別為‘billboard’公告板
3     'shape3d.image': 'symbols/元素2.json', // 設定面片貼圖
4     'shape3d.reverse.flip': true, // 設定反面是否顯示正面內容
5     'shape3d.image.cache': true, // 進行貼圖快取
6     'shape3d.fixSizeOnScreen': false, // 設定是否固定保持螢幕大小,不隨縮放而變化
7     'select.brightness': 1 // 設定選中亮度為 1
8 });

接下來說幾種旋轉變化,dm 是 DataModel 即繫結的資料容器,datasMap 用來存放元素變化前後的位置資訊,用於動畫驅動時使用。

1. 隨機打亂:設定一組空間範圍值,生成範圍內的(x,y,z)隨機值,用以設定節點位置。

 1 let dm = this.dm,
 2     datasMap = {};
 3 
 4 dm.each(data => {
 5     let x = Math.random() * 2000 - 1000; // 獲取隨機 x
 6     let y = Math.random() * 2000 - 1000; // 獲取隨機 y
 7     let z = Math.random() * 500 - 250; // 獲取隨機 z
 8     
 9     let position = data.getPosition3d(),
10         px = position[0],
11         py = position[1],
12         pz = position[2];
13 
14     datasMap[data] = {
15         x: x,
16         y: y,
17         z: z,
18         px: px,
19         py: py,
20         pz: pz
21     };
22 });

 

2. 球形環繞:先計算求得球系座標,再根據規則轉化為空間直角座標。

 1 let dm = this.elements,
 2     datasMap = {};
 3 
 4 let r = 500,
 5     phi, theta;
 6 
 7 for (let i = 0; i < 118; i++) { 
 8     let data = dm.get(117 - i);
 9     phi = Math.acos(-1 + (2  * i ) / 118);
10     theta = Math.sqrt(118 * Math.PI) * phi;
11 
12     let z = r * Math.sin(phi) * Math.cos(theta),
13         x = r * Math.sin(phi) * Math.sin(theta),
14         y = r * Math.cos(phi);
15 
16     let position = data.getPosition3d(),
17     px = position[0],
18     py = position[1],
19     pz = position[2];
20 
21     datasMap[data] = {
22         x: x,
23         y: y,
24         z: z,
25         px: px,
26         py: py,
27         pz: pz
28     };
29 }

 

3. 環形圍繞:設定一個環繞半徑、起始高度,以固定角度旋轉,每次降低節點的設定高度。

 1 let dm = this.dm,
 2     datasMap = {},
 3     datas = dm.getDatas(),
 4     radius = 400,
 5     angle = 18,
 6     num = 360 / angle;
 7 
 8 let y = 300, 
 9     count = 0;
10 for (let i = 0; i < 6; i++) {
11     for (let j = 0; j < num; j++) {
12         let data = datas.get(count),
13             radian = Math.PI / 180 * j * angle;
14 
15         if (!data) break;
16         count++;
17 
18         let x = radius * Math.cos(radian),
19             z = radius * Math.sin(radian); 
20         
21         let position = data.p3(),
22             px = position[0],
23             py = position[1],
24             pz = position[2];
25 
26         datasMap[data] = {
27             x: x,
28             y: y,
29             z: z,
30             px: px,
31             py: py,
32             pz: pz
33         };                
34         y -= 6;
35     }
36 }

 

4. 復原:根據記錄的元素的行數和列數,計算元素節點的 xy 值,z 值固定。

 1 let dm = this.dm,
 2     datasMap = {};
 3 
 4 dm.each(data => {
 5     let index = data.a('index'),
 6         row = data.a('row'),
 7         col = data.a('col');
 8 
 9     let position = data.getPosition3d(),
10         px = position[0],
11         py = position[1],
12         pz = position[2];
13 
14     datasMap[data] = {
15         index: index,
16         row: row,
17         col: col,
18         px: px,
19         py: py,
20         pz: pz
21     };
22 });

 

最後有一個元素樣式的切換,右上角是一個 ht.ui.HBoxLayout 橫向佈局器,新增了 3 個 ht.ui.Label 子元件,通過限制 hbox 的寬度和 label 的寬度一致來達到現在的效果,通過監聽滾輪事件下的 label 來改變樣式。

總結

再次看過元素週期表,你是否想起化學課上滿黑板的化學方程式,是否想起了化學實驗課酒精燈的燃燒,是否還記得實驗操作流程、儀器的正確擺放。

再來操作一次吧:http://www.hightopo.com/demo/chemistry/index.html

 

 

 

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