使用HTML5，画布和开放数据创建全球降水（雨）可视化

我目前正在为Three.js编写下一本书，其中一章涉及可视化开放数据。在寻找可以使用的数据时，我遇到了来自NOAA的一组数据。通过此站点，您可以以网格格式下载一组全世界的每月降水报告。因此，我下载了它们，然后开始处理数据以查看其外观和使用方式。在本文中，我不会向您展示基于Three.js的结果，但我将为您提供一个快速的概述，如何使之成为最初用于调试目的的格式：

2012-07-PERC

在此图像中，您可以看到2012年7月全球对月降水量的对数。我还创建了一个简单的站点来显示此动画以及正在运行的动画。

因此，您需要做什么才能将可以从NOAA站点下载的集转换为可视的内容。

下载并转换NetCDF格式。
加载生成的CSV文件
将CSV数据处理到世界网格中
动画化两个月之间的过渡
作为奖励：还可以创建图例以显示什么颜色表示什么

但是，首先，我们需要获取数据。

下载并转换NetCDF格式

我们需要做的第一件事就是获取数据。我使用了以下链接：您可以在其中定义要下载的数据范围。在此示例中，我使用了2012年1月至2012年12月的范围，并选择了创建子集而不绘制图的选项。

但是，下载它的格式不能直接用作我们基于HTML5画布的可视化的输入。您可以使用ncdump-json创建一个JSON文件，但是仍然需要能够解释它，因此我选择了另一种方法。我刚刚编写了一个简单的Java程序，将NetCDF格式转换为简单的CSV文件。

我使用了以下Maven依赖项：

<dependencies><dependency><groupId>edu.ucar</groupId><artifactId>netcdf</artifactId><version>4.2.20</version></dependency><dependency><groupId>commons-io</groupId><artifactId>commons-io</artifactId><version>2.4</version></dependency></dependencies>

并使用以下一段Java代码：

public class NetCDFDump {public static void main(String[] args) throws IOException, InvalidRangeException {String year = "2012";NetcdfFile nc = NetcdfFile.open("src/main/resources/X84.31.143.145.44.1.47.49.nc");Variable precip = nc.findVariable("precip");// use the shapes to create an arrayint[] shapes = precip.getShape();// month, lat, lonfloat[][][] data = new float[shapes[0]][shapes[1]][shapes[2]];// iterate over 12 (or 11) monthsint[] pos = new int[3];int[] shape = {1,1,1};for (int i = 0 ; i < shapes[0] ; i++) {pos[0]=i;for (int lat = 0 ; lat < shapes[1]; lat++) {pos[1] = lat;for (int lon = 0 ; lon < shapes[2]; lon++) {pos[2] = lon;Array result = precip.read(pos, shape);data[pos[0]][pos[1]][pos[2]] = result.getFloat(0);}}}// output data like this// month, lat, lon, humidityfloat[][] combined = new float[data[0].length][data[0][0].length];for (int m = 0 ; m < data.length ; m++) {File outputM = new File(year + "-out-" + m + ".csv");for (int lat = 0 ; lat < data[m].length ; lat++) {for (int lon = 0 ; lon < data[m][lat].length; lon++) {float value = data[m][lat][lon];if (value > -1000) {combined[lat][lon]+=value;} else {combined[lat][lon]+=-1000;}// write the string for outputfileStringBuffer bOut = new StringBuffer();bOut.append(m);bOut.append(',');bOut.append(lat);bOut.append(',');bOut.append(lon);bOut.append(',');bOut.append(value);bOut.append('\n');// write to month fileFileUtils.write(outputM,bOut,true);}}}// now process the combinedFile outputM = new File(year + "-gem.csv");for (int i = 0; i < combined.length; i++) {for (int j = 0; j < combined[0].length; j++) {StringBuffer bOut = new StringBuffer();bOut.append(i);bOut.append(',');bOut.append(j);bOut.append(',');bOut.append(combined[i][j]/data.length);bOut.append('\n');FileUtils.write(outputM, bOut, true);}}}
}

我不会详细介绍正在发生的事情，但是这段代码会生成许多文件，每个文件一个月，其中一个包含平均值。

每月以以下格式显示

...
0,65,78,32.65
0,65,79,35.09
0,65,80,31.14
0,65,81,42.7
0,65,82,49.57
...

这些值分别表示：月份，纬度，经度和降水。对于平均值，它看起来几乎相同，除了省略了第一个条目。

...
59,94,59.874165
59,95,65.954994
59,96,57.805836
...

现在，我们已经以易于使用的格式获取了数据，可以使用它来创建可视化。

加载生成的CSV文件

要加载文件，我们只需要使用一个简单的XMLHttpRequest，如下所示：

// create an XMLHttpRequest to get the datavar xmlhttp = new XMLHttpRequest();xmlhttp.onreadystatechange = function() {if (xmlhttp.readyState == 4 && xmlhttp.status == 200) {var coords = CSVToArray(xmlhttp.responseText,",");// and process each of the coordinates...}}// make the call and use the callback to process the resultxmlhttp.open("GET", "location/of/the/file", true);xmlhttp.send();

现在，coords变量包含所有坐标，并为每个坐标显示值。将其转换为画布实际上非常容易。

将CSV数据处理到世界网格中

在XMLHttpRequest的回调中，我们检查是否已接收到数据并将其转换为一组坐标。我们唯一需要做的就是将这些坐标转换为画布上的可视化图像。

var coords = CSVToArray(xmlhttp.responseText,",");coords.forEach(function(point) {var offset = 0;if (point.length > 3) {offset = 1;}if (parseFloat(point[2+offset]) >= 0) {var lat = parseInt(point[0+offset]);var lon = parseInt(point[1+offset]);var value = parseFloat(point[2+offset]);if (value > max) max = value;// lat is from 0 to 180// lon is from 0 to 360var x = canvas.width/360*((lon)-180);if (x<=0) {x=canvas.width-(x*-1);}var y = canvas.height/180*lat;if (value >= 0) {context.beginPath();context.rect(x,y,4,4);context.fillStyle = scale(value).hex();context.fill();}}});

如您所见，非常简单的代码就是我们将位置取下来，将它们转换为画布上的X和Y坐标，并创建具有特定颜色的小方块。为了生成颜色，我们使用Chroma.js比例尺。

var scale = chroma.scale(['red' , 'yellow', 'green', 'blue']).domain([1,1700], 100, 'log');

此调用将创建一个从红色到黄色到绿色到蓝色的色标。值的范围是1到1700，分为100步，并使用对数刻度。结果是下图（这次是2012年1月的降水：

2012-01-PERC

由于我们拥有所有月份的数据，因此我们现在可以轻松创建简单的动画。

动画化两个月之间的过渡

对于动画，我们将创建类似于以下电影中所示的内容，其中在各个月份之间我们会缓慢过渡：

只需将图像彼此叠加显示并更改不透明度，即可轻松创建此动画。因此，首先设置一些css，它会隐藏大多数图像，并将所有图像放在一起。

#cf {position:relative;margin:0 auto;height: 700px;}#cf img {position:absolute;left:0;width: 1600px;}

现在我们可以添加图像，并使用“ bottom”类仅显示第一个图像：

<div id="cf"><img id="img-1" class="top" src="./assets/images/2012-01-perc.png" /><img id="img-2" class="bottom" src="./assets/images/2012-02-perc.png" /><img id="img-3" class="bottom" src="./assets/images/2012-03-perc.png" /><img id="img-4" class="bottom" src="./assets/images/2012-04-perc.png" /><img id="img-5" class="bottom" src="./assets/images/2012-05-perc.png" /><img id="img-6" class="bottom" src="./assets/images/2012-06-perc.png" /><img id="img-7" class="bottom" src="./assets/images/2012-07-perc.png" /><img id="img-8" class="bottom" src="./assets/images/2012-08-perc.png" /><img id="img-9" class="bottom" src="./assets/images/2012-09-perc.png" /><img id="img-10" class="bottom" src="./assets/images/2012-10-perc.png" /><img id="img-11" class="bottom" src="./assets/images/2012-11-perc.png" /><img id="img-12" class="bottom" src="./assets/images/2012-12-perc.png" />
</div>

现在，我们只需要一些JavaScript即可将所有内容捆绑在一起：

var month=[];month[0]="January";month[1]="February";month[2]="March";month[3]="April";month[4]="May";month[5]="June";month[6]="July";month[7]="August";month[8]="September";month[9]="October";month[10]="November";month[11]="December";var allTweens;init();animate();function init() {// create a chain of tweensallTweens = setupTweens(12);allTweens[0].start();}function setupTweens(imageCount) {var tweens = [];for (var i = 0 ; i < imageCount ; i++) {var tween = new TWEEN.Tween( { opac: 0, image: i, max: imageCount } ).to( { opac: 100 }, 2500 ).easing( TWEEN.Easing.Linear.None ).onUpdate( function () {// on update, lower the opacity of image i and update the opacity of// image i+1;var currentImage = document.getElementById('img-'+(this.image+1));if (this.image == imageCount -1) {var nextImage = document.getElementById('img-'+1);} else {var nextImage = document.getElementById('img-'+(this.image+2));}currentImage.style.opacity = 1- this.opac / 100;nextImage.style.opacity = this.opac / 100;} );tween.onComplete(function() {document.getElementById('title-2012').textContent = "Showing precipitation: " + month[this.image] + " " + 2012;// Set the inner variable to 0.this.opac = 0;// we're done, restartif (this.max-1 == this.image) {allTweens[0].start();}});// connect to each anotherif (i > 0) {tweens[i-1].chain(tween);}tweens.push(tween);tweens[0].repeat();}return tweens;}function animate() {requestAnimationFrame(animate);TWEEN.update();}

在这里，我们使用tween.js设置图像之间的过渡。

作为奖励：还可以创建图例以显示什么颜色表示什么

在动画中，您可以在底部看到图例。此图例是作为一个简单的画布创建的，另存为图像。为了完整起见，此处显示执行此操作的代码：

var canvas = document.createElement("canvas");canvas.width = 435;canvas.height = 30;var context = canvas.getContext('2d');var domains = scale.domain();document.body.appendChild(canvas);// from 1 to 1700for (var i = 0 ; i < domains.length ; i++) {context.beginPath();context.rect(10+i*4,0,4,20);console.log(domains[i]);context.fillStyle = scale(domains[i]).hex();context.fill();}context.fillStyle = 'black';context.fillText("0 mm", 0, 30);context.fillText(Math.round(domains[25]) + " mm", 100, 30);context.fillText(Math.round(domains[50]) + " mm", 200, 30);context.fillText(Math.round(domains[75]) + " mm", 300, 30);context.fillText("1700 mm", 390, 30);

在这里，我们只使用我们更容易看到的比例，并遍历各个域以创建彩色图例。

参考： 使用HTML5，Canvas创建全球降水（降雨）可视化，并从Smart Java博客的JCG合作伙伴 Jos Dirksen 打开数据。