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Rerun Graphs 图可视化实战：基于 Fjädra 力导向布局引擎绘制节点连线图与气泡图

【免费下载链接】rerunVisualize, query, and stream to train on multimodal robotics data.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/re/rerun

导读

本文围绕 Rerun 仓库中的 graphs 示例 展开，讲解如何借助 Rerun 内置的力导向布局引擎Fjädra，仅通过GraphNodes/GraphEdges两类原语记录图数据，即可在 viewer 中自动完成节点排布与布局渲染。你将掌握 Rerun 力导向物理模拟的五大力（Center、Collision、Many-Body、Link、Position）的含义与调参方式，学会用rr.GraphNodes、rr.GraphEdges记录树、格子、马尔可夫链等常见图结构，并通过 Blueprint 的GraphView与ForceLink、ForceManyBody、ForceCollisionRadius等力参数配置不同形态的图可视化（节点连线图、气泡图）。

一、示例概览：Rerun 能画出哪些图

Rerun 的re_view_graph视图（对应 crate crates/views/re_view_graph）专门用于渲染节点连线图（node-link diagram）。graphs 示例演示了四种典型图结构：

• 随机树（node_link / bubble_chart）：以root为根，逐步随机挂载新节点的有向树，同时以节点连线图和气泡图两种形态展示；
• 格子（lattice）：10×10 的二维网格有向图，节点颜色按坐标渐变；
• 马尔可夫链（markov_chain）：三状态（sunny / rainy / cloudy）随机游走的时间序列动画，节点位置固定；
• 描述面板（description）：以 Markdown 文本展示示例说明。

示例的核心卖点在于：记录数据时完全不需要提供节点坐标（除马尔可夫链外），节点位置由 Rerun 内部的力导向布局引擎实时计算，用户既可以在选择面板（selection panel）里动态调整力参数，也可以通过 Blueprint 在代码中预设。

二、Rerun 的力导向布局引擎 Fjädra

Rerun 内置了一个与d3-force非常相似的物理模拟引擎，名为Fjädra（瑞典语"弹簧"）。它被集成在re_view_graph视图中，负责把图数据（节点 + 边）转换为布局坐标。

从源码看，布局的核心实现在 crates/views/re_view_graph/src/layout/provider.rs 的ForceLayoutProvider中：

• fjadra::Simulation承载所有节点与力的模拟状态；
• 每个布局请求会把节点转换为fj::Node，把边转换为节点索引对(usize, usize)，节点的半径取自其包围盒尺寸的一半（v.size.max_elem() as f64 / 2.0）；
• 每次视图刷新调用tick(1)推进模拟一步，直到is_finished()判定收敛；
• 若所有节点都带固定位置（如马尔可夫链），则直接跳过模拟，仅按固定坐标摆放（见 provider.rs 中all_nodes_fixed()分支）。

力导向布局的优点在于灵活：同一条图数据，只需调整力的组合与参数，就能产出节点连线图、气泡图等差异巨大的可视化形态。

三、五大物理力详解

Fjädra 实现了五种与d3-force对应力。它们在 Rerun 中均有对应的 Blueprint archetype，定义于 crates/store/re_sdk_types/src/blueprint/archetypes，并在 provider.rs 的update_simulation中按开关逐一生效：

在 provider.rs 中可以看到每支力的具体装配方式：fj::Link::new(edges).distance(d).iterations(n)、fj::ManyBody::new().strength(s)、fj::Collide::new().radius(...).iterations(n).strength(s)、fj::Center::new().strength(s)，而 Position 力被拆分为fj::PositionX与fj::PositionY两个方向分别施力。所有参数的默认值均来自ForceLayoutParams的查询回退逻辑（见 crates/views/re_view_graph/src/layout/params.rs），它通过ViewProperty::component_or_fallback从 Blueprint 中读取，未配置时自动使用各组件类型的默认值——这就是"不开蓝图也能自动出布局"的原因。

说明：这些 Force archetype 在源码注释中均标注为unstable（可能在不兼容的情况下变更），使用时建议跟随 Rerun SDK 版本固定行为。

四、运行 graphs 示例

在仓库根目录下安装并运行：

pip install -e examples/python/graphs python -m graphs

示例项目配置见 examples/python/graphs/pyproject.toml：依赖rerun-sdk，并注册了graphs命令入口（graphs = "graphs:main"），因此也可以直接用graphs命令启动。运行后 viewer 中会同时出现四个面板：Node-link diagram、Bubble chart、Lattice 与 Markov Chain（外加 Description 文本面板）。

五、核心代码：用 GraphNodes / GraphEdges 记录图数据

Rerun 记录图数据只依赖两个 archetype：

• GraphNodes：节点列表，支持node_ids、positions（可选坐标）、colors、labels、show_labels、radii等字段，定义见 crates/store/re_sdk_types/src/archetypes/graph_nodes.rs；
• GraphEdges：边列表，支持graph_type="directed"/"undirected"以及GraphType.Directed等枚举值。

5.1 记录格子图（静态）

rr.log( "lattice", rr.GraphNodes( nodes, colors=colors, # 按坐标渐变的颜色 labels=[f"({x}, {y})" for x, y in itertools.product(...)], ), static=True, # 静态数据，不随时间变化 ) rr.log("lattice", rr.GraphEdges(edges, graph_type="directed"), static=True)

要点：使用static=True表示该数据不随时间演化；节点 ID 使用字符串（如"0"、"1"），边的两端引用这些 ID。由于没有提供positions，节点坐标完全交由 Fjädra 计算。

5.2 记录随机树（随时间演化）

rr.set_time("frame", sequence=i) # 以 frame 为时间轴 rr.log( "node_link", # 节点连线图 rr.GraphNodes(nodes, labels=nodes, radii=radii, colors=colors), rr.GraphEdges(edges, graph_type=rr.GraphType.Directed), ) rr.log( "bubble_chart", # 气泡图：只记节点，不记边 rr.GraphNodes(nodes, labels=nodes, radii=radii, colors=colors), )

要点：同一批节点被记录到两个不同 entity 路径（node_link与bubble_chart），其中气泡图不记录边，仅靠节点的radii与碰撞力形成圆形打包（circle packing）效果；rr.set_time让每帧节点数递增，形成动态生长动画。完整实现见 examples/python/graphs/graphs.py 的log_trees()。

5.3 记录马尔可夫链（固定坐标 + 状态动画）

rr.log( "markov_chain", rr.GraphNodes(state_names, labels=state_names, colors=colors, positions=positions), rr.GraphEdges(edges, graph_type="directed"), )

要点：positions为硬编码坐标[[0, 0], [150, 150], [300, 0]]，因此无需任何力即可布局（viewer 检测到所有节点位置固定时直接跳过物理模拟）。每帧通过np.random.choice按转移矩阵采样下一个状态，并高亮当前状态节点，形成马尔可夫链动画（见log_markov_chain()）。

六、用 Blueprint 预设布局：GraphView 与力参数

除了在运行时手动调节选择面板，还可以在代码中通过rr.send_blueprint精确配置每个图面板的布局方式。示例的log_blueprint()展示了四种典型配置：

rrb.GraphView( origin="node_link", name="Node-link diagram", force_link=ForceLink(distance=60), # 弹簧目标距离 60 force_many_body=ForceManyBody(strength=-60), # 节点间互相排斥 ), rrb.GraphView( origin="bubble_chart", name="Bubble chart", force_link=ForceLink(enabled=False), # 关闭链接力 force_many_body=ForceManyBody(enabled=False), # 关闭多体力 force_collision_radius=ForceCollisionRadius(enabled=True), # 仅靠碰撞力打包 defaults=[rr.GraphNodes.from_fields(show_labels=False)], # 全局关闭标签 ), rrb.GraphView( origin="lattice", name="Lattice", force_link=ForceLink(distance=60), force_many_body=ForceManyBody(strength=-60), defaults=[rr.GraphNodes.from_fields(show_labels=False, radii=10)], ), rrb.GraphView( origin="markov_chain", name="Markov Chain", # 节点坐标固定，无需任何力 ),

从这段代码可以提炼出可复用的调参思路：

• 节点连线图：保留ForceLink（控制边长度）与ForceManyBody（控制节点疏密）。ForceLink(distance=60)使相邻节点趋向 60 的间距；ForceManyBody(strength=-60)让不相连节点互相排斥，防止过度拥挤；
• 气泡图：关闭 Link 与 Many-Body 力，只保留ForceCollisionRadius。此时节点在碰撞力作用下自动挤压成紧密的圆形堆叠，节点的radii直接决定气泡大小——这就是"圆打包"布局的实现原理；
• 固定布局图：节点自带positions时无需配置任何力；
• defaults参数：可对 entity 内的节点统一附加属性（如show_labels=False、radii=10），免去在数据端逐节点设置。

这些 Force archetype 的 Python 导入路径为rerun.blueprint.archetypes.force_*（对应 Rust 侧 crates/store/re_sdk_types/src/blueprint/archetypes），全部字段均为可选（0 required / 0 recommended / 若干 optional），意味着最小化配置只需设置关心的参数即可。

七、布局运行机制与注意事项

结合源码与示例，有几点值得注意：

1. 边方向：GraphEdges的graph_type控制边是否带箭头；多条平行边在布局收敛后会以贝塞尔曲线扇出绘制（见 provider.rs 的SlotKind::Regular分支），自环边单独以顶部锚点的曲线渲染；
2. 节点半径来源：布局中碰撞力使用的半径来自节点包围盒（size.max_elem() / 2），因此节点越大，碰撞力作用范围越大；
3. 性能取舍：iterations参数决定每步模拟内单支力的应用次数，源码注释明确"提高该参数可获得更好结果，但会延长计算时间"（见 force_link.rs）；
4. 数据体积控制：图数据量较大时，应使用static=True记录不变的部分（如格子图结构），随时间演化的部分（如树、马尔可夫链）再用rr.set_time逐帧记录，避免冗余存储。

八、延伸阅读

• 示例源码与元数据：examples/python/graphs/graphs.py、examples/python/graphs/README.md、examples/python/graphs/pyproject.toml
• 图视图实现：crates/views/re_view_graph/src/view.rs、布局模块 crates/views/re_view_graph/src/layout/mod.rs
• 数据模型定义：crates/store/re_sdk_types/src/archetypes/graph_nodes.rs、crates/store/re_sdk_types/src/archetypes/graph_edges.rs
• 力参数查询与默认值：crates/views/re_view_graph/src/layout/params.rs

【免费下载链接】rerunVisualize, query, and stream to train on multimodal robotics data.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/re/rerun