D3.js

D3.js（D3或Data-Driven Documents）是一個使用動態圖形進行資料視覺化的JavaScript程式庫。與W3C標準相容，並且利用廣泛實現的SVG、JavaScript和CSS標準，改良自早期的Protovis程式庫。與其他的程式庫相比，D3對視圖結果有很大的可控性。D3是2011年面世的，同年的8月發布了2.0.0版。到2021年9月，D3已被更新到了7.0.3版。

D3.js已被數十萬個網站使用，最常被運用在線上新聞網站呈現交互式圖形、呈現數據資料的圖表和呈現含有地理資訊的資料。另外SVG的輸出功能也使得D3.js能用於印刷出版物的繪製上。

## 歷史

在D3.js開發之前已經有出現過許多嘗試做資料視覺化的套件，例如Prefuse，Flare和Protovis程式庫，他們都可以視為D3.js的前身。然而Prefuse和Flare皆有缺點，皆不能只透過瀏覽器完成渲染，皆須要透過額外插件來完成。

例如2005年釋出的Prefuse是一個資料視覺化程式庫，但是它需要透過網頁的Java插件才能於瀏覽器中呈現；而Flare是2007年釋出的另一個資料視覺化工具包，由於其是使用ActionScript程式語言開發，因此也需要額外插件，即Flash插件才能完成渲染。

2009年，史丹佛大學的史丹佛視覺化團隊（Stanford Visualization Group）的傑佛瑞·赫爾、邁克·保斯托和瓦迪姆·歐格菲茲齊利用開發Prefuse和Flare的經驗開始用Javscript開發了可從給定資料產生SVG圖形的Protovis程式庫。而Protovis程式庫在業界和學界皆有一定的知名度。

2011年，史丹佛視覺化團隊停止開發Protovis，並開始開發新的資料視覺化程式庫，藉由之前開發Protovis的經驗，開發出了D3.js程式庫，在注重於Web標準的同時提供了更豐富的平台也有了更好的效能。

## 技術原理

D3.js透過預先建立好遷入於網頁中的JavaScript函數來選擇網頁元素、建立SVG元素、調整CSS來呈現資料，並且也可以設定動畫、動態改變物件狀態或加入工具提示來完成使用者互動功能。使用簡單的D3.js函數就能夠將大型的數據資料結構與SVG物件進行綁定，並且能生成格式化文本和各種圖表。其數據資料結構的格式可以是JSON、CSV（以逗號分隔的資料）或GeoJSON，也可以透過自己寫JavaScript函數來讀取其他或自定義格式的資料，例如Shapefile。

### 物件選擇

D3.js所使用的物件選擇方式是透過使用CSS樣式選擇器來選擇一個或多個或一組文檔對象模型物件，然後透過類似jQuery的方式控制所選的物件, chap. 3。例如，選擇所有的p網頁元素，將之改成方形類別、移動位置、並更換顏色為淡紫色在D3.js中只要使用簡單的程式碼即可完成：

```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
```

### 動態改變物件狀態

透過D3.js定義的物件成員函數`function transition (name)`則可以在一定時間內平滑地改變物件的屬性或樣式的值，例如可以在500毫秒內逐漸將所有的p網頁元素漸變為粉紅色：

```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
```

### 資料綁定

D3.js有提供一進階應用例如設定與物件相關聯，或者將載入的資料直接繪成物件。在D3.js中，可以將資料與物件綁定，如此一來，當資料讀入之後根據資料產生對應具有相關的屬性（形狀、顏色或數值等）和行為（動畫或事件等）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
```

### 資料讀取

D3.js除了有提供將載入的資料直接繪成物件的功能之外，也支援從檔案讀取資料並直接生成SVG圖像。此應用使得D3.js可以用簡單的程式碼完成與地理資訊相關的資料視覺化，而新版本的D3.js也改善了地理座標的轉換系統，因此能準確地呈現包含地理資訊的圖表，例如「japan.json」中存了日本的GeoJSON地理資訊，則D3.js可以直接並載入並顯示日本地圖：

```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
});
```

然而許多政府機關提供的文件皆為Shapefile，而由於D3.js也可以透過自己寫JavaScript函式或引用他第三方程式庫來讀取其他例如Shapefile的資料：

```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));
```

### 根據資料產生節點

當檔案順利讀入並與D3.js物件綁定之後，一般D3.js在使用上基本上會明確地用.enter函數、暗示更新的函數以及.exit函數來調用資料集中範圍內的資料，其中，d3.js沒有「update」函數，需要自行時做對應功能來完成enter、update以及exit流程。接在.enter函數後方的指令會作用在所有資料上並設定到前一段指令selectAll選擇的網頁元素中所有未就緒的網頁元素。

### 其他特色

除了D3.js之外亦有許多可以抓取並處理資料的程式庫，例如jQuery，但D3.js與jQuery不同於，D3.js使用了數據驅動化來更有效地處理資料，例如，原先使用迴圈來處理資料，並且要預先把網頁元素產生出來，而D3.js則可以使用select或selectAll來批次完成資料處理，並會會視情況自動生成所需的網頁元素，而使得網頁有更多的彈性，也能支援能動態地即時地作出反應的互動性功能。

## 相關程式庫

### Three.js

D3.js可以與Three.js結合，透過結合了D3.js的資料視覺化、圖表產生與Three.js的WebGL特性可以實現三維資料視覺化、圖表的呈現。

## 外部連結

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

## 基本資料

- 日語原文：Data-Driven Documents (D3.js)
- 開發者：Mike Bostock、Jeffrey Heer、Vadim Ogievetsky與社群
- 發行日期：2011年2月18日
- 程式語言：JavaScript
- 類型：數據可視化、JavaScript函式庫
- 許可協議：BSD許可證