D3.js实现简洁实用的动态仪表盘

动态效果图：

仪表盘效果图

细看上面的动态效果图，可以发现：

• 一个值变换到一个新的值时，是一个渐变的过程；
• 圆弧末尾有一个竖线，作为仪表盘的指针，在仪表盘数值变化时，有一个弹性的动画效果。

一开始，我是用Echarts来实现仪表盘，但是它无法满足上面的两点需求。所以后来改成用D3.js。
D3.js可以完美地实现图表的定制，从细节上，完美地满足我们的需求。

初始化仪表盘

1. 首先定义一个svg元素：

   <svg id="myGauge" width="80" height="108" ></svg>
   

   然后，声明一些变量用于初始化：

   var width=80, 
       height=108,   //svg的高度和宽度，也可以通过svg的width、height属性获取
       innerRadius = 22,
       outerRadius = 30,  //圆弧的内外半径
       arcMin = -Math.PI*2/3,
       arcMax = Math.PI*2/3,  //圆弧的起始角度和终止角度
   

2. 创建一个 arc 方法，并设置所有的属性，除了 endAngle。在创建圆弧的时候，传递一个包含 endAngle 属性的对象到这个方法，就可以计算出一个给定角度的 SVG path。

   var arc = d3.arc()
       .innerRadius(22)
       .outerRadius(30)
       .startAngle(arcMin)
   

   圆弧角度怎么设置呢？
   把一个圆圈对应到一个时钟，那么12点钟对应的角度就是0，顺时针3点钟的角度是Math.PI/2，逆时针6点钟的角度是-Math.PI。因此-Math.PI*2/3到Math.PI*2/3的圆弧形状如上面的效果图所示。更多参考API文档中的arc.startAngle。

3. 获取SVG元素，并且转换原点到画布的中心，这样我们在之后创建圆弧时就不需要再单独指定它们的位置了

   var svg = d3.select("#myGauge")
   var g = svg.append("g").attr("transform", "translate(" + width / 2 + "," + height / 2 + ")");
   

4. 添加仪表盘中的文字（标题，数值，单位）

   //添加仪表盘的标题
   g.append("text").attr("class", "gauge-title")
       .style("alignment-baseline", "central") //相对父元素对齐方式
       .style("text-anchor", "middle") //文本锚点，居中
       .attr("y", -45)   //到中心的距离
       .text("CPU占用率");
   //添加仪表盘显示的数值，因为之后还要更新，所以声明一个变量
   var valueLabel = g.append("text").attr("class", "gauge-value")
       .style("alignment-baseline", "central") //相对父元素对齐方式
       .style("text-anchor", "middle") //文本锚点，居中
       .attr("y", 25)    //到中心的距离
       .text(12.65); 
   //添加仪表盘显示数值的单位            
   g.append("text").attr("class", "gauge-unity")
       .style("alignment-baseline", "central") //相对父元素对齐方式
       .style("text-anchor", "middle") //文本锚点，居中
       .attr("y", 40)    //到中心的距离
       .text("%");
   

   D3制作的SVG图，与Echarts绘制的Canvas比起来，很重要的一个优点是，可以用CSS定义SVG的样式。比如，此处仪表盘标题的样式如下：

   .gauge-title{
       font-size: 10px;
       fill: #A1A6AD;
   }
   

5. 添加背景圆弧

   //添加背景圆弧
   var background = g.append("path")
       .datum({endAngle:arcMax})  //传递endAngle参数到arc方法
       .style("fill", "#444851")
       .attr("d", arc);
   

6. 添加表示百分比的圆弧，其中percentage是要表示的百分比，0到1的小数。

   //计算圆弧的结束角度
   var currentAngle = percentage*(arcMax-arcMin) + arcMin
   //添加另一层圆弧，用于表示百分比
   var foreground = g.append("path")
       .datum({endAngle:currentAngle})
       .style("fill", "#444851")
       .attr("d", arc);
   

7. 在圆弧末尾添加一个指针标记

   var tick = g.append("line")
       .attr('class', 'gauge-tick')
       .attr("x1", 0)
       .attr("y1", -innerRadius)
       .attr("x2", 0)
       .attr("y2", -(innerRadius + 12))  //定义line位置，默认是在圆弧正中间，12是指针的长度
       .style("stroke", "#A1A6AD")
       .attr('transform', 'rotate('+ angleToDegree(currentAngle) +')')
   

   rotate中的参数是度数，Math.PI对应180，因此需要自定义一个angleToDegree方法把currentAngle转换一下。

至此，一个SVG仪表盘就制作出来了，不过是静止的，那怎么更新这个仪表盘呢？

更新仪表盘

需要更新：表示新的百分比的圆弧；圆弧下方的数值。
修改圆弧下方的数值很简单：

valueLabel.text(newValue)

更新圆弧则稍麻烦一点，具体思路是：修改圆弧的endAngle，以及修改圆弧末尾指针的transform值。
实现的过程中，需要使用的API：

• selection.transition：https://github.com/d3/d3-transition/blob/master/README.md#selection_transition
• transition.attrTween：https://github.com/d3/d3-transition/blob/master/README.md#transition_attrTween
• d3.interpolate：https://github.com/d3/d3-interpolate/blob/master/README.md#interpolate

1. 更新圆弧，其中angle为新圆弧的结束角度。

   //更新圆弧，并且设置渐变动效
   foreground.transition()
       .duration(750)
       .ease(d3.easeElastic)   //设置来回弹动的效果
       .attrTween("d", arcTween(angle)); 
   

   arcTween方法定义如下。它返回一个d属性的补间（渐变）动画方法，使一个圆弧从当前的角度渐变到另一个新的角度。

   arcTween(newAngle) {
       let self=this
       return function(d) {
           var interpolate = d3.interpolate(d.endAngle, newAngle); //在两个值间找一个插值
           return function(t) {
               d.endAngle = interpolate(t);    //根据 transition 的时间 t 计算插值并赋值给endAngle
               return arc(d); //返回新的“d”属性值
           };  
       };
   }
   

   这个方法更详细的说明可以参考Arc Tween中的注释。
2. 更新圆弧末尾的指针的原理同上，其中oldAngle是旧圆弧的结束角度。

   //更新圆弧末端的指针标记，并且设置渐变动效            
   tick.transition()
       .duration(750)
       .ease(d3.easeElastic)   //设置来回弹动的效果
       .attrTween('transform', function(){ //设置“transform”属性的渐变，原理同上面的arcTween方法
           var i = d3.interpolate(angleToDegree(oldAngle), angleToDegree(newAngle));    //取插值
           return function(t) {
               return 'rotate('+ i(t) +')'
           };
       })
   

至此，我们就成功制作了一个动态刷新的简介美观的SVG仪表盘。

结束

每次使用D3.js都会忍不住觉得它真是太强大、太有意思了~它就像是一个百宝箱，让我们最大限度地满足需求。

参考阅读：

• Arc Tween： http://bl.ocks.org/mbostock/5100636
• D3 API文档：https://github.com/d3/d3/blob/master/API.md