1. Владимир Агафонкин
высокопроизводительные
визуализации данных
в браузере
март 2013

2. agafonkin.com
/mourner

3. rain.in.ua

4. визуализации
данных

11. интерактивность

12. •реагирование на действия
пользователя
интерактивность

13. •реагирование на действия
пользователя
•навигация по данным
интерактивность

14. •реагирование на действия
пользователя
•навигация по данным
•фильтрация данных
интерактивность

20. потребность в
интерактивности
увеличивается

21. ответственность за обработку
данных всё больше смещается
от сервера к клиенту

22. чистый JS — быстро
рендеринг, DOM — медленно

23. правило №1
чем меньше всего
отображаем, тем быстрее

24. обработка
данных
рендеринг

25. обработка данных рендеринг

26. •фильтрация объектов
уменьшение данных

27. •фильтрация объектов
•геометрическое отсечение
уменьшение данных

28. •фильтрация объектов
•геометрическое отсечение
•геометрическое упрощение
уменьшение данных

29. •фильтрация объектов
•геометрическое отсечение
•геометрическое упрощение
•кластеризация (группировка)
уменьшение данных

30. фильтрация

31. поиск 2D-объектов
•поиск объектов в текущей
прямоугольной видимой области

32. поиск 2D-объектов
•поиск объектов в текущей
прямоугольной видимой области
•поиск объектов в точке (под
курсором)

33. загрузка данных — 1 раз
поиск/фильтрация — много раз

34. сетка

36. древовидные структуры данных
•binary heap
•binary search tree
•range tree
•k-d tree
•quadtree
•R-tree

37. точки в quadtree

38. прямоугольники в R-tree

39. var tree = new RTree();
tree.insert(
{x: 5, y: 10, w: 10, h: 15}, obj);
...
tree.search(
{x: 7, y: 7, w: 5, h: 5});
github.com/imbcmdth/RTree

40. kothic.org/js

41. определение коллизий

42. Crossfilter (для многих измерений)

43. отсечение ломаных линий
алгоритм Коэна-Сазерленда

44. отсечение полигонов
алгоритм Сазерленда-Ходжмана

45. упрощение
ломаных линий

46. упрощение по расстоянию

47. алгоритм
Дугласа-Пекера

48. mourner.github.com/simplify-js

49. кластеризация
группировка похожих объектов

52. иерархическая кластеризация
1 раз для всех
масштабов

53. загрузка и обработка
данных

54. UI JS UI

55. UI JS
браузер залипает
на объемных вычислениях
UI

56. Web Workers

57. <script src='data.js'></script>
<script>
...
worker.postMessage(HUGE_DATA_ARRAY);
...
</script>
загрузка и пересылка в Worker

58. UI
Worker JS
загрузка
данных UI

59. UI
Worker JS
браузер залипает на загрузке
и пересылке данных
загрузка
данных UI

60. importScripts('data.js');
...
onmessage = function (e) {
var result =
searchData(e.data.query);
postMessage(result);
}
загрузка в Worker

61. UI
Worker JSзагрузка
данных
UIUI

62. UI
Worker JS
браузер залипает
на получении данных
загрузка
данных
UIUI

63. var array = new Float16Array(len);
...
var buffer = array.buffer;
postMessage(buffer, [buffer]);
// с этого момента buffer недоступен
transferable objects
(Chrome, Firefox)

64. UI
Worker JSзагрузка
данных
UIUI

65. UI
Worker JS
браузер не залипает, данные
пересылаются как ArrayBuffer
загрузка
данных
UIUI

66. function addNumbers(a, b) {
'use asm';
a = a | 0; // int
b = +b; // double
return +(a + b); // double
}
светлое будущее — asm.js

67. светлое будущее — asm.js
•оптимизация узких мест
вычислений

68. светлое будущее — asm.js
•оптимизация узких мест
вычислений
•пока только в FF Nightly

69. светлое будущее — asm.js
•оптимизация узких мест
вычислений
•пока только в FF Nightly
•обратная совместимость!

70. технологии рендеринга
SVG, Canvas, HTML,WebGL

71. SVG
•быстрые нативные события для
интерактивности

72. SVG
•быстрые нативные события для
интерактивности
•легко обновлять отдельные
объекты

73. SVG
•быстрые нативные события для
интерактивности
•легко обновлять отдельные
объекты
•тормозит страницу (при большом
кол-ве объектов)

74. Canvas
•после отрисовки не влияет на
отзывчивость страницы

75. Canvas
•после отрисовки не влияет на
отзывчивость страницы
•повторяющиеся части можно
отрисовать один раз и
раскопировать

76. Canvas
•после отрисовки не влияет на
отзывчивость страницы
•повторяющиеся части можно
отрисовать один раз и
раскопировать
•можно попиксельно рисовать/
обрабатывать в Worker

77. Canvas
•дорого перерисовывать при
каждом обновлении

78. Canvas
•дорого перерисовывать при
каждом обновлении
•очень сложно с реализацией
интерактивности

79. WebGL
•основной способ для 3D-
визуализаций

80. WebGL
•основной способ для 3D-
визуализаций
•очень быстро в 2D, если нужно
отрисовать много спрайтов

81. WebGL
•основной способ для 3D-
визуализаций
•очень быстро в 2D, если нужно
отрисовать много спрайтов
•в остальных случаях преимущество в
скорости перед Canvas-2D спорно

82. WebGL
•основной способ для 3D-
визуализаций
•очень быстро в 2D, если нужно
отрисовать много спрайтов
•в остальных случаях преимущество в
скорости перед Canvas-2D спорно
•API намного сложнее и неудобнее

83. WebGL
•основной способ для 3D-
визуализаций
•очень быстро в 2D, если нужно
отрисовать много спрайтов
•в остальных случаях преимущество в
скорости перед Canvas-2D спорно
•API намного сложнее и неудобнее
•поддержки в IE и iOS не ожидается

84. HTML
•удобно использовать для текста и
элементов интерфейса

85. HTML
•удобно использовать для текста и
элементов интерфейса
•очень удобно анимировать с
помощью CSSTransitions

86. HTML
•удобно использовать для текста и
элементов интерфейса
•очень удобно анимировать с
помощью CSSTransitions
•тормозит страницу при большом
кол-ве объектов

87. производительность Canvas

88. частичная перерисовка

89. частичная перерисовка

90. частичная перерисовка

91. function drawStar(x, y) {
... // нарисовать звезду в x, y
}
drawStar(10, 20);
drawStar(50, 70);
...

92. function drawStar() {
var canvas =
document.createElement('canvas');
... // нарисовать звезду
return canvas;
}
var star = drawStar();
ctx.drawImage(star, 10, 20);
ctx.drawImage(star, 50, 70);
...
копирование

93. группируйте отрисовку по
стилям, минимизируйте stroke/fill

94. function drawLine(x1, x2, y1, y2) {
ctx.strokeStyle = 'red';
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x1, y1);
ctx.lineTo(x2, y2);
ctx.stroke();
}
drawLine(10, 20, 30, 40);
drawLine(200, 10, 0, 50);
drawLine(30, 40, 70, 0);

95. function drawLine(x1, x2, y1, y2) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x1, y1);
ctx.lineTo(x2, y2);
}
ctx.strokeStyle = 'red';
drawLine(10, 20, 30, 40);
drawLine(200, 10, 0, 50);
drawLine(30, 40, 70, 0);
ctx.stroke();

96. var data =
ctx.getImageData(0, 0, width, height).data;
worker.postMessage(data, [data]);
...
worker.onmessage = function (e) {
var imageData =
ctx.createImageData(width, height);
imageData.data.set(e.data);
ctx.putImageData(imageData, 0, 0);
}
Canvas + Worker

97. var pixels = new Uint8ClampedArray(
width * height);
function drawPixel(x, y, r, g, b, a) {
var i = 4 * (256 * y + x);
pixels[i] = r;
pixels[i + 1] = g;
pixels[i + 2] = b;
pixels[i + 3] = a;
}
...
postMessage(pixels.buffer, [pixels.buffer]);
рисование пикселей в Worker

98. var pixels = new Uint8ClampedArray(data);
for (var x = 0; x < width; x++) {
for (var y = 0; y < height; y++) {
var i = 4 * (256 * y + x);
pixels[i] = 2 * pixels[i];
pixels[i + 1] = 2 * pixels[i + 1];
pixels[i + 2] = 2 * pixels[i + 2];
}
}
...
postMessage(pixels.buffer, [pixels.buffer]);
обработка пикселей в Worker

99. UTFGrid

100. UTFGrid
•65535 разных
символов

101. UTFGrid
•65535 разных
символов
•каждый символ —
4х4 пикселя

102. UTFGrid
•65535 разных
символов
•каждый символ —
4х4 пикселя
•сетка + маппинг

103. UTFGrid
•65535 разных
символов
•каждый символ —
4х4 пикселя
•сетка + маппинг
•в среднем 1-3 КБ
на тайл 256х256

104. Спасибо!
Вопросы?
Владимир Агафонкин
agafonkin@gmail.com