基于图扑 HT for Web 实现拓扑关系图

图扑-数字孪生 2024-06-24 452

描述

拓扑结构在计算机网络设计和通信领域中非常重要，因为它描述了网络中的设备（即“点”）如何相互连接（即通过“线”）。这种结构不仅涉及物理布局，即物理拓扑，还可以涉及逻辑或虚拟的连接方式，即逻辑拓扑。

图扑软件自研 HT for Web 产品曾参与搭建了众多拓扑可视化解决方案。如机房通信拓扑可视化，实现通过图形图像直观展示机房内部网络设备、服务器、存储设备以及之间连接关系的技术。帮助 IT 管理员和网络工程师更加直观地理解机房的网络结构，便于故障排查、网络优化和规划扩展。

在 HT 中，ht.Node 可充当拓扑图中的“点”角色，ht.Node 上可显示图片图标，这使得创建拓扑图时能够直观地表示每一个“点”的特征。至于拓扑图中的“线”，即用于体现两个节点之间关系的元素，可由 ht.Edge 类型承担这一任务。ht.Edge用于连接起始和目标两个节点，两个节点间可以有多条ht.Edge存在，也允许起始和目标为同一节点。

在搭建 HT 拓扑图前，我们需要先创建一个 HT 的 2D 视图：

const dm = new ht.DataModel(); // 创建一个数据模型
const g2d = new ht.graph.GraphView(dm); // 创建一个 2D 视图
g2d.addToDOM(); // 将 2D 视图添加到 body 中
dm.setBackground('rgb(240,237,237)'); // 设置背景

2D 视图还可按照需求开启树层次渲染：

dm.setHierarchicalRendering(true);

2D 视图创建完成之后就可以创建“点”和“线”了：

const node1 = createNode('symbols/电信/icon_交换机.json', { x: 0, y: 0 }, "交换机");
const node2 = createNode('symbols/电信/icon_路由.json', { x: 300, y: 0 }, "路由");
createEdge(node1, node2);
function createNode(icon, position, name) {
     const node = new ht.Node(); // 创建一个 ht.Node 节点
     node.s({
         'label': name,
         'label.color': "#fff"
     });
     node.setImage(icon);
     node.p(position);
     node.setSize({ width: 100, height: 100 });
     dm.add(node); // 将节点加到数据模型中
     return node;
}
function createEdge(source, target, color, reverse) {
     const edge = new ht.Edge(source, target); // 创建一个 ht.Edge
     dm.add(edge); // 将连线节点加到数据模型中
     return edge;
}

运行代码后的效果：

复杂连线

以上展示了一个简洁的示例，直观地展现了如何在图扑自研 HT for Web 中创建节点并将它们通过连线相连。实际应用中的情形往往更为复杂，需要根据实际数据构建拓扑结构。在这个过程中，核心步骤依旧是首先创建 ht.Node 实例以表示各个节点，再利用 ht.Edge 实例来实现节点之间的连接。接下来，让我们通过复杂一些的示例来演示。

创建节点

为了批量创建节点并方便管理节点数据，示例中定义了结构化的数据格式，并将数据存储在一个 JSON 文件中，再通过 ht.Default.xhrLoad() 去获取到 JSON 文件中的数据。获取到数据后就可批量创建节点。

在实际的运用场景中，也可以通过任何 web 端通讯方式 HTTP/AJAX、WebSocket 去获取数据。

equipment.json 文件中定义的数据格式：

[
    {
        "name": "核心交换机1", // 设备名称
        "code": "EQ_ASBB1425", // 设备编码（唯一标识）
        "icon": "symbols/user/900-word/电信拓扑图标/icon_核心交换机.json", // 设备 icon
// 设备在图纸中的位置
"size": 60, // 节点大小
        "position": {
            "x": 0,
            "y": 100
        }
    },
    {
        "name": "核心交换机2",
        "code": "EQ_ASBB1478",
        "icon": "symbols/user/900-word/电信拓扑图标/icon_核心交换机.json",
        "position": {
            "x": 200,
            "y": 0
        }
    },
    {
        "name": "服务器1",
        "code": "EQ_BCGJ2121",
        "icon": "symbols/user/900-word/电信拓扑图标/空白服务器.json",
        "position": {
            "x": 200,
            "y": 250
        }
    },
   ...
]

获取到数据并批量创建节点：

ht.Default.xhrLoad('./equipment.json', function (json) {
       const data = ht.Default.parse(json);
       data.forEach((item) = > {
             createNode(item);
        })
})
function createNode(data) {
        const node = new ht.Node();
        node.setTag(data.code); // 设置节点唯一标识
        node.setImage(data.icon);
        node.p(data.position);
        node.s('2d.movable', false); // 禁止移动
        node.setSize({ width: data.size || 150, height: data.size || 150 });
        dm.add(node);
         return node;
}

创建连线

与节点数据相同，示例中定义了连线对应格式，并且也是存储在一个 JSON 文件中，再通过 ht.Default.xhrLoad() 获取数据。JSON 文件中定义了连线中最重要的几个因素：起始节点、目标节点、连线颜色。

[
    {
        "source": "EQ_ASBB1425", // 起始节点的唯一标识
        "target": "EQ_BCGJ2121", // 结束节点的唯一标识
        "color": "rgb(0,199,7)" // 连线颜色
    },
    {
        "source": "EQ_ASBB1425",
        "target": "EQ_BCGJ2131",
        "color": "rgb(0,199,7)"
},
...
]

获取数据并且批量创建连线，这一步需要在创建节点之后执行：

ht.Default.xhrLoad('./connectData.json', function (json) {
      const connectData = ht.Default.parse(json);
      connectData.forEach((item) = > {
            createEdge(item);
      })
})
function createEdge(data) {
    const source = dm.getDataByTag(data.source);
    const target = dm.getDataByTag(data.target);
    const edge = new ht.Edge(source, target);
    edge.s({
        "edge.color": data.color || "rgb(0,199,7)",
        "edge.width": 4,
        "shadow2.offset.x": -4,
        "shadow2.offset.y": 7,
        "shadow2": true,
        "shadow2.color": "rgba(0,0,0,0.18)",
})
dm.add(edge);
    dm.moveToTop(edge); // 将节点移动至顶部
    return edge;
}

到这里，基本上整个拓扑的效果都已经展示出来了，但是可能还存在一些问题。如终端路由之间的连线被服务器挡住了，可能会被认为是路由 1—服务器 1—服务器 2—路由 2 这样的连接。

这种情况下，就可以采用其他的连线方式。ht.Edge 提供了多种的连线方式，可以通过 edge.s(‘edge.type’, 连接方式) 进行设置。下面展示几种不同的连接方式：

1.弯曲：edge.s(‘edge.type’, ‘flex2’)

2.正交：edge.s(‘edge.type’, ‘ortho2’)

3.先水平后垂直：edge.s(‘edge.type’, ‘h.v2’)

4.先水平后垂直：edge.s(‘edge.type’, ‘v.h2’)

......

ht.Edge 还有很多种的连线方式，这里就先介绍以上几种方式。

在这个示例内，两个路由之间的连线需要跨域多个其他的连线，为了使得连线更加美观易懂，于是我就这条连线采用了 points 的连线方式，这种方式有极高的灵活性，可在连线路径上自由地添加控制点，从而实现非常多样化的效果。

points 类型的连线，有两个非常重要的属性：

edge.points：控制点信息；

edge.segments：用来标识在绘制时如何使用 points 数组中的顶点信息。

将示例中这条连线的连线类型改为 points，并设置上相应的属性：

edge.s({
    'edge.type': 'points',
    'edge.center': true,
    'edge.points': [
        { "x": 680, "y": 105 },
        { "x": 490, "y": 200 },
        { "x": 470, "y": 200 },
        { "x": 410, "y": 230 },
        { "x": 400, "y": 250 },
        { "x": 360, "y": 270 },
        { "x": 340, "y": 270 },
        { "x": 260, "y": 310 },
        { "x": 250, "y": 330 },
        { "x": 80, "y": 415 }
    ],
    'edge.segments': [1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2]
});

使用以上 points 连线类型实现的效果：

增加背景和装饰

可创建一些 ht.Shape 节点作为背景装饰，突出显示特定的设备区域。

createShape([
    { x: -100, y: 130 },
    { x: 230, y: -50 },
    { x: 340, y: 15 },
    { x: 10, y: 195 },
    { x: -100, y: 130 }
], [1, 2, 2, 2, 5])
createShape([
    { x: -155, y: 354 },
    { x: 575, y: -30 },
    { x: 805, y: 110 },
    { x: 60, y: 510 },
    { x: -155, y: 355 },
], [1, 2, 2, 2, 5]);
createShape([
    { x: 300, y: 470 },
    { x: 660, y: 275 },
    { x: 805, y: 350 },
    { x: 435, y: 550 },
    { x: 300, y: 470 },
], [1, 2, 2, 2, 5])
function createShape(points, segments) {
    const shape = new ht.Shape();
    shape.setPoints(points);
    shape.setSegments(segments);
    shape.s({
        'shape.background': "#fff",
        "shape.border.color": "rgba(13,46,79,0.67)",
        "shape.border.width": 0.5,
    })
    dm.add(shape);
    dm.moveToTop(shape);
    return shape;
}

添加背景后的效果如下：

增加一些装饰的节点，这些节点本质上也都是 ht.Node，只是显示了不同的图标/图片，效果如下：

添加箭头

在复杂的网络拓扑中，连线上常常需要表示数据流动方向。在使用图扑 HT 绘制连线时，ht.Edge 提供了 icons 属性，通过 icons 属性，可在 ht.Edge 上定义一系列图标并设置它们在连线上的位置。

在设置 icons 属性前，需要先注册好图标：

ht.Default.setImage('toArrow', {
    width: 40,
    height: 20,
    comps: [
        {
            type: 'shape',
points: [5, 2, 10, 10, 5, 18, 20, 10],
            closePath: true,
            background: 'rgb(0,199,7)',
            borderWidth: 1,
            borderColor: 'rgb(0,199,7)',
            gradient: 'spread.vertical'
        }
    ]
});
ht.Default.setImage('fromArrow', {
    width: 12,
    height: 12,
    comps: [
        {
            type: 'circle',
            rect: [1, 1, 10, 10],
            background: 'rgb(0,199,7)'
        }
    ]
});

在 ht.Edge 上设置 icons：

edge.addStyleIcon("fromArrow", {
     position: 15, // 图标位置
     keepOrien: true, // 图标是否默认自动调整方向以保持最好的阅读效果
     names: ['fromArrow']
});
edge.addStyleIcon("toArrow", {
     position: 19,
     keepOrien: true,
     names: ['toArrow']
});

设置 icons 之后的效果：

流动动画

在图扑自研产品 HT for Web 中，使用 ht-flow.js 插件，能够为 ht.Edge 连线添加流动动画效果。这种效果可用于表示数据传输、能源流动或任何类型的动态连接。使用 ht-flow.js 插件实现的流动效果配置起来也十分简单，正确引入 ht-flow.js 插件后，使用 g2d.enableFlow(60); 开启流动，再在 ht.Edge 上设置相应的流动属性即可。

ht.Edge 配置流动效果的一些属性说明：

flow：布尔值，设置为 true 以启用流动效果。

flow.count：控制流动组的个数，默认为 1。

flow.step：控制流动的步进，默认为 3。

flow.element.count: 每个流动组中的元素的个数，默认为 10。

flow.element.space: 流动组中元素的间隔，默认为 3.5。

flow.element.image: 字符串类型，指定流动组中元素的图片，图片需要提前通过 ht.Default.setImage 注册。目前支持设置。

flow.element.background: 流动组中元素的背景颜色，默认为 rgba(255, 255, 114, 0.4)。

flow.element.shadow.begincolor: 字符串类型，表示流动组中的元素的渐变阴影的中心颜色，默认为 rgba(255, 255, 0, 0.3)。

flow.element.shadow.endcolor: 字符串类型，表示流动组中的元素的渐变阴影的边缘颜色，默认为 rgba(255, 255, 0, 0)。

flow.element.shadow.visible：流动阴影是否可见。

flow.begin.percent：开始的位置，值为 0 - 1，默认是 0。

flow.element.autorotate：是否自动朝向，根据连线的角度自动朝向。

在示例的 ht.Edge 上设置流动属性：

edge.s({
        "flow": true,
        "flow.element.background": "rgba(240, 225, 19, 0.5)",
        "flow.element.shadow.begincolor": "rgba(240, 225, 19, 0.5)",
        "flow.element.shadow.endcolor": "rgba(240, 225, 19, 0)",
        "flow.element.count": 1
 });

设置完成后的效果：

在更为复杂的场景中，仅仅依赖简单的样式配置难以满足设计需求，为此 ht-flow.js 提供了 flow.element.image 属性，该属性支持将流动的元素设置为图片或图标，还支持设置为多个图片/图标流动的效果。

在流动上设置图标，需要先注册图标：

ht.Default.setImage('dataIcon1', {
    "width": 50,
    "height": 50,
    "comps": [
        {
            "type": "shape",
            "background": "rgb(125,195,125)",
            "borderColor": "#979797",
            "points": [
                2.94441,
                16.1039,
                26.41008,
                16.1039,
                26.41008,
                4.28571,
                47.05559,
                25.58442,
                27.23783,
                45.71429,
                27.23783,
                33.84863,
                2.94441,
                33.84863,
                2.94441,
                16.1039
            ]
        }
    ]
})
ht.Default.setImage('dataIcon2', {
    "width": 50,
    "height": 50,
    "comps": [
        {
            "type": "shape",
            "background": "#32D3EB",
            "borderColor": "#979797",
            "points": [
                2.94441,
                16.1039,
                26.41008,
                16.1039,
                26.41008,
                4.28571,
                47.05559,
                25.58442,
                27.23783,
                45.71429,
                27.23783,
                33.84863,
                2.94441,
                33.84863,
                2.94441,
                16.1039
            ]
        }
    ]
});
在 ht.Edge 上设置属性：
edge.s({
    "flow": true,
    "flow.element.count": 2,
    "flow.element.image": ["dataIcon1", "dataIcon2"],
    "flow.element.max": 20,
    "flow.element.min": 20,
    "flow.element.shadow.visible": false,
    "flow.element.space": 50,
    "flow.element.autorotate": true
});
设置完成后的效果：

设置完成后的效果：

拓扑可视化优点

直观性：将抽象的关系和数据通过图形呈现，使得人们可以直观地理解和分析系统或网络的结构。

互动性：现代拓扑可视化工具通常支持用户与图形的交互操作，如缩放、拖拽节点、探索节点之间的路径等，进一步提升了分析的深度和广度。

动态性：能够实时反映系统或网络的变化，及时展现新增元素和调整后的结构关系，对于监控和管理系统状态尤为重要。

灵活性：用户可以根据需要选择不同的布局算法，调整图形的展示方式，更好地适应不同的分析场景。

审核编辑黄宇

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