力學模擬

力學模擬實作 速度 Verlet 數值積分器，用於模擬作用在粒子（節點）上的物理力。模擬假設每個步驟的常數單位時間步長 Δt = 1，以及所有粒子的常數單位質量 m = 1。因此，作用在粒子上的力 F 等於時間間隔 Δt 上的常數加速度 a，並且可以透過簡單地加到粒子的速度（然後加到粒子的位置）來模擬。

forceSimulation(nodes)

來源 · 使用指定的 nodes 陣列和 力陣列建立新的模擬。如果未指定 nodes，則預設為空陣列。

警告

此函式不純，它會改變傳入的 nodes。請參閱 simulation.nodes。

const simulation = d3.forceSimulation(nodes);

模擬器 自動啟動；使用 simulation.on 在模擬執行時監聽刻度事件。如果您希望手動執行模擬，請呼叫 simulation.stop，然後視需要呼叫 simulation.tick。

simulation.restart()

來源 · 重新啟動模擬的內部計時器並傳回模擬。結合 simulation.alphaTarget 或 simulation.alpha，此方法可用於在互動期間「重新加熱」模擬，例如拖曳節點時，或在使用 simulation.stop 暫時暫停模擬後繼續模擬。

模擬.stop()

原始碼 · 停止模擬的內部計時器（如果正在執行），並傳回模擬。如果計時器已停止，此方法不會執行任何動作。此方法對於手動執行模擬很有用；請參閱 模擬.tick。

模擬.tick(反覆運算次數)

原始碼 · 手動以指定的反覆運算次數執行模擬，並傳回模擬。如果未指定反覆運算次數，則預設為 1（單一步驟）。

對於每個反覆運算，它會將目前的 alpha 增加 (alphaTarget - alpha) × alphaDecay；然後呼叫每個已註冊的 力，傳遞新的 alpha；然後將每個 節點 的速度減少 速度 × velocityDecay；最後將每個節點的位置增加 速度。

此方法不會傳送 事件；事件僅在模擬於 建立 時或呼叫 模擬.restart 時自動啟動時由內部計時器傳送。模擬啟動時的反覆運算自然數為 ⌈log(alphaMin) / log(1 - alphaDecay)⌉；預設為 300。

此方法可與 模擬.stop 搭配使用，以計算 靜態力導向配置。對於大型圖表，應在 網頁工作執行緒中 計算靜態配置，以避免使用者介面凍結。

模擬.nodes(節點)

原始碼 · 如果指定了 節點，則將模擬的節點設定為指定的物件陣列，必要時初始化其位置和速度，然後 重新初始化 任何已綁定的 力；傳回模擬。如果未指定 節點，則傳回模擬的節點陣列，如 建構函式 所指定。

警告

此函式是不純的；它會變異傳入的 節點，以指定索引 節點.index、位置 節點.x 和 節點.y，以及速度 節點.vx 和 節點.vy。位置和速度會進一步在模擬執行時由 模擬.tick 更新。

每個 節點 都必須是一個物件。模擬會指定下列屬性

• index - 節點在 節點 中的 0 為基礎的索引
• x - 節點目前的 x 位置
• y - 節點目前的 y 位置
• vx - 節點目前的 x 速度
• vy - 節點目前的 y 速度

位置 ⟨x,y⟩ 和速度 ⟨vx,vy⟩ 可能會隨後由 力 和模擬修改。如果 vx 或 vy 是 NaN，則速度會初始化為 ⟨0,0⟩。如果 x 或 y 是 NaN，則位置會在 葉序排列 中初始化，如此選擇是為了確保確定性的均勻分佈。

若要將節點固定在給定的位置，您可以指定兩個額外的屬性

• fx - 節點固定的 x 位置
• fy - 節點固定的 y 位置

在每次 tick 的結尾，在套用任何力之後，具有已定義 節點.fx 的節點會將 節點.x 重設為此值，並將 節點.vx 設定為零；同樣地，具有已定義 節點.fy 的節點會將 節點.y 重設為此值，並將 節點.vy 設定為零。若要取消先前固定的節點固定，請將 節點.fx 和 節點.fy 設定為 null，或刪除這些屬性。

如果指定的 節點 陣列被修改，例如當節點被新增到模擬或從模擬中移除時，必須再次使用新的（或已變更的）陣列呼叫此方法，以通知模擬和已綁定的力有關變更；模擬不會對指定的陣列進行防禦性複製。

模擬.alpha(alpha)

原始碼 · alpha 大致類似於 模擬退火 中的溫度。它會隨著模擬「冷卻」而隨著時間遞減。當 alpha 達到 alphaMin 時，模擬會停止；請參閱 模擬.restart。

如果指定了 alpha，則將目前的 alpha 設定為 [0,1] 範圍內的指定數字，並傳回此模擬。如果未指定 alpha，則傳回目前的 alpha 值，預設為 1。

simulation.alphaMin(min)

來源 · 如果指定了 min，則將目前的 alpha 設定為 [0,1] 範圍內的指定數字，並傳回此模擬。如果未指定 min，則傳回目前的 alpha 值，預設為 0.001。當目前的 alpha 小於目前的 alpha 時，模擬的內部計時器會停止。預設的 alpha 衰減率 約為 0.0228，相當於 300 次反覆運算。

simulation.alphaDecay(decay)

來源 · 如果指定了 decay，則將 alpha 衰減率設定為 [0,1] 範圍內的指定數字，並傳回此模擬。如果未指定 decay，則傳回目前的 alpha 衰減率，預設為 0.0228… = 1 - pow(0.001, 1 / 300)，其中 0.001 為預設的 alpha。

alpha 衰減率決定了目前的 alpha 如何快速地內插到目標 alpha；由於預設的目標 alpha 為零，因此預設下這會控制模擬冷卻的速度。較高的衰減率會讓模擬更快地穩定，但有卡在局部最小值的風險；較低的值會讓模擬執行時間較長，但通常會收斂到更好的配置。若要讓模擬永遠在目前的 alpha 執行，則將 decay 率設定為零；或者，設定一個大於 alpha 的 目標 alpha。

simulation.alphaTarget(target)

來源 · 如果指定了 target，則將目前的目標 alpha 設定為 [0,1] 範圍內的指定數字，並傳回此模擬。如果未指定 target，則傳回目前的目標 alpha 值，預設為 0。

模擬.velocityDecay(衰減)

原始碼 · 如果指定了 衰減，則將速度衰減因子設定為 [0,1] 範圍內指定的數字，並傳回此模擬。如果未指定 衰減，則傳回目前的衰減因子，預設為 0.4。衰減因子類似於空氣阻力；在 tick 期間應用任何力後，每個節點的速度都會乘以 1 - 衰減。與降低 alpha 衰減率 一樣，較小的速度衰減可能會收斂到更好的解，但有數值不穩定和震盪的風險。

模擬.force(名稱, 力)

原始碼 · 如果指定了 力，則指定 名稱 的 力 並傳回此模擬。如果未指定 力，則傳回具有指定名稱的力，或者如果沒有此力，則傳回未定義。（預設情況下，新的模擬沒有力。）例如，若要建立一個新的模擬來配置圖形，您可以說

const simulation = d3.forceSimulation(nodes)
    .force("charge", d3.forceManyBody())
    .force("link", d3.forceLink(links))
    .force("center", d3.forceCenter());

若要移除具有給定 名稱 的力，請將 null 傳遞為 力。例如，若要移除電荷力

simulation.force("charge", null);

模擬.find(x, y, 半徑)

原始碼 · 傳回最接近位置 ⟨x,y⟩ 的節點，並具有指定的搜尋 半徑。如果未指定 半徑，則預設為無限大。如果搜尋區域內沒有節點，則傳回未定義。

模擬.randomSource(來源)

原始碼)

如果指定了 來源，則設定用於產生亂數的函式；這應該是一個傳回介於 0（含）和 1（不含）之間數字的函式。如果未指定 來源，則傳回此模擬目前的亂數來源，預設為固定種子 線性同餘產生器。另請參閱 亂數.來源。

模擬.on(類型名稱, 監聽器)

原始碼 · 如果指定了 listener，則設定指定 typenames 的事件 listener，並傳回此模擬。如果已為相同類型和名稱註冊事件 listener，則在新增新的 listener 之前會移除現有的 listener。如果 listener 為 null，則移除指定 typenames 的目前事件 listener（如果有的話）。如果未指定 listener，則傳回與指定 typenames 相符的第一個目前已指派 listener（如果有的話）。當觸發指定事件時，每個 listener 都會呼叫，而 this 的內容會是模擬。

typenames 是包含一個或多個 typename 的字串，各 typename 以空白分隔。每個 typename 都是一個 type，後面可以選擇加上一個句點 (.) 和一個 name，例如 tick.foo 和 tick.bar；name 允許為同一個 type 註冊多個 listener。type 必須是下列其中一種

• tick - 在模擬內部計時器的每次滴答聲之後。
• end - 當模擬的計時器在 alpha < alphaMin 時停止之後。

請注意，當手動呼叫 simulation.tick 時，不會觸發 tick 事件；事件只會由內部計時器觸發，並用於模擬的互動式呈現。若要影響模擬，請註冊 力，而不是在滴答事件 listener 內修改節點的位置或速度。

有關詳細資訊，請參閱 dispatch.on。

自訂力

力 是修改節點位置或速度的函式。它可以模擬物理力，例如電荷或重力，或者它可以解決幾何約束，例如讓節點保持在邊界框內或讓連結的節點保持固定的距離。例如，以下是一個將節點移向原點的力

function force(alpha) {
  for (let i = 0, n = nodes.length, node, k = alpha * 0.1; i < n; ++i) {
    node = nodes[i];
    node.vx -= node.x * k;
    node.vy -= node.y * k;
  }
}

力通常會讀取節點目前的座標 ⟨x,y⟩，然後改變節點的速度 ⟨vx,vy⟩。力也可以「預先查看」節點預期的下一個座標 ⟨x + vx,y + vy⟩；這對於透過 反覆放鬆 來解決幾何約束是必要的。力也可以直接修改位置，這有時有助於避免為模擬增加能量，例如在視窗中重新置中模擬時。

force(alpha)

套用此力，選擇性地觀察指定的alpha。通常，此力會套用於先前傳遞至 force.initialize 的節點陣列，然而，有些力可能會套用於節點子集，或有不同的行為。例如，forceLink 會套用於每個連結的來源和目標。

force.initialize(nodes)

提供nodes 和random 來源的陣列給此力。當力透過 simulation.force 繫結到模擬時，以及當模擬的節點透過 simulation.nodes 變更時，會呼叫此方法。力可以在初始化期間執行必要的作業，例如評估每個節點的參數，以避免在每次套用力時重複執行作業。