D3.js

D3.js（D3或Data-Driven Documents）是一个使用动态图形进行资料视觉化的JavaScript程式库。与W3C标准相容，并且利用广泛实现的SVG、JavaScript和CSS标准，改良自早期的Protovis程式库。与其他的程式库相比，D3对视图结果有很大的可控性。D3是2011年面世的，同年的8月发布了2.0.0版。到2021年9月，D3已被更新到了7.0.3版。

D3.js已被数十万个网站使用，最常被运用在线上新闻网站呈现交互式图形、呈现数据资料的图表和呈现含有地理资讯的资料。另外SVG的输出功能也使得D3.js能用于印刷出版物的绘制上。

## 历史

在D3.js开发之前已经有出现过许多尝试做资料视觉化的套件，例如Prefuse，Flare和Protovis程式库，他们都可以视为D3.js的前身。然而Prefuse和Flare皆有缺点，皆不能只透过浏览器完成渲染，皆须要透过额外插件来完成。

例如2005年释出的Prefuse是一个资料视觉化程式库，但是它需要透过网页的Java插件才能于浏览器中呈现；而Flare是2007年释出的另一个资料视觉化工具包，由于其是使用ActionScript程式语言开发，因此也需要额外插件，即Flash插件才能完成渲染。

2009年，史丹佛大学的史丹佛视觉化团队（Stanford Visualization Group）的杰佛瑞·赫尔、迈克·保斯托和瓦迪姆·欧格菲兹齐利用开发Prefuse和Flare的经验开始用Javscript开发了可从给定资料产生SVG图形的Protovis程式库。而Protovis程式库在业界和学界皆有一定的知名度。

2011年，史丹佛视觉化团队停止开发Protovis，并开始开发新的资料视觉化程式库，借由之前开发Protovis的经验，开发出了D3.js程式库，在注重于Web标准的同时提供了更丰富的平台也有了更好的效能。

## 技术原理

D3.js透过预先建立好迁入于网页中的JavaScript函数来选择网页元素、建立SVG元素、调整CSS来呈现资料，并且也可以设定动画、动态改变物件状态或加入工具提示来完成使用者互动功能。使用简单的D3.js函数就能够将大型的数据资料结构与SVG物件进行绑定，并且能生成格式化文本和各种图表。其数据资料结构的格式可以是JSON、CSV（以逗号分隔的资料）或GeoJSON，也可以透过自己写JavaScript函数来读取其他或自定义格式的资料，例如Shapefile。

### 物件选择

D3.js所使用的物件选择方式是透过使用CSS样式选择器来选择一个或多个或一组文档对象模型物件，然后透过类似jQuery的方式控制所选的物件, chap. 3。例如，选择所有的p网页元素，将之改成方形类别、移动位置、并更换颜色为淡紫色在D3.js中只要使用简单的程式码即可完成：

```javascript
 d3.selectAll("p")                 // 選擇所有 <p> 網頁元素
   .style("color", "lavender")     // 將顏色 "color" 樣式改成 "lavender" 淡紫色 (薰衣草色)
   .attr("class", "squares")       // 將 "class" 改成 "squares"
   .attr("x", 50);                 // 將屬性值 "x" (水平位置) 改為 50px
```

### 动态改变物件状态

透过D3.js定义的物件成员函数`function transition (name)`则可以在一定时间内平滑地改变物件的属性或样式的值，例如可以在500毫秒内逐渐将所有的p网页元素渐变为粉红色：

```javascript
 d3.selectAll("p")             // 選擇所有 <p> 網頁元素
   .transition("trans_1")      // 定義一個transition，命名為"trans_1"
     .delay(0)                 // 觸發後延遲0毫秒後開始動畫
     .duration(500)            // 漸變時間500毫秒
     .ease(d3.easeLinear)           // 使用線性漸變，並且....
   .style("color", "pink");    // ...並且最終變為粉紅色
```

### 资料绑定

<image>

D3.js有提供一进阶应用例如设定与物件相关联，或者将载入的资料直接绘成物件。在D3.js中，可以将资料与物件绑定，如此一来，当资料读入之后根据资料产生对应具有相关的属性（形状、颜色或数值等）和行为（动画或事件等）的SVG物件。

```javascript
// 資料
  var countriesData = [
     { name:"Ireland",  income:53000, life: 78, pop:6378, color: "black"},
     { name:"Norway",   income:73000, life: 87, pop:5084, color: "blue" },
     { name:"Tanzania", income:27000, life: 50, pop:3407, color: "grey" }
  ];
// 建立svg網頁物件
  var svg = d3.select("#hook").append("svg")
        .attr("width", 120)
        .attr("height", 120)
        .style("background-color", "#D0D0D0");
// 從資料建立關聯的svg網頁元素
    svg.selectAll("circle")                  // 建立還不存在的圓形樣板
      .data(countriesData)                   // 綁定資料
    .enter()                                 // 對每個資料......
      .append("circle")                      // 綁定資料列中的......資料到圓形
        .attr("id", function(d) { return d.name })            // 圓形的id為國家名
        .attr("cx", function(d) { return d.income / 1000  })  // 圓形的x坐標位置為收入
        .attr("cy", function(d) { return d.life })            // 圓形的y坐標位置為預期收入
        .attr("r",  function(d) { return d.pop / 1000 *2 })   // 圓形的半徑為國家人口數
        .attr("fill", function(d) { return d.color });        // 給表示不同國家的圓形不同顏色
```

### 资料读取

<image>

D3.js除了有提供将载入的资料直接绘成物件的功能之外，也支援从档案读取资料并直接生成SVG图像。此应用使得D3.js可以用简单的程式码完成与地理资讯相关的资料视觉化，而新版本的D3.js也改善了地理座标的转换系统，因此能准确地呈现包含地理资讯的图表，例如“japan.json”中存了日本的GeoJSON地理资讯，则D3.js可以直接并载入并显示日本地图：

```javascript
d3.json("japan.json", function(topodata) {//載入JSON檔案
	var features = topojson.feature(//從GeoJSON中取出日本地形
		topodata, 
		topodata.objects["japan"]
	).features;
	var path = d3.geo.path().projection( 
		d3.geo.mercator()
		.center([138,37])	//指定為日本經緯度位置
		.scale(6000) 		//放大至符合圖形大小
	);
	d3.select("svg")
		.selectAll("path")	// 建立還不存在的路徑物件樣板
		.data(features)		// 綁定日本地形資料
		.enter()		// 對所有的物件.....
		.append("path")		// 插入路徑物件
		.attr("d",path);	// 路徑物件的路徑依照日本經緯度位置填入地形資料
});
```

然而许多政府机关提供的文件皆为Shapefile，而由于D3.js也可以透过自己写JavaScript函式或引用他第三方程式库来读取其他例如Shapefile的资料：

```javascript
		//需先引入Shapefile庫
shapefile.open("japan.shp")		//載入日本的Shapefile檔案
  .then(source => source.read()
    .then(function log(result) {	//若Shapefile載入完畢
      if (result.done) return;
      console.log(result.value);	//印出載入到的地理資訊
      //下同
    }))
  .catch(error => console.error(error.stack));
```

### 根据资料产生节点

当档案顺利读入并与D3.js物件绑定之后，一般D3.js在使用上基本上会明确地用.enter函数、暗示更新的函数以及.exit函数来调用资料集中范围内的资料，其中，d3.js没有“update”函数，需要自行时做对应功能来完成enter、update以及exit流程。接在.enter函数后方的指令会作用在所有资料上并设定到前一段指令selectAll选择的网页元素中所有未就绪的网页元素。

### 其他特色

除了D3.js之外亦有许多可以抓取并处理资料的程式库，例如jQuery，但D3.js与jQuery不同于，D3.js使用了数据驱动化来更有效地处理资料，例如，原先使用循环来处理资料，并且要预先把网页元素产生出来，而D3.js则可以使用select或selectAll来批次完成资料处理，并会会视情况自动生成所需的网页元素，而使得网页有更多的弹性，也能支援能动态地即时地作出反应的互动性功能。

## 相关程式库

### Three.js

D3.js可以与Three.js结合，透过结合了D3.js的资料视觉化、图表产生与Three.js的WebGL特性可以实现三维资料视觉化、图表的呈现。

## 外部链接

- d3js.org
- D3.js Gallery
- Blocksplorer, search for blocks by methods used

## 基本资料

- 日语原文：Data-Driven Documents (D3.js)
- 开发者：Mike Bostock、Jeffrey Heer、Vadim Ogievetsky与社群
- 发行日期：2011年2月18日
- 编程语言：JavaScript
- 类型：数据可视化、JavaScript函式库
- 许可协议：BSD许可证