基於 HTML5 + Canvas 實現的 PID 可視化系統
- 2019 年 11 月 5 日
- 筆記
前言
隨着工業物聯網和互聯網技術的普及和發展，人工填料的方式已經逐漸被機械設備取代。工業廠商減小誤操作、提升設備安全以及追求高效率等製造特點對設備的要求愈加高標準、嚴要求。同時機械生產以後還需遵從整個項目流程的規範管理，如何實行管理與交接也是一大嚴峻的挑戰。因此，整個生產流程中還應該制定一套關於管理流程的可視化界面。
在工業過程控制中，按被控對象的實時數據採集的信息與給定值比較產生的誤差的比例、積分和微分進行控制的控制系統，簡稱 PID 控制系統。PID 控制生產環境具有適應性強，魯棒性強，使用方便等特點。進料系統則涉及到超高壓技術，在流水線系統中廣泛應用，能夠實現設備半自動化或自動化送料作業，解決傳統進料方式計量不準、工作環境污染以及工人勞動強度高等問題，從而實現高效的流水線加工。結合 PID 和自動化部署，可以為電力、機械、冶金、化工、食品、紡織等工業或者民用行業供需。本篇文章通過搭建危險廢物進料系統的 2D 場景以及數據界面展示，幫助我們了解如何使用 HT 實現一個可視化的 PID 控制進料系統。
項目地址預覽： 基於 HTML5 的 PID-進料系統可視化界面 http://www.hightopo.com/demo/PID-feed-system/
效果預覽
整體協作場景
抓鬥操作場景
進料場景
代碼構建
搭建場景
該文主要實現的是 2D 場景，我們需要用到拓撲組件的相關 api 搭建基礎場景：
1 dataModel = new ht.DataModel(); //數據容器，用來存取數據節點Node 2 graphView = new ht.graph.GraphView(dataModel); //拓撲組件 3 graphView.addToDOM(); //將組件添加到body中
上述代碼添加組件到body中所用的是 addToDom 方法，HT組件一般會嵌入BorderPane、SplitView和TabView等容器中使用，而最外層的HT組件則需要用戶手工將 getView() 返回的底層 div 元素添加到頁面的 DOM 元素中，這裡需要注意的是，當父容器大小變化時，如果父容器是 BorderPane 和 SplitView 等這些HT預定義的容器組件，則HT的容器會自動遞歸調用孩子組件 invalidate 函數通知更新。但如果父容器是原生的 html 元素， 則 HT 組件無法獲知需要更新，因此最外層的 HT 組件一般需要監聽 window 的窗口大小變化事件，調用最外層組件 invalidate 函數進行更新。
為了最外層組件加載填充滿窗口的方便性，HT 的所有組件都有 addToDOM 函數，其實現邏輯如下，其中 iv 是 invalidate 的簡寫：
1 addToDom = function(){ 2 var self = this, 3 view = self.getView(), //獲取組件的底層div 4 style = view.style; 5 document.body.appendChild(view); //將組件底層div添加到body中 6 style.left = '0'; //默認所有組件的position都設置為absolute絕對定位 7 style.right = '0'; 8 style.top = '0'; 9 style.bottom = '0'; 10 window.addEventListener('resize',function(){ self.iv(); },false); //窗口改變大小，調用刷新函數 11 }
將視圖默認方法重置：
1 graphView.setPannable(false); //禁用通過鼠標拖拽進行平移操作 2 graphView.setRectSelectable(false); //禁用拓撲上進行框選操作 3 graphView.setMovableFunc(()=>{false}); //禁用移動過濾器函數
在 2D 編輯器上創建 2D 圖形會生成 JSON 文件，引入生成場景需要進行反序列化：
1 ht.Default.xhrLoad('displays/industry/PID-進料系統.json',function(text){ 2 var json = ht.Default.parse(text); //解析為JSON對象 3 dataModel.deserialize(json); //反序列化為場景 4 })
在 HT 中，Data 類型對象構造時內部會自動被賦予一個 id 屬性，可通過 data.getId() 和 data.setId( id ) 獲取和設置，Data 對象添加到 DataModel 之後不允許修改 id 值，可通過 dataModel.getDataById (id ) 快速查找 Data 對象。但是一般建議 id 屬性由 HT 自動分配，用戶業務意義的唯一標示可存在 tag 屬性上，通過 Data#setTag( tag ) 函數允許任意動態改變 tag 值，通過DataModel#getDataByTag(tag) 可查找到對應的 Data 對象，並支持通過 DataModel#removeDataByTag( tag ) 刪除 Data 對象。我們這邊通過在 JSON 中設置 Data 對象的 tag 屬性，在代碼中通過 dataModel.getDataByTag( tag ) 函數來獲取該 Data 對象：
1 { 2 "c": "ht.Node", 3 "i": 407, 4 "p": { 5 "displayName": "抓手的結", 6 "parent": { 7 "__i": 403 8 }, 9 "tag": "gripKnot", 10 "image": "symbols/symbol factory/垃圾處理/抓手的結.json", 11 "position": { 12 "x": -569.62125, 13 "y": -117.05025 14 }, 15 "width": 50, 16 "height": 25 17 }, 18 "s": { 19 "select.width": 0 20 } 21 },
1 var gripRightPaw = dataModel.getDataByTag('gripRightPaw'); 2 var girpLeftPaw = dataModel.getDataByTag('grapLeftPaw'); 3 var gripKnot = dataModel.getDataByTag('gripKnot');
展開動畫
HT 對動畫封裝了 ht.Default.startAnim 函數，通過設置 duration 獲取動畫時長， action 函數里為執行的動畫屬性，以及 finishFunc 動畫執行後的回調函數，該案例共置8個動畫，包含自驅動以及異步動畫。下面舉第八個動畫（循環水流動）為例來理解 ht 內置動畫效果：
1 //循環水流動 2 function animation() { 3 var lineJson = {}; 4 var name = ''; 5 var speed = 20, 6 lastTime = Date.now(); 7 //循環獲取水流 tag，並設置初始化 shape.dash.offset 為0 8 for (var i = 1; i <= 9; i++ ) { 9 if (i != 8) { 10 name = 'line'+i; 11 lineJson[name] = 0; 12 } 13 } 14 ht.Default.startAnim({ 15 duration: 5000, 16 action: function () { 17 var time = Date.now(), 18 deltaTime = (time - lastTime) / 1000; 19 for (var tags in lineJson) { 20 if (tags.split('e')[1] % 2) { 21 lineJson[tags] += deltaTime * speed; 22 } else { 23 lineJson[tags] -= deltaTime * speed; 24 } 25 var lines = dataModel.getDataByTag(tags); 26 lines.setStyle('shape.dash.offset',lineJson[tags]); 27 } 28 lastTime = time 29 }, 30 finishFunc: function () { 31 animation(); 32 //TODO... 也可以在這裡異步調用下一個動畫 33 } 34 }) 35 }
該例首先根據已創建的循環水流（已綁定 tag 標籤）通過 for 循環以及 dataModel. getDataByTag 動態獲取 Data 節點，通過標籤名攜帶的數字判斷水流方向，最終使用 Data.setStyle（可以簡寫為 Data.s ） 設置虛線部分的偏移距離。
上面的循環水流為例，如果 lineJson[tags] += value (定值) ,當用戶放大視圖時圖元數量減少，會多調用幾次 anim 中的 action 函數，流動速度增快，縮小同理。因此採用 value = speed * deltaTime 的解決方式，解決視圖在不同縮放 zoom 的情況下播放速度不一致的問題，具體原理如下：
1 //global 2 var lastTime = Date.now(); 3 var distance = 0; //距離 4 var speed = 20; //速度 5 //action 6 ht.Default.startAnim({ 7 duration:5000, 8 action:function(){ 9 var time = Date.now(); 10 var deltaTime = (time - lastTime) / 1000; 11 distance += speed * deltaTime; 12 lastTime = time; 13 }, 14 finishFunc:function(){//TODO} 15 })
ht 實現動畫不僅可以使用 startAnim 來驅動，也可以採用按調度 addScheduleTask 進行實現，代碼如下：
1 dataModel.addScheleTask({ 2 interval, //調度間隔 3 beforeAction(){}, //調度開始之前的動作 4 action(){}, //調度任務 5 afterAction(){} //調度結束之後的動作 6 })
也可以使用 callLater 進行實現，ht 內置函數封裝了非常多關於動畫有趣且實操性強的 api ，有興趣可以進入官網 ( https://www.hightopo.com )進行了解和學習，也可以線上申請 framework 的試用包。如果想要了解更多HT封裝的動畫進行操作，可以參考 https://www.cnblogs.com/xhload3d/p/9222549.html 等其他文章。
可操作
當然，HT 也汲取了訂閱-發佈模式的天然優勢，通過驅動數據更改視圖，更加直觀地感受到數據與視圖的綁定過程。以下提供2種 HT 提供的可操作界面，第一種是通過創建面板組件， HT 內部提供了包含 formPane 、borderPane、TablePane 等一系列通用面板組件，此處我們以 formPane 為例，首先在 index.html 主頁面中引入 ht-form.js ，該文件封裝了 formPane 面板的 api ，相關偽代碼如下：
1 var fp = new ht.widget.FormPane(); //創建面板對象 2 fp.setWidth(200); 3 fp.setHeight(100); 4 fp.setRowHeight(30); //面板行高 5 fp.setPadding(16); 6 fp.getView().className = 'main'; //節點設置類名後可以直接在 style 中設置屬性，說白了 fp.getView() 就是一個普通的 DOM 節點 7 fp.addRow([{ //通過 addRow 方法添加文本以及進度條等內容 8 id:'text', 9 element:'Current Speed === 20', 10 align:'center' 11 }],[0.1]); 12 fp.addRow([{ 13 id:'speed', 14 slider:{ //進度條 15 min:0, 16 max:100, 17 value:20, //當前進度值 18 step:1, 19 onValueChanged(){ value改變時觸發函數 20 var speed = fp.v('speed'); 21 fp.v('text','Current Speed === ' + speed); 22 } 23 } 24 }],[0.1]); 25 document.body.appendChild(fp.getView());
此時，我們只要把之前定義的 speed 指向 fp.v('speed') ，就可以簡單地實現數據視圖綁定：
1 function animation(fp){ 2 var lineJson = {}; 3 var name = ''; 4 var lastTime = Date.now(); 5 var speed; 6 for (var i = 1; i <= 9; i++ ) { 7 if (i != 8) { 8 name = 'line'+i; 9 lineJson[name] = 0; 10 } 11 } 12 ht.Default.startAnim({ 13 duration: 5000, 14 action: function () { 15 speed = fp.v('speed'); 16 var time = Date.now(), 17 deltaTime = (time - lastTime) / 1000; 18 for (var tags in lineJson) { 19 if (tags.split('e')[1] % 2) { 20 lineJson[tags] += deltaTime * speed; 21 } else { 22 lineJson[tags] -= deltaTime * speed; 23 } 24 var lines = dataModel.getDataByTag(tags); 25 lines.setStyle('shape.dash.offset',lineJson[tags]); 26 } 27 lastTime = time; 28 }, 29 finishFunc: function () { 30 animation(fp); 31 } 32 }) 33 }
另一種是通過 HT 的矢量圖形庫，矢量圖形採用點、線或多邊形的圖形描述方式，解決了 png 、jpg 等格式圖片在縮放過程中出現失真現象。創建矢量圖形可以通過常規編輯器如 webstorm、webstorm 通過代碼編寫，也可以通過 HT-2D 編輯器直接創建圖形，基本上不需要操作代碼就可以簡單地創建出圖形，有學過 3dmax 或者 CAD 製圖的同學對此應該都不陌生。在編輯器的不斷完善下，內部已經有許多優秀的圖標和組件案例，這邊就可以直接引用一些小案例，首先需要創建一張圖紙，然後直接拉取一個自製圖標，類似 legend 的效果都是繪線畫出來的，更改文字部分就可以直接看到效果了。
關鍵的還是功能性組件，圖標展示顯示界面，功能性組件支持事件的觸發，首先在控件裏面拉取 slider 圖標，然後到組件欄拉取 slider 組件，設置控件的最大值、最小值和默認值等一系列參數。
可以得知我們即將改變的值有兩個，一個是 slider ，一個是文本的值，默認20，我們給這兩個 Data 對象綁定唯一標籤，分別為 sliderValue 以及 textValue，先通過進度條的當前值改變文本的值：
1 var sliderValue = dataModel.getDataByTag('sliderValue'); 2 var textValue = dataModel.getDataByTag('textValue'); 3 sliderValue.a('ht.onChange',function(){ //value改變觸發事件 4 textValue.a('textValue',sliderValue.a('ht.value')); 5 })
然後animation拿到進度條的當前值，指向speed：
1 function animation(data) { 2 var lineJson = {}; 3 var name = ''; 4 var lastTime = Date.now(); 5 var speed; 6 for (var i = 1; i <= 9; i++ ) { 7 if (i != 8) { 8 name = 'line'+i; 9 lineJson[name] = 0; 10 } 11 } 12 ht.Default.startAnim({ 13 duration: 5000, 14 action: function () { 15 speed = data.a('ht.value'); 16 var time = Date.now(), 17 deltaTime = (time - lastTime) / 1000; 18 for (var tags in lineJson) { 19 if (tags.split('e')[1] % 2) { 20 lineJson[tags] += deltaTime * speed; 21 } else { 22 lineJson[tags] -= deltaTime * speed; 23 } 24 var lines = dataModel.getDataByTag(tags); 25 lines.setStyle('shape.dash.offset',lineJson[tags]); 26 } 27 lastTime = time; 28 }, 29 finishFunc: function () { 30 animation(data); 31 } 32 }) 33 }
當然也可以自定義多個 slider 分別控制不同的動畫，具體如何實現還是全憑需求而定。
不局限於 2D 可視化場景，與 3D 相關生產環境的可視化場景模擬也有許多案例，如下：
3D水泥工廠工藝流程：http://www.hightopo.com/demo/CementFactory/
3D高爐煉鐵工業流程：http://www.hightopo.com/demo/large-screen-puddling/
