基于WebGL的大数据二三维可视化--uber的deck.gl介绍

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deck.gl是由uber开发并开源出来的基于WebGL的大数据量可视化框架。它具有提供不同类型可视化图层，GPU渲染的高性能，React和Mapbox GL集成，结合地理信息数据（GPS）的特点。下面我们就举两个例子探索一下这个神奇的库。

1.第一站：将源码的例子跑起来

源码在github里，首先克隆出来。

npm 下载，在项目根目录下

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npm install

(友情提醒，如果npm下载速度比较慢，可以使用淘宝镜像，详细请自行搜索)

下面我们来到例子中，和上不一样在example文件夹下下载安装

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npm install

安装成功之后，要申请mapbox的一个key。方法如下：
在mapbox网站注册后进入https://www.mapbox.com/studio/account/tokens/,我们便可以在Default Public Token
找到我们需要的mapbox key。

在例子文件夹下命令行下输入

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export MAPBOX_ACCESS_TOKEN=<上面申请到的key>

注意：cmd会不认export,可以使用git命令行，或者直接在代码中加入

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//const MAPBOX_TOKEN = process.env.MAPBOX_ACCESS_TOKEN; //改为
const MAPBOX_TOKEN = <上面申请到的key>

然后执行

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npm run start

浏览器会自动打开,地址为localhost:3030。

第一例子3d-heatmap,我们看到
对应官网上的例子http://uber.github.io/deck.gl/#/examples/core-layers/hexagon-layer

这是一个HexagonLayer的例子。
第二个例子是利用geojson
对应官网上的例子http://uber.github.io/deck.gl/#/examples/core-layers/geojson-layer

2.第二站：先拿一个例子看看

第一例子3d-heatmap，显示效果上面有给出。

源码路径。

https://github.com/uber/deck.gl/tree/master/examples/3d-heatmap

deck.gl 是基于地理信息数据的，所以可视化很多都会分层两层，一层是地图数据底图，一层是可视化的数据。这个观念我们要记住，带进去看整个例子。对于这个例子组件MapGL是地里数据底图，组件DeckGLOverlay是可视化成的数据。

基本结构很见简单。

由于是使用React框架搭建，html很简单

  • index.html
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<!doctype html>
<html>
  <head>
    <meta charset='UTF-8' />
    <title>deck.gl example</title>
    <style>
      body {margin: 0; padding: 0; overflow: hidden;}
    </style>
  </head>
  <body>
    <script src='bundle.js'></script>
  </body>
</html>
  • deckgl-overlay.js

首先引入React和deckgl。

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import React, {Component} from 'react';
import DeckGL, {HexagonLayer} from 'deck.gl';

几个变量先放出来，光线设置（LIGHT_SETTINGS），颜色范围设置（colorRange），高度显示范围（elevationScale），一些默认的属性（defaultProps）。

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const LIGHT_SETTINGS = {
  lightsPosition: [-0.144528, 49.739968, 8000, -3.807751, 54.104682, 8000],
  ambientRatio: 0.4,
  diffuseRatio: 0.6,
  specularRatio: 0.2,
  lightsStrength: [0.8, 0.0, 0.8, 0.0],
  numberOfLights: 2
};

const colorRange = [
  [1, 152, 189],
  [73, 227, 206],
  [216, 254, 181],
  [254, 237, 177],
  [254, 173, 84],
  [209, 55, 78]
];

const elevationScale = {min: 1, max: 50};

const defaultProps = {
  radius: 1000,
  upperPercentile: 100,
  coverage: 1
};

我们建立叫DeckGLOverlay的组件

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export default class DeckGLOverlay extends Component {
}

组件中提供了两个静态的属性，静态属性可以使用[类名].[方法名]调用，例如：DeckGLOverlay.defaultColorRange。

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static get defaultColorRange() {//默认的颜色范围
  return colorRange;
}

static get defaultViewport() {//默认的视图
  return {
    longitude: -1.4157267858730052,
    latitude: 52.232395363869415,
    zoom: 6.6,
    minZoom: 5,
    maxZoom: 15,
    pitch: 40.5,
    bearing: -27.396674584323023
  };
}

constructor是构造函数，主要看的是_animateHeight对组件state的设置，这个是用来控制高度的

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constructor(props) {
  super(props);
  this.startAnimationTimer = null;
  this.intervalTimer = null;
  this.state = {
    elevationScale: elevationScale.min
  };

  this._startAnimate = this._startAnimate.bind(this);
  this._animateHeight = this._animateHeight.bind(this);

}

componentDidMount() {
  this._animate();
}

componentWillReceiveProps(nextProps) {
  if (nextProps.data.length !== this.props.data.length) {
    this._animate();
  }
}

componentWillUnmount() {
  this._stopAnimate();
}

_animate() {
  this._stopAnimate();

  // wait 1.5 secs to start animation so that all data are loaded
  this.startAnimationTimer = window.setTimeout(this._startAnimate, 1500);
}

_startAnimate() {
  this.intervalTimer = window.setInterval(this._animateHeight, 20);
}

_stopAnimate() {
  window.clearTimeout(this.startAnimationTimer);
  window.clearTimeout(this.intervalTimer);
}

_animateHeight() {
  if (this.state.elevationScale === elevationScale.max) {
    this._stopAnimate();
  } else {
    this.setState({elevationScale: this.state.elevationScale + 1});
  }
}

_initialize(gl) {
  gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
  gl.depthFunc(gl.LEQUAL);
}

render渲染方法，layers是可视化渲染的图层定义变量。

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render() {
  const {viewport, data, radius, coverage, upperPercentile} = this.props;

  if (!data) {
    return null;
  }

  const layers = [
    new HexagonLayer({
      id: 'heatmap',
      colorRange,
      coverage,
      data,
      elevationRange: [0, 3000],
      elevationScale: this.state.elevationScale, //高度
      extruded: true,
      getPosition: d => d,          //位置
      lightSettings: LIGHT_SETTINGS,
      onHover: this.props.onHover,
      opacity: 1,
      pickable: Boolean(this.props.onHover),
      radius,
      upperPercentile
    })
  ];

  return <DeckGL {...viewport} layers={layers} onWebGLInitialized={this._initialize} />;
}

  • app.js

引入：

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import React, {Component} from 'react';
import {render} from 'react-dom';
import MapGL from 'react-map-gl';
import DeckGLOverlay from './deckgl-overlay.js';

import {csv as requestCsv} from 'd3-request';//加载csv文件

mapbox key：

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const MAPBOX_TOKEN = process.env.MAPBOX_ACCESS_TOKEN;

组件Root：
在构造函数中，我们将两个关键的变量viewport和data均放入到state中。这里的MapGL组件就是地理底图。

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class Root extends Component {

  constructor(props) {
    super(props);
    this.state = {
      viewport: {
        ...DeckGLOverlay.defaultViewport,
        width: 500,
        height: 500
      },
      data: null
    };
    //请求csv数据
    requestCsv('./data/heatmap-data.csv', (error, response) => {
      if (!error) {
        const data = response.map(d => ([Number(d.lng), Number(d.lat)]));
        this.setState({data});
      }
    });
  }

  componentDidMount() {
    window.addEventListener('resize', this._resize.bind(this));
    this._resize();
  }

  _resize() {
    this._onChangeViewport({
      width: window.innerWidth,
      height: window.innerHeight
    });
  }

  _onChangeViewport(viewport) {
    this.setState({
      viewport: {...this.state.viewport, ...viewport}
    });
  }

  render() {
    const {viewport, data} = this.state;

    return (
      <MapGL
        {...viewport}
        mapStyle="mapbox://styles/mapbox/dark-v9"
        perspectiveEnabled={true}
        onChangeViewport={this._onChangeViewport.bind(this)}
        mapboxApiAccessToken={MAPBOX_TOKEN}>
        <DeckGLOverlay
          viewport={viewport}
          data={data || []}
        />
      </MapGL>
    );
  }
}

渲染：

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render(<Root />, document.body.appendChild(document.createElement('div')));

MapGL组件我们来修改下mapStyle来重新生成一张图。

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mapStyle="mapbox://styles/mapbox/satellite-v9"

来看下显示效果，地图就变成了卫星影像。

mapbox提供了几款基础的样式，我们还可以自定义样式使用。

3.第三站：总结一下

通过上面我们就分析了一个简单的例子，使用Deck.gl，MapGL组件，利用两百多行代码就可以渲染14万多条数据，而且显示效果让我们惊叹，还支持交互，性能比较好，基于WebGL的大数据二三维可视化一个值得研究的方向。

参考阅读：