Echarts无法实现这个曲线图，那我手写一个

前言

最近有个图表需求，怎么配置也配置不好，十分头疼。所以想借着这个问题手写实现一个交互体验还不错的曲线图，支持开场动画、自动根据父盒子宽度适配、比echarts更全的配置项，分区线段的可以更好的自定义等。效果如下

更新一波！ github.com/ccj-007/spa…^[1] 有兴趣的可以看看源码
同时已经发布到了npm库 www.npmjs.com/package/spa…^[2]

起源

visualMap: {
 type: 'piecewise',
 show: false,
 dimension: 0,
 seriesIndex: 0,
 pieces: [
   {
     gt: 1,
     lt: 3,
     color: 'rgba(0, 0, 180, 0.4)',
   },
   {
     gt: 5,
     lt: 7,
     color: 'rgba(0, 0, 180, 0.4)',
   },
 ],
},

这里摘抄的是echarts官网的示例，颜色无法更高的自定义程度, 这种情况想做渐变不太行, 但是分区是实现了，手动狗头，让我们看看另外一个示例

series: [
 {
   type: 'line',
   smooth: 0.6,
   symbol: 'none',
   lineStyle: {
     color: '#5470C6',
     width: 5,
   },
   markLine: {
     symbol: ['none', 'none'],
     label: { show: false },
     data: [{ xAxis: 1 }, { xAxis: 3 }, { xAxis: 5 }, { xAxis: 7 }],
   },
   areaStyle: {},
   data: [
     ['2019-10-10', 200],
     ['2019-10-11', 560],
     ['2019-10-12', 750],
     ['2019-10-13', 580],
     ['2019-10-14', 250],
     ['2019-10-15', 300],
     ['2019-10-16', 450],
     ['2019-10-17', 300],
     ['2019-10-18', 100],
   ],
 },
]

这种情况分区的线段颜色有了，但是渐变却不能区分，只能统一一个区域的渐变。

所以在我们平常开发，折线图或者曲线图一般用用echarts绰绰有余了，但是总有这么几个配置让人抓狂，比如要分区，分区的填充色要做渐变、线段要渐变、要支持hover并更改填充色、label更新等。虽然用echarts的markArea能实现一部分，但是看着那几个抓狂的api，既然追求完美落地，那就硬着头皮手写个吧

曲线图

分析思路

我们从总的canvas绘图思路来看，首先要分成3层，红色区域代表辅助层（轴、标注、辅助线、图例等）、绿色区域图表层（折线、曲线等）、蓝色区域标签层（label数据展示卡片等）。为什么要分层，就是为了后期管理图层能更容易，不然做个动画、清理画布也是很麻烦的事情。

如何做适配

这里有个细节就是canvas一定要设置width、height而不是canvas.style.width，在窗口缩放场景下会有问题。这是最关键的一点，其次我们传入的axisX和axisY的data一定要知道他只是个份数，我们要映射到的是份数，这样比如1000px宽的屏幕，我们取10份是100px、500px的屏幕，取10份是50px。我们一般只要考虑宽度的缩放。

考虑缩放

// 计算 Y 轴坐标比例尺 ratioY
maxY = Math.max.apply(null, concatData);
minY = Math.min.apply(null, concatData);
rangeY = maxY - minY;
// 数据和坐标范围的比值
ratioY = (height - 2 * margin) / rangeY;
// 计算 X 轴坐标比例尺和步长
count = concatData.length;
rangeX = width - 2 * margin;
(xk = 1), (xkVal = xk * margin);
dataLen = data.length;
ratioX = rangeX / (count - dataLen);
stepX = ratioX;

绘制坐标轴

/**
 * 绘制坐标轴
 */
function drawAxis() {
  ctx.beginPath();
  ctx.moveTo(margin, margin);
  ctx.lineTo(margin, height - margin);
  ctx.lineTo(width - margin + 2, height - margin);
  ctx.setLineDash([3, 3]);
  ctx.strokeStyle = '#aaa';
  ctx.stroke();
  ctx.setLineDash([1]);
  const yLen = newOpt.axisY.data.length;
  const xLen = newOpt.axisX.data.length;
  // 绘制 Y 轴坐标标记和标签
  for (let i = 0; i < yLen; i++) {
    let y = (rangeY * i) / (yLen - 1) + minY;
    let yPos = height - margin - (y - minY) * ratioY;
    if (i) {
      ctx.beginPath();
      ctx.moveTo(margin, yPos);
      ctx.lineTo(width - margin, yPos);
      ctx.strokeStyle = '#ddd';
      ctx.stroke();
    }
    ctx.beginPath();
    ctx.stroke();
    newYs = [];
    for (const val of options.axisY.data) {
      newYs.push(options.axisY.format(val));
    }
    ctx.fillText(newYs[i] + '', margin - 15 - options.axisY.right, yPos + 5);
    firstEnding && axisYList.push(yPos + 5);
  }
  // 绘制 X 轴坐标标签
  for (let i = 0; i < xLen; i++) {
    let x = i * stepX;
    let xPos = margin + x;
    if (i) {
      ctx.beginPath();
      ctx.moveTo(xPos, height - margin);
      ctx.lineTo(xPos, margin);
      ctx.strokeStyle = '#ddd';
      ctx.stroke();
    }
    newXs = [];
    for (const val of options.axisX.data) {
      newXs.push(options.axisX.format(val));
    }
    ctx.fillText(newXs[i], xPos - 1, height - margin + 10 + options.axisX.top);
    firstEnding && axisXList.push(xPos - 1);
  }
}

绘制曲线入口

/**
 * 绘制单组曲线
 * @param data
 */
function drawLine(data: any) {
  const { points, id, rgba, lineColor, hoverRgba } = data;
  startAreaX = endAreaX;
  startAreaY = endAreaY;
  // 分割区
  if (firstEnding) {
    areaList.push({ x: startAreaX, y: startAreaY });
  }
  function darwColorOrLine(lineMode: boolean) {
    // 绘制折线
    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(
      id ? margin + endAreaX - xkVal : margin + endAreaX,
      height - margin - (points[0] - minY) * ratioY,
    );
    ctx.lineWidth = 2;
    ctx.setLineDash([0, 0]);
    let x = 0,
      y = 0,
      translateX = 0;
    if (id) {
      translateX -= 20;
    }
    for (let i = 0; i < points.length; i++) {
      x = i * stepX + margin + endAreaX + translateX;
      y = height - margin - (points[i] - minY) * ratioY;
      let x0 = (i - 1) * stepX + margin + endAreaX + translateX;
      let y0 = height - margin - (points[i - 1] - minY) * ratioY;
      let xc = x0 + stepX / 2;
      let yc = (y0 + y) / 2;
      if (i === 0) {
        prePointPosX = x;
        prePointPosY = y;
        ctx.lineTo(x, y);
        // 这里需要提前考虑是否是线、还是曲线
        if (!(prePointPosX === x && prePointPosY === y)) {
          pointList.push({
            type: 'line',
            start: { x: prePointPosX, y: prePointPosY },
            end: { x: x, y: y },
          });
        }
      } else {
        ctx.bezierCurveTo(xc, y0, xc, y, x, y);
        pointList.push({
          type: 'curve',
          start: { x: prePointPosX, y: prePointPosY },
          end: { x: x, y: y },
          control1: { x: xc, y: y0 },
          control2: { x: xc, y: y },
        });
      }
      prePointPosX = x;
      prePointPosY = y;
      if (i === points.length - 1) {
        endAreaX = x;
        endAreaY = y;
        if (firstEnding && id === newOpt.data.length - 1) {
          areaList.push({ x: x, y: y });
        }
      }
    }
    ctx.strokeStyle = lineColor;
    ctx.stroke();
    lineMode && ctx.beginPath();
    // 右侧闭合点
    ctx.lineTo(endAreaX, height - margin);
    // 左侧闭合点
    ctx.lineTo(margin + startAreaX, height - margin);
    let startClosePointX = id ? startAreaX : margin + startAreaX;
    // 交接闭合点
    ctx.lineTo(startClosePointX, height - margin);
    ctx.strokeStyle = 'transparent';
    lineMode && ctx.stroke();
  }
  darwColorOrLine(false);
  // 渐变
  const gradient = ctx.createLinearGradient(200, 110, 200, 290);
  if (isHover && areaId === id) {
    gradient.addColorStop(0, `rgba(${hoverRgba[1][0]}, ${hoverRgba[1][1]}, ${hoverRgba[1][2]}, 1)`);
    gradient.addColorStop(1, `rgba(${hoverRgba[0][0]}, ${hoverRgba[0][1]}, ${hoverRgba[0][2]}, 1)`);
  } else {
    gradient.addColorStop(0, `rgba(${rgba[1][0]}, ${rgba[1][1]}, ${rgba[1][2]}, 1)`);
    gradient.addColorStop(1, `rgba(${rgba[0][0]}, ${rgba[0][1]}, ${rgba[0][2]}, 0)`);
  }
  ctx.fillStyle = gradient;
  ctx.fill();
}
/**
 * 绘制所有组的曲线
 */
function startDrawLines() {
  const { data, series } = newOpt;
  for (let i = 0; i < data.length; i++) {
    drawLine({
      points: data[i],
      id: i,
      rgba: series[i].rgba,
      hoverRgba: series[i].hoverRgba,
      lineColor: series[i].lineColor,
    });
  }
  firstEnding = false; //由于是不断绘制，我们需要得到第一次渲染完的我们想要的数组，防止数据被污染
}

这里要注意的是我们的分区一定是线段的闭合，然后通过fillStyle填充颜色。所以你需要在结束点后再lineTo做3次到我的起始点。addColorStop来做渐变。

绘制贝塞尔曲线

x = i * stepX + margin + endAreaX + translateX;
y = height - margin - (points[i] - minY) * ratioY;
let x0 = (i - 1) * stepX + margin + endAreaX + translateX;
let y0 = height - margin - (points[i - 1] - minY) * ratioY;
let xc = x0 + stepX / 2;
let yc = (y0 + y) / 2;
// ....
ctx.bezierCurveTo(xc, y0, xc, y, x, y);

具体api不过多阐述，但是我们要知道一个控制点我们的曲线是只有一个方向的，如果两个控制点，意味着我们曲线可以最多有2个方向。而我们的图表是分上下需要平滑过渡过去的，这个时候必须用两个控制点的。

bezierCurveTo原理

要想实现bezierCurveTo，其实就是计算得到路径经过的所有点，而这个更方便我们后期在路径上的点的获取。下面的计算会比较复杂，其实就是套用三次贝塞尔曲线的公式罢了

function getBezierCurvePoints(
  startX: number,
  startY: number,
  cp1X: number,
  cp1Y: number,
  cp2X: number,
  cp2Y: number,
  endX: number,
  endY: number,
  steps: number,
) {
  let points = [];
  // 使用二次贝塞尔曲线近似三次贝塞尔曲线
  let q1x = startX + ((cp1X - startX) * 2) / 3;
  let q1y = startY + ((cp1Y - startY) * 2) / 3;
  let q2x = endX + ((cp2X - endX) * 2) / 3;
  let q2y = endY + ((cp2Y - endY) * 2) / 3;
  // 采样曲线上的所有点
  for (let i = 0; i <= steps; i++) {
    let t = i / steps;
    let x =
      (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * startX +
      3 * t * (1 - t) * (1 - t) * q1x +
      3 * t * t * (1 - t) * q2x +
      t * t * t * endX;
    let y =
      (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * startY +
      3 * t * (1 - t) * (1 - t) * q1y +
      3 * t * t * (1 - t) * q2y +
      t * t * t * endY;
    points.push({ x: +x.toFixed(2), y: +y.toFixed(2) });
  }
  return points;
}

三次贝塞尔曲线的公式原理

公式的推导数学好的大佬可以研究研究，但是他的计算过程还是要知道的，我们可以看到t的值从0到1代表曲线的开始端点和结束端点。t控制着Q1、Q2、Q3的百分比的分别在p1p2、p2p3、p3p4线段的位置，同理也是r1、r2对应的位置，然后再得出r1和r2中的相对位置。所以根本就是t的偏移量在不断划分的线段中的位置。t从0到1的所有的点的集合就是构造曲线的集合。

同时我们根据这个原理，通过Ramer Douglas Peucker 算法^[3]可以得出线段的细分，控制曲线是否圆滑。

如何实现点在路径上游走

我们之前能得到曲线上的所有点，只要计算我的clientX是否在路径点的集合中对应的那个点筛选出来，然后在遮罩层绘制一个圆圈以及辅助线。

function getAllPoints(segments: PointList) {
  let points = [];
  let lastPoint = null;
  // 遍历所有线段的控制点和终点，将这些点的坐标存储到数组中
  for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
    let segment = segments[i];
    let pointsCount = 50; // 点的数量
    // 如果是直线，则使用lineTo方法连接线段的终点
    if (segment.type === 'line') {
      let x0 = segment.start.x;
      let y0 = segment.start.y;
      let x1 = segment.end.x;
      let y1 = segment.end.y;
      for (let j = 0; j <= pointsCount; j++) {
        let t = j / pointsCount;
        let x = x0 + (x1 - x0) * t;
        let y = y0 + (y1 - y0) * t;
        points.push({ x: +x.toFixed(2), y: +y.toFixed(2) });
      }
      // 如果是曲线，则使用贝塞尔曲线的方法绘制曲线，并将曲线上的所有点的坐标存储到数组中
    } else if (segment.type === 'curve') {
      let x0 = segment.start.x;
      let y0 = segment.start.y;
      let x1 = segment.control1.x;
      let y1 = segment.control1.y;
      let x2 = segment.control2.x;
      let y2 = segment.control2.y;
      let x3 = segment.end.x;
      let y3 = segment.end.y;
      const point = getBezierCurvePoints(x0, y0, x1, y1, x2, y2, x3, y3, pointsCount);
      points.push(...point);
    }
    // 更新线段的起点
    lastPoint = segment.end;
  }
  return points;
}

label的数据计算、区间的计算

我们可以看到填充色和label的数值都已经变化，这里需要监听下全局的坐标是否在图表内，如果在内部，就计算pointX = clientX \- dom.offsetLeft \- dom.margin, y坐标同理。

/**
 * label显示
 * @param clientX
 * @param clientY
 */
function drawTouchPoint(clientX: number, clientY: number) {
  (cx = clientX), (cy = clientY);
  // 计算当前区间位置
  for (let i = 0; i < areaList.length - 1; i++) {
    const pre = areaList[i].x;
    const after = areaList[i + 1].x;
    if (cx > pre && cx < after) {
      areaId = i;
    }
  }
  // 计算交叉位置，得到对应的x轴位置，从option的data中取对应的title
  for (let i = 0; i < axisXList.length - 1; i++) {
    const pre = axisXList[i];
    const after = axisXList[i + 1];
    if (cx > pre && cx < after) {
      curInfo.x = i;
    }
  }
  for (let i = 0; i < axisYList.length - 1; i++) {
    const max = axisYList[i];
    const min = axisYList[i + 1];
    if (cy < max && cy > min) {
      curInfo.y = i + 1;
    }
  }
  let crossPoint = pathPoints.find((item: Pos) => {
    const orderNum = 0.5;
    if (Math.abs(item.x - clientX) <= orderNum) {
      return item;
    }
  }) as Pos | undefined;
  if (crossPoint && canvas) {
    dotCtx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    dotCtx.beginPath();
    dotCtx.setLineDash([2, 4]);
    dotCtx.moveTo(crossPoint.x, margin);
    dotCtx.lineTo(crossPoint.x, height - margin);
    dotCtx.strokeStyle = '#000';
    dotCtx.stroke();
    drawArc(dotCtx, crossPoint.x, crossPoint.y, 5);
    //label
    if (!isLabel) {
      labelDOM = document.createElement('div');
      labelDOM.id = 'canvasTopBox';
      labelDOM.innerHTML = '';
      container && container.appendChild(labelDOM);
      isLabel = true;
    } else {
      if (labelDOM) {
        let t =
          crossPoint.y + labelDOM.offsetHeight > canvas.height - margin
            ? canvas.height - margin - labelDOM.offsetHeight
            : crossPoint.y - labelDOM.offsetHeight * 0.5;
        labelDOM.style.left = crossPoint.x + 20 + 'px';
        labelDOM.style.top = t + 'px';
        labelDOM.innerHTML = `
  <div class='label'>
  <div class='label-left' style='backGround: ${newOpt.series[areaId].lineColor}'>
  </div>
  <div class='label-right'>
  <div class='label-text'>人数:${newYs[curInfo.y]} </div>
  <div class='label-text'>订单数:${newXs[curInfo.x]} </div>
  </div>
  </div>
  `;
      } else {
      }
    }
  }
}

遮罩动画

核心原理就是通过clearRect，下面的代码是从右向左遮罩，所以这里可以直接transfrom: rotate(-180deg)就可以了。

function drawAnimate() {
  markCtx.clearRect(0, 0, width, height);
  markCtx.fillStyle = 'rgba(255, 255, 255, 1)';
  markCtx.fillRect(0, 0, width, height);
  markCtx.clearRect(width - maskWidth, height - maskHeight, maskWidth, maskHeight);
  // 更新遮罩区域大小
  maskWidth += 20;
  maskHeight += 20;
  if (maskWidth < width) {
    animateId = requestAnimationFrame(drawAnimate);
  } else {
    cancelAnimationFrame(animateId);
    watchEvent();
  }
}

option配置入口

export const options = {
  layout: {
    w: 0,
    h: 0,
    root: '#container',
    m: 30,
  },
  data: [
    [40, 60, 40, 80, 10, 50, 80, 0, 50, 30, 20],
    [20, 30, 60, 40, 30, 10, 30, 20, 0, 30, 40, 20],
    [20, 30, 20, 40, 20, 10, 10, 30, 0, 30, 50, 20],
  ],
  axisX: {
    data: [
      0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25,
      26, 27, 28, 29, 30, 31, 32,
    ],
    format(param: string | number) {
      return param + 'w';
    },
    top: 4,
  },
  axisY: {
    data: [0, 20, 40, 60, 80],
    format(param: string | number) {
      return param + '人';
    },
    right: 10,
  },
  series: [
    {
      rgba: [
        [55, 162, 255],
        [116, 21, 219],
      ],
      hoverRgba: [
        [55, 162, 255],
        [116, 21, 219],
      ],
      lineColor: 'blue',
    },
    {
      rgba: [
        [255, 0, 135],
        [135, 0, 157],
      ],
      hoverRgba: [
        [255, 0, 135],
        [135, 0, 157],
      ],
      lineColor: 'purple',
    },
    {
      rgba: [
        [255, 190, 0],
        [224, 62, 76],
      ],
      hoverRgba: [
        [255, 190, 0],
        [224, 62, 76],
      ],
      lineColor: 'orange',
    },
  ],
};

总结

canvas的核心就是点的处理，在一些曲线衔接、路径的获取会比较复杂，同时如何管理好图层是很重要的，本曲线图底部是辅助图层不做变化，曲线是需要做动画的话，最好就单独做个图层，顶部在来个遮罩做标签等元素，为了更方便做自定义，我们也没必要用canvas绘制，直接dom或svg渲染就行。

参考资料