[Web] 使用 Cytoscape.js 實現廠房機台地圖繪製功能

2020-12-21

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Web
2022-08-31

使用 Cytoscape.js 實現廠房機台地圖繪製功能

前言

故事緣起是來自一個製造業客戶，目前既有功能是可以檢視廠房平面圖及機台的相對位置，可使用顏色標記出有狀況的機台，並且在點選機台時顯示該機台的即時資訊。

客戶的痛點在於該地圖及機台是使用 HTML Table 刻出，也就表示如果機台位置異動必須經由軟體工程師調整，無法讓工廠管理者自行維護處理；另外工程師在面對以 HTML Table 刻出的地圖及機台時，若要調整相對位置或平移數個機台是非常傷神的，所以筆者嘗試使用 Cytoscape.js 來解決這些痛點。

可行性驗證 (POC)

由於筆者以前也沒有使用過 Cytoscape.js 類別庫的經驗，只知道是一個視覺化類別庫，因此先針對以下幾點功能進行可行性驗證：

可否新增不同大小形狀的物件(機台)
可否拖拉移動物件(機台)擺放在所需的位置
可否刪除物件(機台)
是否可以儲存 / 取出目前顯示的所有物件(機台)
是否可以點對點的連線(牆壁)
是否可在點選時取得物件(機台)資料
是否可主動依照物件(機台)ID動態調整該物件(機台)背景色

首先產生畫板

從 npm 下載 cytoscape 套件。

npm install cytoscape

引入專案中

import cytoscape from 'cytoscape';

針對 id 為 cy 的 div 建立出畫板，並儲存在 this.cy；其中 style 定義了 node 樣式，而樣式皆可經由新增 node 時給予的 data 參數來決定，因此可產生不同風格的 node 物件。

this.cy = cytoscape({
  container: document.getElementById('cy'),
  elements: [
    {
      group: 'nodes',
      data: { name: 'Test', weight: 75, type: 'circle', width: 30, height: 30 },
      position: { x: 50, y: 100 }
    }
  ],
  layout: {
    name: 'preset'
  },
  style: [
    {
      selector: 'node',
      style: {
        'label': 'data(name)',
        "shape": "data(type)",
        'width': "data(width)",
        'height': "data(height)",
        'font-size': 12,
      }
    }
  ]
})

顯示一下成果，畫布已經產生，並且擁有一個剛剛在初始時加入 elements 的 test node 物件。

POC - 新增不同大小形狀的物件

可以透過 cy.add() 加入 node 物件，可在 data 中自訂寬高 width / height 及形狀 type，若沒有賦予 id 值時會自動產生出 guid 作為該物件的 id 值。

handleAddMachine01 = () => {
  this.cy.add({
    group: 'nodes',
    data: { name: 'M', weight: 75, type: 'rectangle', width: 30, height: 50 },
    position: { x: 50, y: 100 }
  })
}

handleAddMachine02 = () => {
  this.cy.add({
    group: 'nodes',
    data: { name: 'P', weight: 75, type: 'rectangle', width: 80, height: 50 },
    position: { x: 150, y: 100 }
  })
}

從以下結果可以發現確實可以依照需求產生不同大小形狀的物件。

POC - 拖拉移動物件(機台)擺放在所需的位置

可以直接透過滑鼠點選物件後拖拉物件移動，也可以按 Ctrl 及滑鼠左鍵圈選多個需要移動的物件後，一次性地移動相對位置。

POC - 刪除物件(機台)

可以透 cy.$(':selected') 取得被選取的物件，然後透過 remove() 將這些物件移除。

handleRemove = () => {
  const eles = this.cy.$(':selected');
  eles.remove()
}

POC - 儲存 / 取出目前顯示的所有物件

可以透 cy.json() 取出資料後暫存 (此範例僅保存在 localStorage 中)；當需要重現資料時，可以透過 cy.json(data) 將資料放入後顯示。

handleSave = () => {
  // 儲存目前的畫面資料
  const cyjsonStr = JSON.stringify(this.cy.json())
  window.localStorage.setItem("elements", cyjsonStr);
  message.success('This layout has been Saved.');
}

handleRestore = () => {
  // 移除畫面上所有物件
  this.cy.elements().remove();

  // 取出畫面資料顯示在畫板上
  const cyjson = JSON.parse(window.localStorage.getItem("elements"))
  this.cy.json({ ...cyjson })
}

調整物件位置後按下儲存，關閉頁籤並再次開啟時，可經由 Restore 取出資料呈現剛才儲存的所有物件。

POC - 點對點的連線(牆壁)

目前 Cytoscape.js 已有許多成熟的 extension 可以輔助我們完成各項功能，其中 cytoscape-edgehandles 可以幫忙我們完成畫線功能，因此先透過 npm 安裝該套件。

npm install cytoscape-edgehandles

引入專案並向 cytoscape 註冊使用此插件。

import edgehandles from 'cytoscape-edgehandles'
cytoscape.use(edgehandles);

初始 edgehandles 插件並存入 this.eh 變數中，在 edgehandles(default) 方法中可以加入設定值來調整預設值(此範例先使用預設值無需傳入資料)，細節請參考官方設定。

this.eh = this.cy.edgehandles();

由於畫線的過程中會有一些樣式的套用，因此需要加入一些 style 上去，所以在剛剛建立 cytoscape 畫板的 style 清單中補上以下樣式。

{
  selector: '.eh-handle',
  style: {
    'background-color': 'red',
    'width': 12,
    'height': 12,
    'shape': 'ellipse',
    'overlay-opacity': 0,
    'border-width': 12, // makes the handle easier to hit
    'border-opacity': 0
  }
},
{
  selector: '.eh-hover',
  style: {
    'background-color': 'red'
  }
},
{
  selector: '.eh-source',
  style: {
    'border-width': 2,
    'border-color': 'red'
  }
},
{
  selector: '.eh-target',
  style: {
    'border-width': 2,
    'border-color': 'red'
  }
},
{
  selector: '.eh-preview, .eh-ghost-edge',
  style: {
    'background-color': 'red',
    'line-color': 'red',
    'target-arrow-color': 'red',
    'source-arrow-color': 'red'
  }
},
{
  selector: '.eh-ghost-edge.eh-preview-active',
  style: {
    'opacity': 0
  }
}

接著就可以測試看看了。當游標移上物件時，會出現紅色的 indicator 表示可連線狀態，接著點下滑鼠左鍵拖曳就可以完成連線，以此作為平面圖的牆面。

若一直保持可連線的狀況，對於想移動物件時是種阻礙，因此最好是設定一個開關當要用的時候在開啟即可；我們可以透過 eh.enable() 及 eh.disable() 切換，另外紅色的 indicator 有可能會殘留，因此在 disable 時可以呼叫 eh.hide() 先隱藏起來 (在儲存前也可以先執行此方法來避免 indicator 也被存入)。

handleSwitchConnectMode = () => {
  
  // 可以開啟或關閉node連線模式，避免在拖曳的時候影響使用者體驗
  const { isEnableEh } = this.state

  if (isEnableEh) {
    this.eh.hide()
    this.eh.disable();
  } else {
    this.eh.enable();
  }

  this.setState({ isEnableEh: !isEnableEh })

}

POC - 點選時取得物件(機台)資料

要取得物件資料前，要先定義物件被點選時的事件，透過 cy.on() 訂定 node 被 click 的事件，從中取得該 node 的資料；以下代碼會將 node id 存放在 state 中顯示在畫面上。

const self = this
this.cy.on('click', 'node', function (evt) {
  var node = evt.target;
  const nodeData = node.json()
  self.setState({ selectedNodeId: nodeData.data.id })
});

在點選物件時，右下方會顯示該物件 ID，在實務應用上可經由此 ID 延伸向後端取得該機台的即時資訊。

POC - 主動依照物件 ID 動態調整該物件背景色

在實際應用情境上，可能會定期從中台取得機台狀態，並要 highlight 有狀況的機台，因此需主動依據機台編號調整物件背景色，所以先定義一組高亮的 style 吧。

{
  selector: '.highlight',
  style: {
    'background-color': '#ffd118',
    'line-color': '#ffd118',
    'target-arrow-color': '#ffd118',
    'transition-property': 'background-color, line-color, target-arrow-color',
    'transition-duration': '0.5s'
  }
}

為了測試方便，我們從 cy.json() 把所有機台物件都列出。

handleFindMe = () => {

  const source = this.cy.json()
  if (source) {
    const { elements: { nodes: nodes } } = source
    if (nodes && nodes.length > 0) {
      // 取出所有機台物件
      const machines = nodes.filter(node => node.data.type === "rectangle").map(n => n.data)
      this.setState({ machines: machines })
      
      // 顯示清單視窗
      this.showFindMeModal()
    }
  }
}

選定特定物件 ID 後透過 cy.animate() 動畫效果移動畫布讓將該物件置中顯示，再針對該物件套用特定樣式；由於此範例的作用僅在於吸引眼球的注意，因此透過 flashClass() 暫時切換樣式，等固定時間後自動復原。

handleFindMeModalOk = e => {

  const eleId = this.state.selectedNodeId
  if (eleId) {
    // 將該物件至於畫布中顯示
    this.cy.animate({ center: { eles: `#${eleId}` } })
    
    // 套用 class 固定時間後復原
    this.cy.$(`#${eleId}`).flashClass('highlight', 1500);
  }

};

效果如下