[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化

慕容奇妙發表於2018-11-25

首發簡書, 此為合併整理版.程式碼連結放在文末

最近公司需要做一個內部使用的機器學習平臺,其中有一部分需求可以抽象為有向無環圖,一邊踩坑一邊把研發過程記錄了一下(其實是搜不到高耦合業務的成品輪子?),如果有類似需求,不妨泡杯枸杞,慢慢讀完此篇.

教程實現的內容有:

模型節點的拖動, 建立關係(連線)

[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化

模型節點外部操作(節點的增刪,前端實現的DAG環檢測)

[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化

模型整圖的平面移動(全圖放縮,選框,全屏等)

[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化

關於前端視覺化的技術選型.

初接需求, 考慮使用svg與canvas實現此內容,綜合來看:

名稱 svg canvas
影象質量 向量圖隨意縮放 點陣圖,縮放失真
事件驅動 基於dom元素,繫結事件easy 指令碼驅動,事件配置不靈活
效能 同上,故渲染元素過多會造成卡頓 效能極高,更有離屏canvas未來趨勢
適用場景 互動行為較多量級較少影象 超多重複元素的渲染
學習成本 相對簡單 上手有一定成本

故,整體選用svg,且目前市面上基於svg實現的成品有很多, 比如墨刀,processon,noflo,和阿里系的諸多平臺,在部分場景下的表現相當優秀(當然也方便隨時扒開程式碼學習寫法啦~)

書接前文,切回正題

一、節點的實現

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對應節點程式碼(初版)為

{
    name: "name1",
    description: "description1",
    id: 1,
    parentNode: 0,
    childNode: 2,
    imgContent: "",
    parentDetails: {
      a: "",
      b: ""
    },
    linkTo: [{ id: 2 }, { id: 3 }],
    translate: {
      left: 100,
      top: 20
    }
  }
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後期(教程step5後)優化為:

{
    name: "name2",
    id: 2,
    imgContent: "",
    pos_x: 300,
    pos_y: 400,
    type: 'constant',
    in_ports: [0, 1, 2, 3, 4],
    out_ports: [0, 1, 2, 3, 4]
 }
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請忽略靈魂繪圖師的抽象,一切基於資料驅動,模型節點只需要仿照上圖與後端研發互動即可.

二、模型節點連線的實現

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<path
  class="connector"
  v-for="(each, n) in item.linkTo" :key="n"
  :d="computedLink(i, each, n)">
</path>
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基於vue實現所以直接用了:d 動態計算貝塞爾曲線,思路是利用出入節點的id計算起始位置,對曲線公式進行賦值 點選->關於貝塞爾曲線可參考https://brucewar.gitbooks.io/svg-tutorial/15.SVG-path%E5%85%83%E7%B4%A0.html

三、節點拖拽的實現

dragPre(e, i) {
      // 準備拖動節點
      this.setInitRect(); // 初始化畫板座標
      this.currentEvent = "dragPane"; // 修正行為
      this.choice.index = i;
      this.setDragFramePosition(e);
    },
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初始化畫板的原因: 由於元素在視窗的位置並非固定,每次需要初始座標, 方便計算相對位移量.

<g
        :transform="`translate(${dragFrame.posX}, ${dragFrame.posY})`"
        class="dragFrame">
          <foreignObject width="180" height="30" >
            <body xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
              <div
              v-show="currentEvent === 'dragPane'"
              class="dragFrameArea">
              </div>
            </body>
          </foreignObject>
        </g>
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mousedown時獲取拖拽元素的下標,修正座標

dragIng(e) {
      if (this.currentEvent === "dragPane") {
        this.setDragFramePosition(e);
        // 模擬框隨動
      }
    },
setDragFramePosition(e) {
      const x = e.x - this.initPos.left; // 修正拖動元素座標
      const y = e.y - this.initPos.top;
      this.dragFrame = { posX: x - 90, posY: y - 15 };
    }
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拖動時給模擬拖動的元素賦值位置

dragEnd(e) {
      // 拖動結束
      if (this.currentEvent === "dragPane") {
        this.dragFrame = { dragFrame: false, posX: 0, posY: 0 };
        this.setPanePosition(e); // 設定拖動後的位置
      }
      this.currentEvent = null; // 清空事件行為
    },
setPanePosition(e) {
      const x = e.x - this.initPos.left - 90;
      const y = e.y - this.initPos.top - 15;
      const i = this.choice.index;
      this.DataAll[i].translate = { left: x, top: y };
    },
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拖動結束把新的位置賦值給對應元素,當然在實際專案中, 每次變更需要跟後臺互動這些資料, 不需要前端模擬資料變更的,直接請求整張圖的介面重新渲染就好了,更easy

四、節點連線拖拽的實現

和上一步類似,我們也是通過監聽mousedown mousemove 與 mouseup這些事件.來實現節點間連線的拖拽效果.唯一難點在於計算起始的位置.

<g>
          <path
          class="connector"
          :d="dragLinkPath()"
          ></path>
        </g>
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首先來個path

setInitRect() {
      let { left, top } = document
        .getElementById("svgContent")
        .getBoundingClientRect();
      this.initPos = { left, top }; // 修正座標
    },
    linkPre(e, i) {
      this.setInitRect();
      this.currentEvent = "dragLink";
      this.choice.index = i;
      this.setDragLinkPostion(e, true);
      e.preventDefault();
      e.stopPropagation();
    },
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mousedown修正座標

dragIng(e) {
      if (this.currentEvent === "dragLink") {
        this.setDragLinkPostion(e);
      }
    },
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mousemove的時候確定位置

linkEnd(e, i) {
      if (this.currentEvent === "dragLink") {
        this.DataAll[this.choice.index].linkTo.push({ id: i });
        this.DataAll.find(item => item.id === i).parentNode = 1;
      }
      this.currentEvent = null;
    },
    setDragLinkPostion(e, init) {
      // 定位連線
      const x = e.x - this.initPos.left;
      const y = e.y - this.initPos.top;
      if (init) {
        this.dragLink = Object.assign({}, this.dragLink, {
          fromX: x,
          fromY: y
        });
      }
      this.dragLink = Object.assign({}, this.dragLink, { toX: x, toY: y });
    },
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mouseup的時候判斷連入了哪個元素

五、整合以上步驟, 元件抽離

隨著內容的增多,我們需要把所有內容整合, 基於耦合內容對元件進行分割,具體可看目錄結構

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所有的連線變成arrow元件,只繼承座標位置用以渲染 simulateFrame和simulateArrow只動態繼承拖拽時的座標,用以模擬拖拽效果

六、節點拖拽新增的實現

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程式導向來看, 節點拖動無非3個操作:

·拖動前判斷當前情況下能否拖動, 拖動的元素攜帶的節點型別,節點名稱等引數

·拖動中模擬的節點隨滑鼠進行位移,將引數賦值給模擬的節點

·拖動停止判斷鬆手位置是否在畫板中, ( 更改模型資料 | 呼叫後臺介面 )

所以我們需要一個能夠全屏移動的模擬元素 如圖 class='nodesBus-contain'

<nodes-bus v-if="dragBus" :value="busValue.value" :pos_x="busValue.pos_x" :pos_y="busValue.pos_y" />
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這個元素在全域性dom中位置僅次於最大容器,接收座標位置和展示名稱.

      dragBus: false,
      busValue: {
        value: "name",
        pos_x: 100,
        pos_y: 100
      }
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最外層元件使用dragBus控制是否展示和位置等.

  <div class="page-content" @mousedown="startNodesBus($event)" @mousemove="moveNodesBus($event)" @mouseup="endNodesBus($event)">
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外層容器3個事件, mouseDown, mouseMove, mouseUp

<span @mousedown="dragIt('拖動1')">拖動我吧1</span>
<span @mousedown="dragIt('拖動2')">拖動我吧2</span>
dragIt(val) {
      sessionStorage["dragDes"] = JSON.stringify({
        drag: true,
        name: val
      });
    }
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需要點選觸發拖動的元素使用快取來傳遞資料,控制模擬節點.

startNodesBus(e) {
      /**
       *  別的元件呼叫時, 先放入快取
       * dragDes: {
       *    drag: true,
       *    name: 元件名稱
       *    type: 元件型別
       *    model_id: 跟後臺互動使用
       * }
       **/
      let dragDes = null;
      if (sessionStorage["dragDes"]) {
        dragDes = JSON.parse(sessionStorage["dragDes"])
      }
      if (dragDes && dragDes.drag) {
        const x = e.pageX;
        const y = e.pageY;
        this.busValue = Object.assign({}, this.busValue, {
          pos_x: x,
          pos_y: y,
          value: dragDes.name
        });
        this.dragBus = true;
      }
    }
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冒泡到最上層元件時觸發容器的mouseUp事件, 使模擬的節點展示,並賦值需要的引數.使用快取來控制行為,是為了防止別的無關元素干擾.

moveNodesBus(e) {
      if (this.dragBus) {
        const x = e.pageX;
        const y = e.pageY;
        this.busValue = Object.assign({}, this.busValue, {
          pos_x: x,
          pos_y: y
        });
      }
    },
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移動中的行為很簡單,只需要動態將滑鼠的頁面位置賦值進入即可.

endNodesBus(e) {
      let dragDes = null;
      if (sessionStorage["dragDes"]) {
        dragDes = JSON.parse(sessionStorage["dragDes"])
      }
      if (dragDes && dragDes.drag && e.toElement.id === "svgContent") {
        const { model_id, type } = dragDes;
        const pos_x = e.offsetX - 90; // 引數修正
        const pos_y = e.offsetY - 15; // 引數修正
        const params = {
          model_id: sessionStorage["newGraph"],
          desp: {
            type,
            pos_x,
            pos_y,
            name: this.busValue.value
          }
        };
        this.addNode(params);
      }
      window.sessionStorage["dragDes"] = null;
      this.dragBus = false;
    }
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取出mouseUp時的滑鼠位置, 矯正之後更改模型資料即可, 這裡呼叫的this.addNode(params)來自於vuex, 在後文會對vuex進行統一講解.

七、節點的刪除

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刪除節點使用右鍵調出選項框,這裡我們可以監聽元素的右鍵行為,並禁掉所有預設行為.

        <g
        v-for="(item, i) in DataAll.nodes"
        :key="'_' + i" class="svgEach"
        :transform="`translate(${item.pos_x}, ${item.pos_y})`"
        @contextmenu="r_click_nodes($event, i)">
---------------------------------------------------------------------------
  r_click_nodes(e, i) { // 節點的右鍵事件
      this.setInitRect()
      const id = this.DataAll.nodes[i].id;
      const x = e.x - this.initPos.left;
      const y = e.y - this.initPos.top;
      this.is_edit_area = {
        value: true,
        x,
        y,
        id
      }
      e.stopPropagation();
      e.cancelBubble = true;
      e.preventDefault();
    }
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然後將操作的節點id和滑鼠位置傳給選項模擬元件nodesBus.vue 以保證選項框出現在合適位置. 這裡還有一個坑, 我們要保證點選其他位置可以關閉模態框,所以需要加一層遮罩,在這裡筆者取了個巧,並沒有加一層cover div

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 <foreignObject width="100%" height="100%" style="position: relative" @click="click_menu_cover($event)">
        <body xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" :style="get_menu_style()">
            <div class="menu_contain">
                <span @click="delEdges">刪除節點</span>
                <span>編輯</span>
                <span>乾點別的啥</span>
            </div>
        </body>
 </foreignObject>
-------------------------------------------------
click_menu_cover(e) {
      this.$emit('close_click_nodes')
      e.preventDefault();
      e.cancelBubble = true;
      e.stopPropagation();
 },
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直接在元件內部攔截mouseDown 關閉彈框即可.

let params = {
        model_id: sessionStorage['newGraph'],
        id: this.isEditAreaShow.id
 }
this.delNode(params)
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model_id是本專案跟後臺互動的引數請無視 拿到id直接呼叫vuex的delNode即可

八、 連線,節點的刪除及vuex的使用

[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化

為了元件分的更加細緻,方便元件間的資料共享,引入vuex作為本專案的資料承接.多元件共同使用dagStore.js的DataAll,

    addEdge: ({ commit }, { desp }) => { // 增加邊
      commit('ADD_EDGE_DATA', desp)
    },
    delEdge: ({ commit }, { id }) => { // 刪除邊
      commit('DEL_EDGE_DATA', id)
    },
    moveNode: ({ commit }, params) => { // 移動點的位置
      commit('MOVE_NODE_DATA', params)
    },
    addNode: ({ commit }, params) => { // 增加節點
      commit('ADD_NODE_DATA', params)
    },
    delNode: ({ commit }, { id }) => { // 刪除節點
      commit('DEL_NODE_DATA', id)
    },
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state的資料結構為

DataAll: {
      nodes: [{
        name: "name5",
        id: 1,
        imgContent: "",
        pos_x: 100,
        pos_y: 230,
        type: "constant",
        in_ports: [0, 1, 2],
        out_ports: [0, 1, 2, 3, 4]
      }],
      edges: [{
        id: 1,
        dst_input_idx: 1,
        dst_node_id: 1,
        src_node_id: 2,
        src_output_idx: 2
      }],
      model_id: 21
    }
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所有操作只更改state中的DataAll即可.

ADD_NODE_DATA: (state, params) => {
      let _nodes = state.DataAll.nodes
      _nodes.push({
        ...params.desp,
        id: state.DataAll.nodes.length + 10,
        in_ports: [0, 1, 2, 3, 4],
        out_ports: [0, 1, 2, 3, 4]
      })
}
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節點新增

DEL_NODE_DATA: (state, id) => {
      let _edges = []
      let _nodes = []
      state.DataAll.edges.forEach(item => {
        if (item.dst_node_id !== id && item.src_node_id !== id) {
          _edges.push(item)
        }
      })
      state.DataAll.nodes.forEach(item => {
        if (item.id !== id) {
          _nodes.push(item)
        }
      })
      state.DataAll.edges = _edges
      state.DataAll.nodes = _nodes
 }
複製程式碼

節點刪除

DEL_EDGE_DATA: (state, id) => {
      let _edges = []
      state.DataAll.edges.forEach((item, i) => {
        if (item.id !== id) {
          _edges.push(item)
        }
      })
      state.DataAll.edges = _edges
},
複製程式碼

節點間連線的清除

ADD_EDGE_DATA: (state, desp) => {
      let _DataAll = state.DataAll
      _DataAll.edges.push({
        ...desp,
        id: state.DataAll.edges.length + 10
      })
      /**
       * 檢測是否成環
       **/
      let isCircle = false
      const { dst_node_id } = desp // 出口 入口id
      const checkCircle = (dst_node_id, nth) => {
        if (nth > _DataAll.nodes.length) {
          isCircle = true
          return false
        } else {
          _DataAll.edges.forEach(item => {
            if (item.src_node_id === dst_node_id) {
              console.log('目標節點是', item.src_node_id, '次數為', nth)
              checkCircle(item.dst_node_id, ++nth)
            }
          })
        }
      }
      checkCircle(dst_node_id, 1)
      if (isCircle) {
        _DataAll.edges.pop()
        alert('禁止成環')
      }
}
複製程式碼

上面的程式碼為節點的增加,其中新增了一個是否成環的檢測, 不斷遞迴節點, 從目標節點身上尋找節點路徑,如果迴圈次數超過節點總數, 則證明出現了環,取消操作.

在實際專案中, 每一步操作都可以傳給後端,因此前端沒有很大計算量,由後端同學負責放在快取中計算

九、 整圖拖動的實現

[簡易版]有向無環圖(DAG)前端視覺化
整圖拖動的實現 把整圖放進svg內部的一個g元素內, 動態傳入g元素上transfrom的translate進行位置的變換,由於是元件的狀態值(state),筆者不建議放入vuex進行管控,建議放入vue元件裡的data即可, 在本專案中筆者存入了sessionStorage, 方便後面精確計算當前滑鼠位置和原始比例中滑鼠的所屬位置.

 svgMouseDown(e) {
      // svg滑鼠按下觸發事件分發
      this.setInitRect();
      if (this.currentEvent === "sel_area") {
        this.selAreaStart(e);
      } else {
        // 那就拖動畫布
        this.currentEvent = "move_graph";
        this.graphMovePre(e);
      }
    },
複製程式碼

事件觸發: 在svg畫布mousedown的時候進行事件分發

 /**
     * 畫布拖動
     */
    graphMovePre(e) {
      const { x, y } = e;
      this.svg_trans_init = { x, y };
      this.svg_trans_pre = { x: this.svg_left, y: this.svg_top };
    },
    graphMoveIng(e) {
      const { x, y } = this.svg_trans_init;
      this.svg_left = e.x - x + this.svg_trans_pre.x;
      this.svg_top = e.y - y + this.svg_trans_pre.y;
      sessionStorage["svg_left"] = this.svg_left;
      sessionStorage["svg_top"] = this.svg_top;
    },
複製程式碼

在mousemove的過程中監聽滑鼠動態變化, 通過比較mousedown的初始位置,來更改當前畫布位置 關於座標計算的問題放在整圖縮放裡講, 迴歸座標計算需要考慮縮放倍數

十、 整圖縮放的實現 & 當前滑鼠位置計算原始座標

同十一, 通過svg下面g標籤的transform: scale(x), 來進行節點的整體縮放

    <g :transform="` translate(${svg_left}, ${svg_top}) scale(${svgScale})`" >
複製程式碼

在這裡svgScale使用了vuex來管控 , 是想證明, 元件的狀態管理, 沒有統一規範, 但是依然強烈建議state交給元件, 資料(data)交給vuex.
↓↓

    svgScale: state => state.dagStore.svgSize
複製程式碼

這裡新增一個懸浮欄元件, 方便使用者操作.

<template>
     <g>
        <foreignObject width="200px" height="30px" style="position: relative">
        <body xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
            <div class="control_menu">
                <span @click="sizeExpend">╋</span>
                <span @click="sizeShrink">一</span>
                <span @click="sizeInit">╬</span>
                <span :class="['sel_area', 'sel_area_ing'].indexOf(currentEvent) !== -1 ? 'sel_ing' : ''" @click="sel_area($event)">口</span>
                <span @click="fullScreen">{{ changeScreen }}</span>
            </div>
        </body>
        </foreignObject>
    </g>
</template>
複製程式碼
 /**
     *  svg畫板縮放行為
     */
    sizeInit() {
      this.changeSize("init"); // 迴歸到預設倍數
      this.svg_left = 0; // 迴歸到預設位置
      this.svg_top = 0;
      sessionStorage['svg_left'] = 0;
      sessionStorage['svg_top'] = 0;
    },
    sizeExpend() {
      this.changeSize("expend"); // 畫板放大0.1
    },
    sizeShrink() {
      this.changeSize("shrink"); // 畫板縮小0.1
    },
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由於是vuex管控,所以在mutation裡改變svgSize

CHANGE_SIZE: (state, action) => {
      switch (action) {
        case 'init':
          state.svgSize = 1
          break
        case 'expend':
          state.svgSize += 0.1
          break
        case 'shrink':
          state.svgSize -= 0.1
          break
        default: state.svgSize = state.svgSize
      }
      sessionStorage['svgScale'] = state.svgSize
    },
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截至目前, 我們已經完成了graph的座標移動和縮放功能,下面有個重要的問題,就是我們在操作座標行為的時候,拿到的只能是在元件中的座標, 這樣會導致所有的結果都是錯位的,我們需要重新計算,拿回無縮放無位移時的真正座標.

以節點拖動結束為例

paneDragEnd(e) {
      // 節點拖動結束
      this.dragFrame = { dragFrame: false, posX: 0, posY: 0 }; // 關閉模態框
      const x = // x軸座標需要減去X軸位移量, 再除以放縮比例 減去模態框寬度一半
        (e.x - this.initPos.left - (sessionStorage["svg_left"] || 0)) / this.svgScale -
        90;
      const y = // y軸座標需要減去y軸位移量, 再除以放縮比例 減去模態框高度一半
        (e.y - this.initPos.top - (sessionStorage["svg_top"] || 0)) / this.svgScale -
        15;
      let params = {
        model_id: sessionStorage["newGraph"],
        id: this.DataAll.nodes[this.choice.index].id,
        pos_x: x,
        pos_y: y
      };
      this.moveNode(params);
    },
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所有用得到座標的位置,都需要減去橫縱座標偏移量再除以縮放的比例獲取原始比例.程式碼不再贅述.

十一、全屏

以chrome瀏覽器的為例, 不同瀏覽器都元素放縮有著不同的api

    fullScreen() {
      if (this.changeScreen === "全") {
        this.changeScreen = "關";
        let root = document.getElementById("svgContent");
        root.webkitRequestFullScreen();
      } else {
        this.changeScreen = "全";
        document.webkitExitFullscreen();
      }
    }
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document.getElementById('svgContent').webkitRequestFullScreen() 將該元素全屏。 document.webkitExitFullScreen() 退出全屏.

十二、橡皮筋選框

橡皮筋選框的思路是, 拖動一個div模態框,獲取左上和右下的座標, 改變兩座標內的節點的選取狀態即可.

    <div :class="choice.paneNode.indexOf(item.id) !== -1 ? 'pane-node-content selected' : 'pane-node-content'">
      choice: {
        paneNode: [], // 選取的節點下標組
        index: -1,
        point: -1 // 選取的點數的下標
      },
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選取狀態為元件的狀態,故放在元件管控,不走vuex. 框選只需要把選擇元素的id push到paneNode裡即可.

selAreaStart(e) {
      // 框選節點開始 在mousedown的時候呼叫
      this.currentEvent = "sel_area_ing";
      const x =
        (e.x - this.initPos.left - (sessionStorage["svg_left"] || 0)) /
        this.svgScale;
      const y =
        (e.y - this.initPos.top - (sessionStorage["svg_top"] || 0)) /
        this.svgScale;
      this.simulate_sel_area = {
        left: x,
        top: y,
        width: 0,
        height: 0
      };
    },
    setSelAreaPostion(e) {
      // 框選節點ing  
      const x =
        (e.x - this.initPos.left - (sessionStorage["svg_left"] || 0)) /
        this.svgScale;
      const y =
        (e.y - this.initPos.top - (sessionStorage["svg_top"] || 0)) /
        this.svgScale;
      const width = x - this.simulate_sel_area.left;
      const height = y - this.simulate_sel_area.top;
      this.simulate_sel_area.width = width;
      this.simulate_sel_area.height = height;
    },
    getSelNodes(postions) {
      // 選取框選的節點
      const { left, top, width, height } = postions;
      this.choice.paneNode.length = 0;
      this.DataAll.nodes.forEach(item => {
        if (
          item.pos_x > left &&
          item.pos_x < left + width &&
          item.pos_y > top &&
          item.pos_y < top + height
        ) {
          this.choice.paneNode.push(item.id);
        }
      });
      console.log("目前選擇的節點是", this.choice.paneNode);
    },
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this.simulate_sel_area 放置框選模態框的起點座標及高寬,傳遞給元件使用即可.

十三、 事件整理

截至目前,我們專案裡充斥著大量的事件,這裡我們可以通過currentEvent來控制事件行為, 通過監聽觸發對應事件,進行事件分發.

    /**
     * 事件分發器
     */
    dragIng(e) {
     // 事件發放器 根據currentEvent來執行系列事件
      switch (this.currentEvent) {
        case 'dragPane':
          if (e.timeStamp - this.timeStamp > 200) {
            this.currentEvent = "PaneDraging"; // 確認是拖動節點
          };
          break;
        case 'PaneDraging':
           this.setDragFramePosition(e); // 觸發節點拖動
           break;
        case 'dragLink':
          this.setDragLinkPostion(e); // 觸發連線拖動
          break;
        case 'sel_area_ing':
          this.setSelAreaPostion(e); // 觸發框選
          break;
        case 'move_graph':
          this.graphMoveIng(e);
          break;
        default: () => { }
      }
    }
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回顧所有內容, 共計三週的時間完成模型視覺化需求的實現與元件抽離, 希望能給有需要的同仁以淺顯的幫助,所有程式碼並非最佳實踐,只願拋磚而引玉。

具體程式碼可前往github檢視點選跳轉:https://github.com/murongqimiao/DAGBoard.

或前往zhanglizhong.cn檢視DEMO

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