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大作业 - 生物演化史 - EvoViz - 网站

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生物演化史可视化项目 - 技术实验报告

一、项目概述

该项目是一个生物演化史的可视化展示系统，结合 3D 全景和数据可视化，为用户提供沉浸式的生物演化历史学习体验。通过 Three.js 实现空间展示，D3.js 实现数据可视化，形成完整的学习系统。

二、核心技术栈

1. 前端基础

• HTML5
• CSS3
• JavaScript (ES6+)

2. 3D 渲染技术

• Three.js 框架
  • 3D 场景渲染
  • 全景天空盒（Skybox）
  • 立方体贴图（Cubemap）

3. 数据可视化

• D3.js 框架
  • 力导向图（Force-directed Graph）
    • 展示生物演化关系
    • 节点间连接关系
  • 交互式时间轴
    • 地质年代展示
    • 演化过程时序可视化
  • 树状层级结构
    • 生物分类系统展示
    • 进化树可视化

4. 响应式设计

• 设备自适应布局
• PC/移动端分离设计, 实现双端适配
• 媒体查询（Media Queries）

三、主要功能实现

1. 3D 场景系统

// Three.js 场景初始化
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);

2. 数据可视化实现

// D3.js 力导向图示例
const simulation = d3.forceSimulation(nodes)
    .force("link", d3.forceLink(links))
    .force("charge", d3.forceManyBody())
    .force("center", d3.forceCenter());

3. 交互控制集成

• 3D 场景控制
• 数据可视化交互
• 统一的用户界面

4. 全景场景系统

• 多种全景类型支持
• 场景切换动画
• 视角控制

5. 全栈评论系统

前端实现

// 评论区组件
const CommentSystem = {
    handleCommentRedirect() {
        ...
    }
}

后端架构

// Express服务器配置
const express = require('express');
const app = express();

// MongoDB数据模型
const CommentSchema = new mongoose.Schema({
    content: String,
    user: { type: mongoose.Schema.Types.ObjectId, ref: 'User' },
    timestamp: { type: Date, default: Date.now },
    scene: String  // 关联的3D场景
});

技术栈组成

• 前端
  • React.js 构建评论UI
  • WebSocket 实时通信
  • JWT 用户认证 (未来将实现)
• 后端
  • Node.js + Express
  • MongoDB 数据存储
  • Socket.io 实时推送
• 功能特点
  • 实时评论更新
  • 场景关联评论
  • 多媒体评论支持

四、系统架构

1. 前端架构

• 展示层
  • Three.js 3D渲染
  • D3.js 数据可视化
  • React 评论组件
• 业务层
  • 场景控制逻辑
  • 数据处理逻辑
  • 用户交互逻辑
• 通信层
  • RESTful API
  • WebSocket 连接

2. 后端架构

• API 服务
  • Express 路由
  • 中间件处理
  • 错误处理
• 数据层
  • MongoDB 数据库
  • Mongoose ODM
  • 数据模型设计
• 实时通信
  • Socket.io 服务
  • 事件处理
  • 消息推送

3. 数据模型

// 用户模型
const UserSchema = new mongoose.Schema({
    username: String,
    email: String,
    avatar: String
});

// 评论模型
const CommentSchema = new mongoose.Schema({
    content: String,
    user: { type: mongoose.Schema.Types.ObjectId, ref: 'User' },
    scene: String,
    replies: [{
        content: String,
        user: { type: mongoose.Schema.Types.ObjectId, ref: 'User' },
        timestamp: Date
    }]
});

这个项目通过整合 Three.js 和 D3.js 两大可视化库，创造了一个独特的生物演化史学习平台。结合 3D 场景展示和数据可视化的优势，为用户提供了丰富的学习体验。项目的技术实现既保证了良好的性能，又确保了出色的可扩展性。