D3.js的arc()函数——生成弧形和扇形

D3.js是一个流行的JavaScript库，旨在帮助开发人员创建动态而富有吸引力的数据可视化效果。其arc()函数是其中一个用来生成弧形和扇形的重要函数。本文将详细介绍arc()函数的用法和示例。

1. arc()函数概述

arc()函数是D3.js库中一个用来生成弧形和扇形的函数。这个函数用于生成一个定义弧形或扇形的path元素，并将它加入到选中的元素之中。

正常情况下，我们使用SVG标签的path元素来绘制形状，而arc()函数则生成SVG中的path元素所需要的数据。通过arc()函数，我们可以快速的生成各种形状样式、大小、位置的弧形和扇形，从而用于数据可视化之中。

2. arc()函数的用法

arc()函数的使用方法相对简单，主要包括以下几个参数：

• 内外径：定义生成弧形或扇形的半径范围。
• 起始和结束角度：定义生成弧形或扇形的起始角度和结束角度。
• 是否以弦的方式生成弧：默认为false，如果设置为true，则生成一个与半径相交的曲线。

下面是arc()函数的基本语法：

var arc = d3.arc()
  .innerRadius(50)
  .outerRadius(100)
  .startAngle(0)
  .endAngle(Math.PI / 2);

在上述基本语法中，我们定义了一个弧形生成器（arc()），并传入了四个参数：内径半径（50）、外径半径（100）、起始角度（0）以及结束角度（Math.PI/2）。

3. arc()函数示例

下面将结合代码示例讲解arc()函数的应用。

3.1 基本弧形

生成一个简单的弧形：

var arc = d3.arc()
  .innerRadius(50)
  .outerRadius(100)
  .startAngle(0)
  .endAngle(Math.PI / 2);

var svg = d3.select("body")
  .append("svg")
  .attr("width", 200)
  .attr("height", 200);

var path = svg.append("path")
  .attr("d", arc)
  .attr("transform", "translate(100,100)")
  .style("fill", "red");

运行上述代码后，会生成一个红色粗实线弧形，效果如图：

3.2 弧形转换为扇形

使用弧形生成器的endAngle()函数来将弧形推展为扇形：

var arc = d3.arc()
      .innerRadius(50)
      .outerRadius(100)
      .startAngle(0)
      .endAngle(Math.PI / 2);

var svg = d3.select("body")
    .append("svg")
    .attr("width", 200)
    .attr("height", 200);

var path = svg.append("path")
    .attr("d", arc)
    .attr("transform", "translate(100,100)")
    .style("fill", "red");

arc.endAngle(Math.PI * 3 / 2);

var path2 = svg.append("path")
    .attr("d", arc)
    .attr("transform", "translate(100,100)")
    .style("fill", "blue");

上述代码中，我们在第一个弧形生成器（arc()函数）中定义的起始角度为0，结束角度为π/2（也就是一个270度的弧形）。接着，我们通过endAngle()函数将这个弧形扩展了270度，变成了一个完整的圆形。该步骤会使用同一个弧形生成器（arc()函数）并再次调用append()函数来创建一个新元素，使得代码更加简洁。运行上述代码后，效果如图：

3.3 颜色和渐变背景

为了让图像更漂亮，我们可以为扇形添加背景颜色或渐变填充，代码如下：

var arc = d3.arc()
      .innerRadius(50)
      .outerRadius(100)
      .startAngle(0)
      .endAngle(Math.PI * 1.5);

var svg = d3.select("body")
    .append("svg")
    .attr("width", 200)
    .attr("height", 200);

svg.append("defs")
    .append("linearGradient")
    .attr("id", "grad1")
    .attr("x1", "0%")
    .attr("y1", "0%")
    .attr("x2", "0%")
    .attr("y2", "100%")
    .selectAll("stop")
    .data([
      { offset: "0%", color: "#F8A935" },
      { offset: "50%", color: "#FFBA08" },
      { offset: "100%", color: "#F8A935" }
    ])
    .enter()
    .append("stop")
    .attr("offset", function(d) {
      return d.offset;
    })
    .attr("stop-color", function(d) {
      return d.color;
    });

svg.select("defs")
    .append("linearGradient")
    .attr("id", "grad2")
    .attr("x1", "0%")
    .attr("y1", "100%")
    .attr("x2", "0%")
    .attr("y2", "0%")
    .selectAll("stop")
    .data([
      { offset: "0%", color: "#6B3E26" },
      { offset: "50%", color: "#964B00" },
      { offset: "100%", color: "#6B3E26" }
    ])
    .enter()
    .append("stop")
    .attr("offset", function(d) {
      return d.offset;
    })
    .attr("stop-color", function(d) {
      return d.color;
    });

var path1 = svg.append("path")
    .attr("d", arc)
    .attr("transform", "translate(100,100)")
    .style("fill", "url(#grad1)");

arc.endAngle(Math.PI * 2);

var path2 = svg.append("path")
    .attr("d", arc)
    .attr("transform", "translate(100,100)")
    .style("fill", "url(#grad2)");

运行上述代码后，会生成两个扇形，左边的黄色扇形是由ID为“grad1”的垂直渐变背景填充的，右边的褐色扇形则是由ID为“grad2”的水平渐变背景填充的，具体效果如图：

3.4 动态弧形

在数据可视化环节中，我们通常需要将数据转换为可视化图形，并支持交互功能。在这种情况下，我们可以结合鼠标事件来实现动态效果。下面的代码演示了如何使用鼠标悬浮事件来生成动态弧形：

var data = [4, 8, 15, 16, 23, 42];

var innerRadius = 50;
var outerRadius = 100;
var pi = Math.PI;
var tau = 2 * pi;
var color = d3.scaleOrdinal(d3.schemeCategory10);
var arc = d3.arc()
    .innerRadius(innerRadius);
    
var svg = d3.select("body")
    .append("svg")
    .attr("width", 400)
    .attr("height", 400);

var g = svg.append("g")
    .attr("transform", "translate(200,200)");

var pie = d3.pie()
    .value(function(d) { return d })
    .sort(null);

g.selectAll("path")
    .data(pie(data))
    .enter()
    .append("path")
    .each(function(d) {
      d.outerRadius = outerRadius - 20;
    })
    .attr("d", arc)
    .each(function(d) {
      this._current = d;
    })
    .style("fill", function(d) {
      return color(d.data);
    })
    .on("mouseover", function(d) {
      d3.select(this)
          .transition()
          .duration(200)
          .attr("d", d3.arc()
              .innerRadius(innerRadius)
              .outerRadius(outerRadius)
              .startAngle(d.startAngle)
              .endAngle(d.endAngle + tau * 0.05)
          );
    })
    .on("mouseout", function(d) {
      d3.select(this)
          .transition()
          .duration(200)
          .attr("d", d3.arc()
              .innerRadius(innerRadius)
              .outerRadius(d.outerRadius)
              .startAngle(d.startAngle)
              .endAngle(d.endAngle)
          );
    });

生成的动态扇形如下图所示：

以上是D3.js的arc()函数基础的使用方法和几个常见示例，需要注意的是，arc()函数可以与其他方法结合，实现更丰富、个性化的效果。希望读者掌握了基本的弧形和扇形生成方法之后，可以在实际项目中结合其他D3.js函数和可视化方法，不断提高数据可视化效果，让数据生动有趣，初见独特之美。

参考文献

• D3.js API Reference - arc
• W3Schools SVG arc
• Codepen - D3 Pie Chart Animation