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可视化工具solo show-----Prefuse自带例子GraphView讲解
2014.10.15日以来的一个月，挤破了头、跑断了腿、伤透了心、吃够了全国最大餐饮连锁店——沙县小吃。其中酸甜苦辣，绝不是三言两语能够说得清道的明的。校招的兄弟姐妹们，你们懂得……
体会最深的一句话还是：出来混，迟早要还的。
一个月过去了，迷茫之际有太多无奈，无奈中又夹杂些许庆幸，岁月匆匆，人生不息，奋斗不止。
遵守最初的诺言，继续走我可视化的道路：
上集摘要：一个月博文中大概介绍了可视化的一些常用工具，从可操作性、实用性、交互性等各方面进行了简单的对比和总结，具体参见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow.html，结合自己的需求，挑出了Prefuse和Processing两员大将出来露了一手，详情请见http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow2.html
一番角逐之后，Prefuse工具集脱颖而出，其强大的展示效果、开发者友好的API说明文档、丰富的自带Demo无一不让我对其欲罢不能。下面我们来好好分析下Prefuse的强大之处：
1.Prefuse主要特征：
（1）任意数据类型的表格、图和树形数据结构，数据索引、选择查询，有效的内存占用
（2）具有布局、着色、大小、图形编码、扭曲、动画等多个组件
（3）具有交互控制库
（4）支持动画过渡，通过一系列的活动调度机制
（5）支持平移、缩放等视图变换
（6）对于交互过滤数据的动态查询
（7）能够使用可用的搜索引擎进行文本检索
（8）具有布局和动画的力导向模拟引擎
（9）灵活的多视图展现，包括“概述+细节”和“小倍数”显示
（10）内置类SQL语句查询，可以用于编写查询语句实现查询指定字段的数据
（11）提供查询语句到Prefuse数据结构的数据映射的SQL查询
（12）简单、开发者友好的APIs文档
2.Prefuse模型：
（1）prefuse.data包提供了 Table， Graph， Tree等数据结构；提供了一个data tables，他的行使用一个类 Tuple来表示；这个包中，Node和Edge来表示图或者树的一些成员。
作为一种高级特征的工具集，Prefuse提供了一种解释性的表达式语言，该语言可以用来请求Prefuse中的数据结构并根据已有的数据列创建衍生的列数据。表达式语言的功能实现类在prefuse.data.expression包中，文本表达式解析类在ExpressionParser类中。
（2）prefuse.data.io包提供了文件的读写，包括表，图和树的结构，其中，表的格式：CSV和任意分割的文本文件，对于网络，有 GraphML和 TreeML（XML也能）；prefuse.data.io.sql包提供了对SQL数据库的查询，并返回一个prefuse表
（3）可视化抽象是通过将数据添加到Visulization实例中来得到的，它除了包含原始数据外，还建立了一套完整的可视化体系，包括x、y的坐标轴，颜色，大小字体等值，任意的Tuple, Node, 或者 Edge被添加到Visulization实例中时候，相关的VisualItems实例就建立好了，如NodeItem和 EdgeItem就是VisualItems的实例。（也就是说，可视化抽象实现了添加的数据元素与VisualItems之间的映射）
（4）可视化映射工作由Action模块来完成，它是有一系列独立的处理模块组成的，这些模块来完成可视性、布局计算、颜色设定以及任何其他的可视化工作。prefuse.action包以及其子包会提供一系列布局，形变，动画以及可视化编码的工作。
（5）Renderer模块决定了VisualItems的出现情况，Renderers模块负责计算显示区域，即如何将可视化图形绘制在屏幕上。RendererFactory用来对Renderer进行管理，体现在给VisualItems分配适当的Renderer上。
（6）交互工作，Display组建负责完成交互方面的工作，起到一个类似于摄像机的功能，对显示的区域进行选取，缩放。它直接与用户相关。
一个Visualization可以与多个Display实例关联，以实现多视图参数配置，比如“概述+详细”以及小倍数显示视图等。
（7）每个Display实例都支持若干个Controls,他们负责处理Display上鼠标和键盘的action。prefuse.controls包提供了一个预处理的控制器可以用来完成旋转缩放Display的工作，通过prefuse.controls包的子类ControlAdapter可以实现对Display的控制。
（8）最后，prefuse.data.query 包提供了动态查询绑定（？）的功能，这些绑定能够生成合适的用户界面组建，来直接操作这些查询。
3.Prefuse自带Demo---GraphView.java详解
下面是自己在研读Prefuse源码文件夹demos下的GraphView加的一些注释：
1 //start of class GraphView 2 3 public class GraphView extends JPanel { 4 5 private static final String graph = "graph"; 6 7 private static final String nodes = "graph.nodes"; 8 9 private static final String edges = "graph.edges"; 10 11 private Visualization m_vis; 12 13 14 15 public GraphView(Graph g, String label) { 16 17 super(new BorderLayout());//在GraphView的构造函数中调用超类的构造方法，并创建布局BorderLayout对象。 18 19 // create a new, empty visualization for our data 20 21 m_vis = new Visualization();//创建Visualization对象，使用默认的渲染工厂（DefaultRendererFactory）。Visualization类负责管理源数据与可视化组件之间的映射。 22 23 // -------------------------------------------------------------------- 24 25 // set up the renderers 26 27 LabelRenderer tr = new LabelRenderer(); 28 29 tr.setRoundedCorner(8, 8); 30 31 m_vis.setRendererFactory(new efaultRendererFactory(tr));//新建标签渲染器并注册到Visualization上，使用的还是DefaultRendererFactory。 32 33 // -------------------------------------------------------------------- 34 // register the data with a visualization 35 36 // adds graph to visualization and sets renderer label field 37 38 setGraph(g, label);// 向Visualization添加图形Graph并为标签域赋值。 39 40 41 42 // fix selected focus nodes 声明一个数据元组集合，并为该集合添加一个数据元组的监听器 43 44 TupleSet focusGroup = m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS); 45 46 focusGroup.addTupleSetListener(new TupleSetListener() { 47 48 public void tupleSetChanged(TupleSet ts, Tuple[] add, Tuple[] rem) 49 50 { 51 52 for ( int i=0; i<rem.length; ++i ) 53 54 ((VisualItem)rem[i]).setFixed(false); 55 56 for ( int i=0; i<add.length; ++i ) { 57 58 ((VisualItem)add[i]).setFixed(false); 59 60 ((VisualItem)add[i]).setFixed(true); 61 62 } 63 64 if ( ts.getTupleCount() == 0 ) { 65 66 ts.addTuple(rem[0]); 67 68 ((VisualItem)rem[0]).setFixed(false); 69 70 } 71 72 m_vis.run("draw"); 73 74 } 75 76 });//声明一个数据元组集合，并通过匿名内部类的形式为该集合添加一个数据元组的监听器（TupleSetListener），其中ts：变化的数据元组；add：已经加入的元组数组集合；rem：移除的数据集合。 77 78 // -------------------------------------------------------------------- 79 80 // create actions to process the visual data 81 82 83 84 int hops = 30; 85 86 final GraphDistanceFilter filter = new GraphDistanceFilter(graph, hops); 87 88 89 90 ColorAction fill = new ColorAction(nodes, 91 92 VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.rgb(200,200,255)); 93 94 fill.add(VisualItem.FIXED, ColorLib.rgb(255,100,100)); 95 96 fill.add(VisualItem.HIGHLIGHT, ColorLib.rgb(255,200,125)); 97 98 99 100 ActionList draw = new ActionList();101 102 draw.add(filter);103 104 draw.add(fill);105 106 draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.STROKECOLOR, 0));107 108 draw.add(new ColorAction(nodes, VisualItem.TEXTCOLOR, ColorLib.rgb(0,0,0)));109 110 draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.FILLCOLOR, ColorLib.gray(200)));111 112 draw.add(new ColorAction(edges, VisualItem.STROKECOLOR, ColorLib.gray(200)));// 根据设定距离hops新建一个图形距离过滤器类；针对nodes，采取完全填充颜色的方式（FILLCOLOR），并对聚焦点（fixed ）、高亮点（与fixed node相邻的点即highlight）以及剩余点分别赋予不同的颜色表现.将GraphDistanceFilter和ColorAction都注册到声明的ActionList对象上，并同时添加点与边的描边颜色以及填充颜色的ColorAction。 113 114 ActionList animate = new ActionList(Activity.INFINITY);115 116 animate.add(new ForceDirectedLayout(graph));117 118 animate.add(fill);119 120 animate.add(new RepaintAction());//声明一个ActionList的animate对象，在该对象上添加布局方式（这里采用力导向布局方法ForceDirectedLayout），并添加上面的ColorAction类的fill对象以及一个重绘图形Action。121 // finally, we register our ActionList with the Visualization.122 123 // we can later execute our Actions by invoking a method on our124 125 // Visualization, using the name we‘ve chosen below.126 127 m_vis.putAction("draw", draw);128 129 m_vis.putAction("layout", animate);130 131 m_vis.runAfter("draw", "layout");//将draw和animate注册到m_vis上，后面通过Visualization的方法触发执行每个注册的Action。132 133 // --------------------------------------------------------------------134 135 // set up a display to show the visualization136 Display display = new Display(m_vis);137 display.setSize(700,700);138 display.pan(350, 350);139 display.setForeground(Color.GRAY);140 display.setBackground(Color.WHITE);141 142 143 144 // main display controls145 display.addControlListener(new FocusControl(1));146 display.addControlListener(new DragControl());147 display.addControlListener(new PanControl());148 display.addControlListener(new ZoomControl());149 display.addControlListener(new WheelZoomControl());150 display.addControlListener(new ZoomToFitControl());151 display.addControlListener(new NeighborHighlightControl());//通过Display展现Visualization包括：设置画布大小，平移范围，前景背景颜色以及添加聚焦、拖拽、平移、缩放、滑轮、缩放至适合显示、紧邻高亮监听器。152 153 154 155 // overview display156 157 // Display overview = new Display(vis);158 159 // overview.setSize(290,290);160 161 // overview.addItemBoundsListener(new FitOverviewListener());162 163 164 165 display.setForeground(Color.GRAY);166 167 display.setBackground(Color.WHITE);168 169 170 171 // -------------------------------------------------------------------- 172 173 // launch the visualization174 175 176 177 // create a panel for editing force values178 179 ForceSimulator fsim = ((ForceDirectedLayout)animate.get(0)).getForceSimulator();180 181 JForcePanel fpanel = new JForcePanel(fsim);182 183 184 185 final JValueSlider slider = new JValueSlider("Distance", 0, hops, hops);186 187 slider.addChangeListener(new ChangeListener() {188 189 public void stateChanged(ChangeEvent e) {190 191 filter.setDistance(slider.getValue().intValue());//只要调节面板上的值有变动就执行下面的run函数，重新布局界面192 193 m_vis.run("draw");194 195 }196 197 });198 199 slider.setBackground(Color.WHITE);200 201 slider.setPreferredSize(new Dimension(300,30));202 203 slider.setMaximumSize(new Dimension(300,30));//设置调节面板的背景颜色、大小204 205 206 207 208 209 Box cf = new Box(BoxLayout.Y_AXIS);210 211 cf.add(slider);212 213 cf.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Connectivity Filter"));214 215 fpanel.add(cf);216 217 //fpanel.add(opanel);218 219 fpanel.add(Box.createVerticalGlue());220 221 222 223 // create a new JSplitPane to present the interface224 225 JSplitPane split = new JSplitPane();226 227 split.setLeftComponent(display);228 229 split.setRightComponent(fpanel);230 231 split.setOneTouchExpandable(true);232 233 split.setContinuousLayout(false);234 235 split.setDividerLocation(700);//为整张画布布局，包括左边、右边应该呈现什么内容等236 237 // now we run our action list238 239 //m_vis.run("draw");240 241 add(split);242 243 }244 245 246 247 public void setGraph(Graph g, String label) {248 249 // update labeling250 251 DefaultRendererFactory drf = (DefaultRendererFactory)252 253 m_vis.getRendererFactory();254 255 ((LabelRenderer)drf.getDefaultRenderer()).setTextField(label);256 257 // update graph258 259 m_vis.removeGroup(graph);260 261 VisualGraph vg = m_vis.addGraph(graph, g);262 263 m_vis.setValue(edges, null, VisualItem.INTERACTIVE, Boolean.FALSE);264 265 VisualItem f = (VisualItem)vg.getNode(0);266 267 m_vis.getGroup(Visualization.FOCUS_ITEMS).setTuple(f);268 269 f.setFixed(false);270 271 }272 273 274 275 // ------------------------------------------------------------------------276 277 // Main and demo methods278 279 280 281 public static void main(String[] args) {282 283 UILib.setPlatformLookAndFeel();284 285 286 287 // create graphview288 289 String datafile = null;290 291 String label = "label";292 293 if ( args.length > 1 ) {//如果用户在运行时有参数传值则分别赋值给datafile和label294 295 datafile = args[0];296 297 label = args[1];298 299 }300 301 JFrame frame = demo(datafile, label); //通过调用demo函数完成整个界面的设计布局等，最终呈现一个JFrame302 303 frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 关闭按钮的动作为退出304 }305 306 307 308 public static JFrame demo() {309 310 return demo((String)null, "label");311 312 }313 314 315 316 public static JFrame demo(String datafile, String label) {317 318 Graph g = null;319 320 if ( datafile == null ) {321 322 g = GraphLib.getGrid(15,15);//如果datafile为空，则通过调用图形库GraphLib中的getGrid得到15*15的网状图形，如下图所示323 label = "label";324 325 } else {326 327 try {328 329 g = new GraphMLReader().readGraph(datafile);//否则通过指定路径读取datafile文件并转换为图形330 331 } catch ( Exception e ) {332 333 e.printStackTrace();334 335 System.exit(1);336 337 }338 339 }340 341 return demo(g, label);342 343 }344 345 346 347 public static JFrame demo(Graph g, String label) {348 349 final GraphView view = new GraphView(g, label);350 351 352 353 // set up menu354 355 JMenu dataMenu = new JMenu("Data");//新建菜单栏356 357 dataMenu.add(new OpenGraphAction(view));//注册“打开文件”选项卡358 359 dataMenu.add(new GraphMenuAction("Grid","ctrl 1",view) {//添加网状布局选项卡360 361 protected Graph getGraph() {362 363 return GraphLib.getGrid(15,15);364 365 }366 367 });368 369 dataMenu.add(new GraphMenuAction("Clique","ctrl 2",view) {//添加团状布局选项卡370 371 protected Graph getGraph() {372 373 return GraphLib.getClique(10);374 375 }376 377 });378 379 dataMenu.add(new GraphMenuAction("Honeycomb","ctrl 3",view) {//添加蜂窝状布局选项卡380 381 protected Graph getGraph() {382 383 return GraphLib.getHoneycomb(5);384 385 }386 387 });388 389 dataMenu.add(new GraphMenuAction("Balanced Tree","ctrl 4",view) {//添加平衡树布局选项卡390 391 protected Graph getGraph() {392 393 return GraphLib.getBalancedTree(3,5);394 395 }396 397 });398 399 dataMenu.add(new GraphMenuAction("Diamond Tree","ctrl 5",view) {400 401 protected Graph getGraph() {402 403 return GraphLib.getDiamondTree(3,3,3); //添加钻石树形图布局选项卡404 405 }406 407 });408 409 JMenuBar menubar = new JMenuBar();410 411 menubar.add(dataMenu);//将以上菜单选项注册到menubar菜单栏上412 413 414 415 // launch window416 417 JFrame frame = new JFrame("p r e f u s e | g r a p h v i e w");418 419 frame.setJMenuBar(menubar);420 421 frame.setContentPane(view);422 423 frame.pack();424 425 frame.setVisible(true);//添加菜单栏、图形等426 427 428 429 frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {430 431 public void windowActivated(WindowEvent e) {432 433 view.m_vis.run("layout");434 435 }436 437 public void windowDeactivated(WindowEvent e) {438 439 view.m_vis.cancel("layout");440 441 }442 443 });444 445 446 447 return frame;448 449 }450 451 452 // ------------------------------------------------------------------------453 454 /**455 456 * Swing menu action that loads a graph into the graph viewer.457 458 * 该类主要负责为每一种布局选项配置相应的快捷键459 460 */461 462 public abstract static class GraphMenuAction extends AbstractAction {463 464 private GraphView m_view;465 466 public GraphMenuAction(String name, String accel, GraphView view) {467 468 m_view = view;469 470 this.putValue(AbstractAction.NAME, name);471 472 this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,473 474 KeyStroke.getKeyStroke(accel));475 476 }477 478 public void actionPerformed(ActionEvent e) {479 480 m_view.setGraph(getGraph(), "label");481 482 }483 484 protected abstract Graph getGraph();485 486 }487 488 //该类负责对菜单栏的选项卡的响应489 490 public static class OpenGraphAction extends AbstractAction {491 492 private GraphView m_view;493 494 495 496 public OpenGraphAction(GraphView view) {497 498 m_view = view;499 500 this.putValue(AbstractAction.NAME, "Open File...");501 502 this.putValue(AbstractAction.ACCELERATOR_KEY,503 504 KeyStroke.getKeyStroke("ctrl O"));505 506 }507 508 public void actionPerformed(ActionEvent e) {509 510 Graph g = IOLib.getGraphFile(m_view);511 512 if ( g == null ) return;513 514 String label = getLabel(m_view, g);515 516 if ( label != null ) {517 518 m_view.setGraph(g, label);519 520 }521 522 }523 524 public static String getLabel(Component c, Graph g) {525 526 // get the column names527 528 Table t = g.getNodeTable();529 530 int cc = t.getColumnCount();531 532 String[] names = new String[cc];533 534 for ( int i=0; i<cc; ++i )535 536 names[i] = t.getColumnName(i);537 538 539 540 // where to store the result541 542 final String[] label = new String[1];543 544 // -- build the dialog -----545 546 // we need to get the enclosing frame first547 548 while ( c != null && !(c instanceof JFrame) ) {549 550 c = c.getParent();551 }552 553 final JDialog dialog = new JDialog(554 555 (JFrame)c, "Choose Label Field", true);556 557 558 559 // create the ok/cancel buttons560 561 final JButton ok = new JButton("OK");562 563 ok.setEnabled(false);564 565 ok.addActionListener(new ActionListener() {566 567 public void actionPerformed(ActionEvent e) {568 569 dialog.setVisible(false);570 571 }572 573 });574 575 JButton cancel = new JButton("Cancel");576 577 cancel.addActionListener(new ActionListener() {578 579 public void actionPerformed(ActionEvent e) {580 581 label[0] = null;582 583 dialog.setVisible(false);584 585 }586 587 });588 589 // build the selection list590 591 final JList list = new JList(names);592 list.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);593 594 list.getSelectionModel().addListSelectionListener(595 596 new ListSelectionListener() {597 598 public void valueChanged(ListSelectionEvent e) {599 600 int sel = list.getSelectedIndex();601 602 if ( sel >= 0 ) {603 604 ok.setEnabled(true);605 606 label[0] = (String)list.getModel().getElementAt(sel);607 608 } else {609 610 ok.setEnabled(false);611 612 label[0] = null;613 614 }615 616 }617 618 });619 620 JScrollPane scrollList = new JScrollPane(list);621 622 623 624 JLabel title = new JLabel("Choose a field to use for node labels:");625 626 627 628 // layout the buttons629 630 Box bbox = new Box(BoxLayout.X_AXIS);631 632 bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));633 634 bbox.add(Box.createHorizontalGlue());635 636 bbox.add(ok);637 638 bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));639 640 bbox.add(cancel);641 642 bbox.add(Box.createHorizontalStrut(5));643 644 645 646 // put everything into a panel647 648 JPanel panel = new JPanel(new BorderLayout());649 650 panel.add(title, BorderLayout.NORTH);651 652 panel.add(scrollList, BorderLayout.CENTER);653 654 panel.add(bbox, BorderLayout.SOUTH);655 656 panel.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5,2,2,2));657 658 659 660 // show the dialog661 662 dialog.setContentPane(panel);663 664 dialog.pack();665 666 dialog.setLocationRelativeTo(c);667 668 dialog.setVisible(true);669 670 dialog.dispose();671 672 673 674 // return the label field selection675 676 return label[0];677 678 }679 680 }681 682 //该类负责调整至适合屏幕显示683 684 public static class FitOverviewListener implements ItemBoundsListener {685 686 private Rectangle2D m_bounds = new Rectangle2D.Double();687 688 private Rectangle2D m_temp = new Rectangle2D.Double();689 690 private double m_d = 15;691 692 public void itemBoundsChanged(Display d) {693 694 d.getItemBounds(m_temp);695 696 GraphicsLib.expand(m_temp, 25/d.getScale());697 698 699 700 double dd = m_d/d.getScale();701 702 double xd = Math.abs(m_temp.getMinX()-m_bounds.getMinX());703 704 double yd = Math.abs(m_temp.getMinY()-m_bounds.getMinY());705 706 double wd = Math.abs(m_temp.getWidth()-m_bounds.getWidth());707 708 double hd = Math.abs(m_temp.getHeight()-m_bounds.getHeight());709 710 if ( xd>dd || yd>dd || wd>dd || hd>dd ) {711 712 m_bounds.setFrame(m_temp);713 714 DisplayLib.fitViewToBounds(d, m_bounds, 0);715 716 }717 718 }719 720 }721 722 723 724 }725 726 // end of class GraphView
网格视图：
蜂窝状视图：
平衡树型视图：
以上介绍了Prefuse的一些特征，模型结构以及自带Demo GraphView.java的理解，后续会继续研究Prefuse的其他Demo以及主要接口。
本文链接http://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/VisualizationSoloShow3.html
可视化工具solo show-----Prefuse自带例子GraphView讲解
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