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基于o b j e c t a k x 的图纸自动处理技术若干问题的研究浙江大学硕士学位论文 摘要 计算机辅助设计是计算机最早最重要的应用之一，也是计算机科学和技术发 展的主要动力之一。目前计算机辅助设计已成为现代各行各业不可缺少的技术基 础和可持续发展的必要手段，并已创造出极其巨大的社会财富。而工程图纸目前 广泛应用于国民经济的各个领域，工程图系统具有非常重要的作用，是工程设计 c a d 软件中最重要的模块之一。 本文主要从事工程图纸自动处理技术的研究。文中首先运用a u t o c a d 的二 次开发工具o b j e c t a r x ，建立了解决一般工程图纸自动处理的结构模型；接着对 工程图纸自动处理进行了系统实现；另外着重对工程图纸自动处理的关键部分明 细表处理，提出了明细表整体实现的技术流程。 在分析和探讨工程图纸自动处理技术的基础上，运用二次开发工具 o b j e c t a r x ，建立了解决一般工程图纸自动处理的结构模型，即绘图环境与 图框设置处理，访问和操作a u t o c a d 的图形数据库，以及明细表处理。 对工程图纸处理进行了功能划分，分析了工程图纸基本部分处理的设计思 想，提出了对工程图纸绘图环境初始化与图框设置处理的算法，以及设计了 访问和操作a u t o c a d 图形数据库的算法。 分析了明细表自动处理的设计方法，提出了明细表生成的命令算法，阐述了 明细表内容项目的编辑与处理，描述了明细表系统的管理和参数的设置，得 出了明细表自动处理整体实现的技术流程。 最后通过实现无锡华光锅炉公司和浙大合作的项居中的部分内容，利用实例 具体展示利用o b j ec t l u 技术对工程图纸处理的前后效果对比变化，说明所 创建的结构模型对解决当前普遍存在的工程图图纸问题的实际意义。 关键词：图形处理；o b j e c t a r x ；明细表；a u t o c a d 基于o b j e e t a g x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 s t u d yo fd r a w i n ga u t o m a t i c a l l yt e c h n i c a l p r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x a b s t r a c t c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( c a d ) ，t h em o s ti m p o r t a n ta p p l i c a t i o na n dt h em a j o r m o t i v n yo f t h ec o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , h a db e e nt h ei n d i s p e n s a b l et e c h n i c a l m e a n si ne v e r yw a l ko fl i f e ，a n dh a dc o n t r i b u t e dt ot h ew o r l d sd e v e l o p m e n tg r e a t l y t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g ，p l a y i n go n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr o l eo fc a d ，h a sb e e n a p p l i e di ne a c hf i l e do f e c o n o m y 弼d e l y t h i sp a p e rs t u d i e st h et e c h n i q u eo fe n g i n e e r i n g d r a w i n g sa u t o m a t i c a l l y p r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x ，t h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d ，a n di n t r o d u c e h o wt h ee n g i n e e r i n gd r a w i n go o m ei n t ob e i n ga n dg e tt o w o r k , e s p e c i a l l yo n d e m a r c a t i o no ff u n c t i o na n d & a l i n go ff r a m e w o r k m e a n w h i l e ，t h ep a p e rs t u d i e s t h ec r u c i a ld a t a b a s eo fe n g i n e e r i n gd r a w i n ga n dl i s ta sw e l l f i r s t , i ts e t su pag e n e r a lf r a m e w o r km o d e lo fe n g i n e e r i n gd r a w i n g s a u t o m a t i c a l l yp r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x , s u c ha sc i r c u m s t a n c eo f d r a w i n g ， g r a p hd a m b a s eo fo p e r a t i n ga u t o c a d ，l i s t sp r o c e s s i n ga n ds oo n s e c o n d , i tc a r v e s 叩t h ee n g i n e e r i n g & a w i n gi nt e r mo ft h e i rf u n c t i o n s ，a n d c a r r i e st h r o u g ht h et e c h n i c a lo p e r a t i o no f e v e r yp a r to f t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g t h i r d , i tp u t sf o r w a r dt h ew h o l et e c h n i c a lf l o wo ft h el i s t sp r o c e s s i n g t h ek e y s e c to f t l ! ! ee n g i n e e r i n gd r a w i n g sa u t o m a t i c a l l yp r o c e s s i n g a tl a s t , i ti n t r o d u c e st h e c o o p e r a t i v ei t e mb e t w e e nw u x ih u a g u a n gb o i l e r c o m p a n ya n dz h e j i a n gu n i v e r s i t y t os h o we f f e c tc o n t r a s ta n dr e a l i s t i c s i g n i f i c a n c eo f n s i n go b j e e t a r xi nt h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g sp r o c e s s i n g k e y w o r d s ：p r o c e s s i n go fd r a w i n g ，0 b j i e e t a r x , f o r mo fd a t a ，a u t o c a d 基于o b j e c t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 计算机辅助设计( c a d ) 技术，就是利用计算机帮助工程设计人员进行设计， 目前在工程图纸的绘制工作中得到普遍使用。而工程图纸目前在许多行业具有广 泛应用的实际作用与现实意义。随着c a d 技术在我国的普及推广，如何运用c a d 技术手段来更好的操作工程图纸，使得大大提高工作效率与经济效益，成为当前 的一个焦点。 1 1 工程图纸的构成与作用 1 1 1 工程图纸的构成 工程图纸利用二维图形以及相关的标注和说明来表达设计对象的结构、几何 属性以及材料属性等相关的工程属性 1 l l 。工程图系统则为一个工程生成足够的 图纸，表达工程结构和建筑材料的完整信息，用来指导工程施工。工程图系统同 时记录图纸生成的相关信息，对图纸的整个生命周期进行维护和管理。 图1 1 工程图图纸构成 工程图纸一般由图形区、材料栏、图签栏和会签栏组成。将在指定的视向和 视域中得到的模型中的元件经过比例调整之后放置在图形区。图形区中的内容包 括元件的图形，元件的各种尺寸标注及文字说明，以及反映投影方向的方向标。 材料栏记录图面构件的全部材料数量和规格说明，如果材料栏记录太多，可以分 成多页记录。图签栏是工程设计单位的图纸标志，不同的设计单位图签栏是不同 基于o b j c c t a k x 的图纸自动处理技术若干问题的研究浙江大学硕士学位论文 的。图签栏中一般记录工程信息、图纸的编号和修改历史信息。会签栏记录对图 纸进行会审之后的作者签名。如图1 1 所示，是一个平面图图纸，它是由三个不 同标高楼层的平面图块组成。 1 1 2 工程图纸的作用 工程图系统具有非常重要的作用，是工程设计c a d 软件中最重要的模块之 一。工程建模、计算分析、节点设计等模块都是对工程进行分析和设计使用的工 具。要将这些成果应用到工程中，必须有一个完善的表达方式，也就是说需要有 一个有力的工具来支持从设计到施工的过渡，这个工具就是工程图系统。工程图 系统以二维图纸的形式来表达施工中需要的完整信息。在工程设计中，工程图纸 可以用来进行工程统计、预算，使工程人员在施工之前便可以大体明确工程的工 程量和工程的造价，便于对工程进行决策和投标。在工程施工中，其材料加工、 建筑设计等都是直接按照图纸中的数据进行的。根据工程图纸可以确定工程的进 展，设定工程中人力的配置。根据图纸中的材料表可以预先准确地知道工程建设 所需要的材料，可以确保材料足够使用，并将材料的冗余减少到最小。 工程图系统的重要性还表现在它成百上千倍地提高图纸生成的速度，使用计 算机自动生成图纸是工程图纸设计的一个飞跃，它带来了图纸设计效率的极大提 高。传统上使用手工绘制图纸，一般每张图纸需要二至三天，使用计算机辅助绘 制图纸则需要2 3 个小时，而使用计算机自动生成图纸，每张图纸只需要2 3 分钟 甚至数秒钟! 一个设计项目往往要出图纸几万到几十万张，例如我国的大型核电 项目秦山核电站二期工程 1 2 1 0 单是i s o 图纸就需要绘制近4 0 0 0 0 余张，图纸的工 作量非常大，要占去设计任务的很大一部分，并且设计工作的重复性大，另外材 料统计的工作量也非常大，很难统计精确，手工统计时间长而且容易造成工程材 料的不足或浪费。而使用计算机自动的材料统计功能可以精确计算出实际所需要 的材料总量，极大地避免材料的浪费。使用计算机自动生成图纸还有一个重要的 性能，就是生成的图纸易于存储、修改和管理。图纸的存储和维护是工程中极费 人力和物力的工作，需要消耗大量的资源而且效率极低，而使用计算机对图纸进 行存储和管理将这种消耗和低效降到了最低的限度。 工程图系统的应用为工程建设带来了巨大的经济效益和效率的提高，所以它 一直是工程设计c a d 软件中重点实施的功能，并得到了持续而深入的研究。 1 2 图纸自动处理的国内外研究现状 自二十世纪八十年代起，由于工程图纸文件与企业生产的各个环节密切相 关，以及计算机技术的发展，a u t o l i s p ，a d s 、a r x 、v b a 等开发软件的问世， 人们对工程图纸的自动处理技术的研究逐渐深入。 2 基o b j e e t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 1 2 1 国外研究发展现状 国外在图纸自动处理方面的研究发展已比较成熟，比如在对图纸的文字信息 提取方面，由于设计习惯和标准的不同多采用“模块化属性文字”的方法。这种 方法需要先定义模块，定义模块其中“设计、审核、批准”和线框图形一样已经 事先定义在模块中1 1 3 1 。属性文字的位置和类别也已经事先定义在模块中。应用 时候只需在事先定义好的属性文字位置写文字。 国外在数据信息提取，图形图像识别等相关领域研究比较深入。提取图形文 件中的数据信息，经过专家系统处理后应用于生产加工的各个环节，另外将人工 智能的方法应用于标题栏、明细表文字信息提取汇总等方面。 1 9 9 8 年，日本东京科技协会在未来制造系统与技术国际会议上探讨了“基于 c a d c a m 系统发展”的问题。会议上具体探讨了在计算机集成制造( c 玎“) 环 境下，关键技术c a d c a m 充分集成，对于图纸自动处理技术方面的应用。阐述 了计算机辅助制图与专家系统概念的合成1 1 4 1 提出计算机辅助制图与专家系统 的概念是图纸自动处理中的信息提取分析的基础。 2 0 0 0 年，日本电气公司开发了应用智能工程图纸和几何学系统。实现了工程 图纸自动处理的许多工程应用功能。其中智能工程和几何学是其中的关键技术， 系统可实现直接对工程图纸文件提取的信息进行处理。同时系统在工程图纸的矢 量化技术方面采用了基于细化的方法，达到了较高水平。 工程图识别技术是目前国# b c a d c g 技术领域中的前沿课题。国外研究人员 在7 0 年代时就开始致力于这方面的研究，大多数是对工程图识别基本途径进行探 讨。n 8 0 年代，国外在这方面取得了一些研究成果。然而在该领域方面存在着较 大的难度，国外研究者大多将工程图输入与识别分离开来，单独作为处理。通过 将图像转化为矢量形式，然后并入c a d 绘图系统对矢量形式的线条进行编辑修 改。9 0 年代以来，各国相继推出了一些功能不一的模型或软件，如挪威与德国 m b b 合资的s y s s c a n 、美国的a n a t e c h ，c a do v e r l a y ，e p s 、加拿大的d a t a p a s h 等 系统。日本松下电气产业公司研制的机械图自动识别装置，可以对工程图纸的线 条与尺寸标注之间的关系进行一定的校验。德国柏林工业大学fl k r a l l $ e 教授主 持研制的c a s u s 系统可以识别手动的机械设计草图。 1 2 2 国内研究发展现状 由于我国中小企业多，标准不一，工作习惯不同，很多企业都有自己的工程 图纸标准。在实际工程应用中，就会因为标准、格式的不同产生很多问题，也会 因此浪费大量的人力、物力、时间。因此国内在图纸自动处理的研究发展也比较 快。在工程图纸生成技术、工程图纸识别技术、工程图矢量化技术工程图图档管 基于o b j e e t h r ) ( 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 理技术等方面都取得了一系列的进展。 1 9 9 9 年北京科学院对机械工程图中说明文字的分离研究，通过改进说明文字 的控制，使图形的限制范围的大小和图纸中相关的图形之间的像素密度得到增加 和改进。说明文字不再与图形相关联，在控制上与图形相互独立。实践证明这种 方法简单快速、不会损坏图形中的文字和符号，可以用于所有的线性图形与文字、 符号的分离。 2 0 0 0 年清华大学国家工程c a d 中心进行了计算机辅助绘图与报表一体化管 理的研究，将计算机辅助绘图与图样中标题栏、明细表、图纸管理信息库和各种 工程汇总报表有机地结合为一体，实现了c a d 绘图、图纸管理与各种工程报表的 统一管理和自动汇总，极大地提高了设计效率，保证了图纸信息与产品报表汇总 信息的高度一致性，并为实现计算机辅助设计、产品数据管理和计算机辅助生产 打下了良好的基础 1 5 1 其方法为“模板匹配”方式提取信息。 2 0 0 3 年浙江大学c a d & c g 国家重点实验室进行的从c a d 工程图自动提取零 部件信息的方法及实现研究，提出了用自由表格的矩阵表示法有效地解决工程图 中自由表格的结构提取问题。用矩阵方式区分不同格式的标题栏的表格数据，来 识别不同样式的工程图样中的标题栏、明细表的方法。这种方法比较灵活，但需 要保存表格数据，而且文字部分仍需定义模板，以“模板匹配”方式提取信息。 在工程图纸识别技术领域，国内也已有不少单位从事扫描处理识别研究。从 8 0 年代中期起，华中理工大学、清华大学、中科院自动化所、中国科技大学等单 位就相继推出了图纸识别系统。特别是近几年来，随着c a d 技术的发展和推广， 一些公司也纷纷展开此领域的研究。 1 3 学位论文的主要内容 1 3 1 课题背景 本文涉及的研究课题最初来自无锡华光锅炉股份有限公司( 原无锡锅炉厂) 与浙江大学合作的一个科研项目。 项目的主要内容是关于锅炉钢结构设计软件，一个钢结构软件主要包括钢结 构设计、力学分析与验算、出图三个部分。由于锅炉钢结构属于相对特殊型，目 前还没有专门的、比较出色的应用于锅炉钢结构的软件。下图就是一个比较典型 的锅炉钢结构： 4 基于o b j e c t a g x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 无锡锅炉厂现在采用的是哈尔滨锅 炉厂委托别人做的一个钢结构设计软件， 是基于a u t o c a dr 1 4 基础上开发的。工作 人员调用这个设计软件，设计好钢结构然 后接入a u t o c a d 进行出图工作。 但是由于这个软件是哈尔滨锅炉厂 的，标准都是按照哈尔滨锅炉厂自己标准 来设计的。每个锅炉厂都有自己的标准， 无锡锅炉厂用以哈尔滨锅炉厂标准为基 础的软件，给设计和出图带来了很多不 便。比如设计一个柱、梁或钢板，显示出 来的施工图是符合哈尔滨锅炉厂规范的， 图1 2 锅炉钢结构 但是不符合无锡锅炉厂的要求和规范。 例如对于一个典型的柱来说，它的前后表现出来的效果差异如下图所示： 图1 3 原标准结果 图1 4 要求的标准结果 工作人员需要把施工图修改成符合无锡锅炉厂要求和规范的，一张c a d 图纸 基于o b j e e t a r x 的图纸自动处理技术若：f - n 题的研究浙江大学硕士学位论文 的修改还是比较容易的，但是对于大规模设计和出图工作来说，这个就是很麻烦 的事情了。生产效率因此变得较低，在这个图纸修改的工作上花费了主要工作时 间的5 0 ，而且当前在工程图图纸领域，普遍存在着类似的问题。 1 3 2 本文研究的主要内容 综上所述，本文研究的内容是工程图图纸的自动处理技术。通过a u t o c a d 二次开发工具o b j e e t a r x ，建立解决一般工程图纸自动处理的结构模型，并进行 具体的技术实现。本文主要研究内容包括： 1 ) 分析国内外工程图纸自动处理技术，探讨二次开发工具，发展工程图图 纸自动处理技术。 2 ) 建立解决一般工程图纸自动处理的结构模型，确定采用的软件开发环境。 3 ) 对结构模型的各组成模块进行进一步的内容分割及技术要点分析，并进 行具体的技术实现。 6 基于o b j c c t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 第二章图纸自动处理的相关技术研究 2 1 工程图纸生成技术的研究 2 1 1 工程图纸生成技术的发展 从图纸生成的质量、速度和效率来看，可以将图纸生成的环境分为三种：手 工绘图、计算机辅助绘图和建立模型自动绘图。 在早期，由于计算机不普及以及相关的绘图软件很少，只能使用手工的方式， 以圆规、直尺等基本的作图工具来绘制图纸，手工绘制不但速度极慢，而且不利 用编辑和维护，也不利于收藏和管理。1 9 9 5 年1 月2 6 日，国务委员宋健在听取并 视察工程设计c a d 发展情况和软件产业化情况时对工程设计c a d 提出了明确的 要求：“希望工程设计c a d 做出个样子，推动一下，在本世纪末真正实现甩掉图 板。” 以计算机辅助进行图纸生成工作是图纸生成的一大飞跃，计算机辅助绘制图 纸的最大优点是，便于图纸的编辑、修改，可以建立图纸管理系统，实现完全电 子化的图纸归档、查询、增加和删除等工作。还可以建立图形库，将经常出现的 图形和符号放在图形库中，并按照一定的方式进行组织，供以后绘图使用。如果 将图形库中的图形进行参数化处理，使用将更加方便，并能适应更多的情况。但 是，从本质上来看，这种绘图方式，只是以计算机辅助绘制图形来替代手工绘制 图形，最大缺点就是自动化程度不够高，工程人员需要对工程进行分析，逐个确 定图纸中需要出现的内容，通常只能使用手工的方式将这些内容输入到计算机中 用来生成图纸。而且难以在内部建立一个整体的数据模型，对工程中的数据进行 整体的统计和分析。 正是由于计算机辅助生成图纸的这些缺陷，使得工程设计人员开始着眼于工 程的整体结构，从系统的整体角度出发，建立产品或者工程的模型，再从模型来 生成图纸。这种方式具有许多优点，因为工程图需要的数据基本上在模型中己经 存在，所以可以对数据进行很多相关处理，如模型中的构件的碰撞处理、模型的 荷载布置，模型的内力分析等等。由于信息是统一存储在模型中的，可以方便、 快速地对各种信息进行分析和组织。克服了图纸中图形、材料等信息获取的困难， 并可以预先根据工程规范，从模型中知道需要生成图纸的种类和数量，从而为图 纸生成的自动化极大提高打下了基础。 7 基于o b j e e t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 2 1 2 工程图纸生成技术的相关内容 在工程中需要生成的图纸量非常大，如果使用传统的手工绘制方式，其工作 量将占据整个工程工作量的8 0 以上。使用建模，并从模型出发生成二维图纸可 以极大地提高图纸生成的质量和速度。但是，目前技术人员的注意力大部分集中 在建模研究、绘图平台软件的研究、对特定工程应用的研究等方面，对图纸自动 生成的技术研究得并不多。当前国内、外的工程应用软件在工程图方面考虑得不 多，主要表现在如下几个方面： 1 ) 很少对图纸中的图形进行处理，不考虑图形的消隐或者使用浅陋的消隐，用 户不得不对图形进行手工的修改，完成图形的消隐工作t 1 6 1 2 ) 没有比例处理，不能满足工程人员对图纸的美观要求。 3 ) 不能设计节点，从而不能绘制节点详图，也不能在其它图纸上绘制节点嵌入 图。 4 ) 标注的方式很简单，智能化程度不高。 5 ) 很少能完成自动标注，且自动标注的效果不好。 6 ) 材料表的格式不符合要求，并且没有一个好用的个性化材料表制作工具，不 能自动生成材料表，或者自动生成材料表的过程比较复杂，界面不友好。 7 ) 能自动生成的图纸的种类往往不能满足实际要求。 8 ) 不能进行全套图纸的自动生成。 而这些技术正是提高图纸生成的自动化程度，生成合理、美观的图纸的必要 技术。为了满足这些要求，不仅需要对传统的一些算法进行改造，还需要使用目 前的一些新技术，并对相关的基础算法进行研究。为了对工程图系统中使用的技 术有一个深入的认识，有必要了解目前工程图自动生成需要研究的技术，目前研 究的状态，及其需要深入研究的方向。 工程图系统通常包含四个方面的内容：图纸绘制、图纸标注和材料统计表、 图纸管理。以下从这几个方面出发，结合工程应用中的实际问题，分析其使用的 技术。 在图纸绘制方面要研究图形的消隐、碰撞处理，并研究相关的一些基本的图 形处理算法，如图形的轮廓求取，点划线的碰撞处理等。工程图中的图形处理， 其特殊性在于需要满足工程上的处理规则，这些规则是工程设计人员多年来约定 俗成的，蕴含着人在识别和处理几何图形时的智能行为，带有许多随意性和不确 定性，经典的处理算法已经不能满足实际的需要，需要对这些算法进行补充和修 改，或者设计新的算法。 基于工程处理规则的特殊性，可以将消隐区分为纯几何性质的几何消隐和基 于工程规则的工程消隐1 1 7 1 在工程中，需要处理的元件在图纸上的形状并不完 全是元件真实几何形状在图纸平面上的直接投影，一些特殊的元件是用一些简单 基于o b j e c t h r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 的几何图形来表达的，这些图形都是工程设计人员根据传统约定俗成的，其消隐 方法也有相应的规定。 图纸中的图形都是使用线框表示的，元件的消隐属于线消隐，在钢结构设计 中规定：凡可见部分均由实线显示，可见层实体的自消隐部分用虚线显示；被可 见层实体遮挡的第二层实体部分用虚线显示，第二层实体的自消隐部分不显示； 被两层或者两层以上的实体遮挡的实体不再显示。钢结构中的元件可以使用一些 加工处理，如对元件进行打孔、开槽、切削等，为了避免元件的面片过于破碎， 引入了虚面的概念，将虚面叠加到实面的上面来表示对元件的处理。再针对钢结 构中线消隐的规则，提出了隐藏度和半隐藏度的概念，从而圆满地解决了线消隐 的问题。 在绘制图形时，为了工程人员查阅的方便，图纸上的图形各个元件必须间隔 一定的距离，以避免相互遮盖。元件内部的平行线条不能过于紧密，需要按工程 规范将过于紧密的平行线条进行处理，以利于观察。这就是工程中要求的比例处 理问题。比例问题实际上是线条之间的碰撞处理问题，对图纸的可读性、美观性 影响很大。对于单线图形，图形的种类单一，线条也很少，其比例处理b e 较容易 解决，但是在双线表示的图形中，图形非常复杂，图面线条也很多，比例处理则 显得较为困难。目前，国内外的工程设计软件基本上还没有很好地实现此项功能。 图形的轮廓求取是图形学中的一个基本问题，对于不带悬边且封闭的图形简 单轮廓的求取已经有一些算法如：射线法、独立回路法、最小角度法、动态坐标 系方法等 1 8 1 。但是，在工程上经常碰到图形的轮廓小封闭，或者封闭的轮廓外 面有悬挂边的情况( 称这种情况下的轮廓为扩展轮廓) ，使用上述算法都不能解 决问题。另外，这些算法考虑得并不周到，其算法的效率不高。 图纸标注算法的研究重要集中在智能化和自动化的标注方面。目前有一些相 关的标注算法，大体分为三个方面：手工标注、半自动标注和自动标注。 手工标注研究如何减少输入，根据标注环境自动确定标注的型式和标注的内 容，如基于知识库的具有联想功能的标注；半自动标注只是简单地确定标注的位 置，很少考虑标注的碰撞问题，如基于区域分割的自动标注，这种标注方式只能 对图面对象较少的情况产生较好的效果。参数化、变量化标注也属于半自动标注， 且必须以参数化模型作为基础，这种方法对零件的系列化标注是一个很好的支 持。但是，它仍然需要解决标注碰撞的问题。真正意义的全自动标注必须处理好 标注的碰撞问题，或者使用某种策略避免、减少标注的碰撞。基于图面布局的标 注空间查找算法是研究得最多，使用得也最多的全自动标注。黄晓剑提出基于优 先级的标注空间查找算法，建立了一个点、线一体化模型，通过标注优先级和求 解约束方程来得到合理的标注空间。使用这些算法对配管软件中的i s o 图的自动 标注取得了满意的效果。但是，配管软件中的i s o 图中，管线的布局，形状比较 规整，其求解策略也相对简单。 9 基于0 b j c c 【a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究浙江大学硕士学位论文 钢结构工程图中的图纸种类很多，不同种类的图纸差别也很大，因此需要实 施不同的标注策略，以便在标注的自动化程度、速度等方面取得更好的效果。根 据标注策略的不同，可以将标注分为图形型式固定的标注：比如杆件详图、支架 详图、支撑详图、节点详图、支座详图、楼梯详图等，以及图形型式不固定的标 注如：平立面结构布置图、建筑立面图、柱脚螺栓布置图等k 1 9 1 对于形式固定 的图块，工程上通常有一套标准的标注模式可以借鉴，如何将这种标准的标注模 式在实际的情况进行应用，是问题的关键。使用参数化技术可以使标注适用于这 类对象的系列标注，而使用模板的技术恰好可以解决标注方案的记录和传递。为 此，首先将标注元件进行参数化处理，再根据标注的模板定义，生成标注模板， 利用标注模板可以自动生成实际的标注。参数化标注模板可以由工程人员预先制 作供今后使用，显然，这里不存在标注碰撞的问题。对于形式不固定的单线图块， 由于图面上的图形型式比较规整，需要标注的对象也较少，可以使用区域划分的 方法加以解决。 材料统计表是一种较为复杂的表格，需要从两个方面对它进行研究，首先是 表格的定制，其次表格数据的填充。当前的表格自动生成研究大都集中于参数化 的表格设计，但是这些参数是一些离散的变量，彼此之间没有任何关系，从而使 得表格的编辑和维护非常困难，而且它们没有解决表格的可定制化，难以设计出 灵活多变的复杂表格。沈军提出将现有表格分成五类，由系统定制各种表格提交 用户使用，这种算法不能从根本上解决表格的通用性问题。贺小华通过交互方式 让用户输入绝大部分统计数据，只有像螺栓、螺母等才由系统自动查库统计得到。 统计数据只能填充到固定的表格框架中，缺乏通用性。 图档管理方面则主要研究图纸的归档、图纸的分类管理、图纸的版本管理等 方面。在这方面可以借鉴数据库技术的成熟经验，但是图纸管理如何和图纸生成 的过程相结合是一个值得考虑的问题，这也是可以提高工程图自动化程度的一个 方面。事实上，在生成图纸时，己经将三维模型的数据映射到二维工程图中，并 建立了图纸中相关的数据对象。因此，图纸管理所使用的数据库和数据都应该在 生成图纸的过程中动态地自动建立。这样，还可以实时指导图纸的生成。完全没 有必要在图纸生成完毕，再由用户手工建立图纸管理系统。 针对一个三维工程c a d 模型，全自动生成其对应的全套工程图档是工程上非 常希望的功能，目前能实现这一技术的工程c a d 软件很少见到。国内建筑科学研 究院开发的建筑钢筋混凝土c a d 软件，能够一次抽取多张钢筋图，但离全自动抽 取全套工程图档的目标还相差很远。 2 2 工程图纸识别技术的研究 工程图纸是工程技术人员描述设计对象、表达设计思想的主要工具。将这些 工程图纸输入计算机并转化成为c a d 系统能接受的矢量格式，称为工程图识别。 1 0 基于o b j e c t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 工程图纸识别技术一直是工程界及国内外专家学者悉心关注的焦点，并投入了大 量的人力物力进行研究，也形成了一些实用的软件。成熟的算法有：基于图形模 式快速细化算法的工程图识别方法( 简称细化法) 、基于中心线跟踪法的工程图 识别方法( 简称中心线法) 、基于轮廓跟踪算法的工程图识别方法( 简称轮廓线 法) 、基于轮廓跟踪与轮廓矢量匹配算法的工程图识别方法( 简称轮廓匹配法) 。 2 2 1 细化法 图形模式的快速细化算法就是对称删除二值图线点阵上的轮廓边缘点，使其 变成线宽只有一个像素的骨架图线。优点是细化后的骨架图线是原有图线的中心 线，较好地保留了原有图线的绝大部分特征，又有利于特征提取；细化后的骨架 图线的信息存储量比原来的二值点阵要少得多，降低了图形处理的工作量；细化 速度快，对计算机的内存及交换空间要求不高1 2 0 1 。缺点是通过细化得到的中心 骨架含有较大的噪音，甚至会产生新的畸变，增加了对工程图识别的干扰和困难； 常产生交点畸变，不利于精确求交。 基于图形模式快速细化算法的工程图识别方法，就是在图形模式快速细化法 的基础上，对得到的中心骨架进行搜索和跟踪，根据线段的斜率识别和提取直线， 根据曲率识别和提取圆或圆弧，根据统计法或结构法识别和提取字符。其优点是 算法简单，信息量少，对硬件环境要求不高等，可以识别直线、圆、圆弧、虚线、 中心线、自由曲线和字符。缺点是细化后的点阵信息较少，误识别率较高；识别 出来的线型不具有线宽信息；不能识别实心体及填充区域；对复杂交线会识别城 短线碎片；产生交点畸变，难于准确求交。 2 2 2 中心线法 中心线跟踪方法就是跟踪、搜索二值图线点阵的中心像素点，形成一条图线 中心多义线。与细化算法相比其优点是信息储存量更少，并且在以后的分析、解 剖和判断中可以直接进行矢量操作，提高了计算效率。 基于中心线跟踪算法的工程识别方法，就是在中心线跟踪算法基础上，直接 对其得到的中心多义线进行解剖、分析和判断，分别根据各种图素和字符的不同 特点进行识别和提取，具有运算效率高，线宽信息全等优点；但也有会忽略小于 两个像素宽的图线的缺点。 2 2 3 轮廓线法 轮廓跟踪算法跟踪图线点阵上的边缘像素点，用多义线表示，形成点阵图线 轮廓矢量，能很好表现各种标志、符号、字体和印刷电路等，有图线特征信息全 基于o b j e c t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 等特点，但也有信息存储量大，需交换空间大等缺点。 基于轮廓跟踪算法的工程图识别方法，以轮廓跟踪算法得到的轮廓矢量为基 础，对轮廓矢量进行适当的规整和光顺，能够得到较好的视觉效果，并且可以对 轮廓矢量的中空部分进行填充 2 1j 。缺点是没有识别基本图素，为以后c a d 系统 的图形理解带来困难，同时，矢量文件也比较大。 2 2 4 轮廓匹配法 基于轮廓跟踪与轮廓矢量匹配算法的工程图识别方法，在轮廓跟踪得到的轮 廓矢量基础上，首先进行字符轮廓的分割和提取，用统计法或结构法提取和识别 字符；其次，对轮廓矢量进行匹配；再次，对轮廓矢量匹配结果进行解剖、分析 和判断，通过图形矢量拓扑结构的构造等技术，得出具有线宽信息的各种图素， 且通过分析他们的拓扑结构进行精确求交。优点是保留的图形特征多，具有识别 率高，可以识别实体与填充域等特点，但是，也具有系统庞大、运算速度低、需 要的交换空间大等缺点。 算法性能识别图素 线宽特征运算交换矢量 信息信息速度空间文件 细化法直线圆弧虚线中心无少慢少 小 自由曲线字符 中心线法直线圆弧虚线中心有少快少小 自由曲线字符 轮廓线法不识别图素有多快多大 用轮廓矢量表示 轮廓匹配法直线圆弧虚线中心字符有多快多小 自由曲线箭头填充域 图2 i 工程图纸识别算法一览表 2 3 工程图纸矢量化技术的研究 工程图纸矢量化技术是图纸自动处理技术领域的核心技术之一。目前，矢量 化方法大致可以分为两类：即基于细化的方法和基于非细化的方法。在基于非细 化的方法中，主要有：基于轮廓线的方法、基于游码的方法、基于网格模式的方 法等1 2 2 1 0 典型的工程图纸矢量化的基本流程如下： 1 ) 采用中心轴点。这是信息简化的核心过程，获得能表征中心轴的点。 1 2 基于o b j e v a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 2 ) 线形跟踪。跟踪中心轴点，从而产生每个矢量的点链。 3 ) 线段逼近。除去点链中的非关键点，对剩下的关键点进行链接。 2 3 1 基于细化的方法 喜欢是一种简化图像的方法，在图像处理和模式识别中得到了广泛研究。所 谓细化就是将线条的宽度减少到只有一个像素，仅剩下能表征其特征的骨架。 细化处理的基本原则是：1 ) 细化要取原图像的中心线，即细化过程是对称 的。2 ) 细化不改变原图像的连通性。3 ) 细化要保持原图像的基本特征，比如细 化处理后的线条不能变短，拐角不能断开或出现多余分支等。 基于细化的方法主要可以分为三类：边界重复细化法、距离交换法和适当骨 架化方法。 1 ) 边界重复细化算法 该算法运用不断收缩线体轮廓( 即去除线体的外层像素) 的思想。其核心过 程就是在图像上移动一个窗c i ，就删除掉所有的标识点。重复进行扫描，直到没 有再多的点可被删除。但是由于重复细化的作用，使得边界重复细化方法在形状 类似y 和t 的交叉处容易产生变形。为了克服这一缺点，研究人员进一 步提出了调整边界重复细化的技术，该项技术主要包括调整标识规则以及改变窗 口的尺寸等。这些修改只在速度和精确度方面获得很少的改进。 2 ) 距离交换法 在规律性的细化算法中，给出了更形式化的骨架的定义。点阵图的距离转换， 即通过该像素与一个白色像素之间的最小距离代替该像素值。这一转换通过顺序 的估算函数值计算得到，首先估算图形扫描中的函数，然后估算反方向扫描中的 函数。在得到了距离函数之后，运用局部最大操作找到骨架，该方法最主要的缺 点是骨架的不连续性，尤其是在交叉点处。但它的速度要比边界重复细化算法快。 3 ) 适当骨架化法 把重复细化算法所得到的骨架点进行合并，得到2 个像素的骨架，然后再细 化一个像素宽的骨架。该方法与重复细化算法相比，有更高的精确度，并能保证 骨架的连续性，但所需要的计算量也很大。 基于细化方法的最主要的优点是能够保持线段的连续性，最主要的缺点是有 很高的时间复杂度，丢失线宽信息，在交叉区域处容易产生变形以及错误的分支。 虽然它们可以用于线形图纸的矢量化，但主要还是用于图像尺寸小且线宽信息不 重要的领域 2 2 1 0 当工程图纸中包含直线、圆以及基于这些基本元素并且没有被 填实体的图形时，也常常使用基于细化的方法。 2 3 2 基于非细化的方法 在基于非细化的方法中，基于轮廓线的方法在早期很流行，它首先获得图像 轮廓的边，然后再找到两条边之间的中心轴。该方法能够保存线宽信息，但是容 易使连续矢量之间产生间隙。基于游码的方法，因为记录了交叉处的区域，所以 能保持线段的连续性并能保存线宽信息，但是在游码图形显示的过程中，由于不 能精确地对交叉点进行定位，所以容易产生噪音和引起交叉区域的变形。 网格模式是用于识别逻辑连接图中的特征模式，它的基本思想是：首先，用 给定的正方形网格分割图像，通过核对每个网格边界上黑色像素的分布识别特征 模式，图像中的每个网格都用它的特征模式标识所代替，然后分析网格的特征模 式，对线段进行获取和跟踪的操作。 在网格模式中，网格尺寸是一个很重要的参数，适当的网格尺寸应大于线段 的最大线宽，并且小于图像中两条线段间的最小间距。对于每一个网格，如果它 的分布是一个已知特征模式，则用相应的特征模式标识代替。对于未知的情况， 则用问号进行标记，问号区域需要在控制图分析期间用一个更为复杂详尽的过程 进行处理。该过程扫描区域中的每一个像素，并将每一个黑色像素标识为一个特 征点。 为了能对问号区域进行更为简单可行的处理，应用动态网格进行改进，并把 基于网格模式的方法运用到了机械工程图的分析和识别当中。把标识问号的网格 进一步分裂为几个更小并且已知的特征模式网格，其形状可以是任意的2 ”。另 外，为了减少网格的总体数目，把有同样编码的邻近网格合并为了一个网格。矢 量化过程的结果就是一个数据结构，它用不同类型的连接段( 细线段、粗线段、 黑团的轮廓) 和这些连接段间的交叉点来表达一个图像。 在基于网格模式的方法中，由于只考虑网格边框上的图像信息，而忽略了网 格内部的信息，使得研究问题得到了相当地简化。但是网格尺寸很难控制，往往 会因为网格大小的选择而引发一系列问题。如果网格尺寸太小，则容易错误连接 间隙很小的断开线以及错误合并很接近的平行线等。如果网格尺寸太大，就会使 得网格内的情况复杂而难以分析。 2 4 本章小结 本章主要探讨图纸自动处理的相关技术研究，分析了工程图生成技术、工程 图纸识别技术和工程图纸矢量化技术。主要完成了以下几个方面的工作： 1 ) 阐述了工程图纸生成技术的发展，以及工程图纸生成技术的相关内容。 2 ) 分析了目前几种比较成熟的工程图纸识别技术的算法。 3 ) 描述了工程图纸矢量化的技术要点。 基于o b j e c t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 第三章图纸自动处理的模型描述 3 1 图纸自动处理的模型描述 3 1 1 结构模型基本设计方法 无锡华光锅炉公司存在的工程图问题是具体的个体问题，但也是当前普遍存 在的实际工程应用中的图纸处理问题。解决单个具体问题并不困难，困难的是解 决普遍问题。为此应要把实际问题抽象化，建立抽象的图纸处理结构模型，使得 其可以适用于普遍存在的各类不同要求。首先建立结构模型的主要框架体系，然 后对各主要组成部分进行深入探讨研究。 3 1 2 主要框架体系 根据国家标准规定，图纸一般包含图框、附加栏、代号栏、参数栏、序号和 明细表7 个元素。前5 个是基本部分，其几何位置通常不变，可以归纳为图纸的基 本部分处理；而后两个则经常需要调整，因此对它们分别处理，特别是明细表处 理是图纸处理的难点与重点；另外对于工程图纸来说，a u t o c a d 图形数据库的实 用性高，也是一个重要组成部分。构建的结构模型体系如下图所示： 图3 1结构模型的主要框架体系 3 1 3 各组成模块 1 ) 绘图环境与图框设置处理 绘图环境与图框设置处理属于图纸基本部分处理，是图纸基本部分处理的主 要内容之一主要包含的内容如下： a ) 绘图环境初始化处理 b ) 图框设置处理 c ) 图纸设置处理 基于o b j e e t a r x 的图纸自动处理技术若干问题的研究 浙江大学硕士学位论文 d ) 自定义栏处理 2 ) 访问和操作a u t o c a d 图形数据库 对于实际应用的工程图图纸来说，a u t o c a d 图形数据库的实用性很高，经常 在实际操作中，需要去访问和操作a u t o c a d 图形数据库。其中的主要内容如下： a ) 访问图形数据库 b ) 创建数据库对象 c ) 建立和保存数据库 d ) 编辑数据库对象 3 ) 明细表处理 明细表是工程图纸的重要构成部分，是表明产品或部件的组成部分，工程图 纸中一般应有明细表。其内含的主要技术要点如下： a ) 明细表生成的命令算法 b ) 明细表内容项目的编辑与处理 c ) 明细表系统的管理和参数的设置 d ) 明细表整体实现的技术流程 3 2 二次开发工具的选择 3 2 1a u t o c a d 二次开发工具 目前为止，a u t o d e s k 公司已经相继推出了三代二次开发工具，主要包括四种 二次开发手段：a u t o l i s p v i s u a ll i s p 、a d s 、v b a 2 及o b j e c t a r x1 2 4 1 下图所示 就是a u t o c a d 二次开发工具的演变过程： 第一代第二代第三代 a o b i e c t a e t i v e x v i a l a u