（机械电子工程专业论文）面向pdm的工程图纸离线式识别提取表格信息的研究.pdf

面向p d m 的工程图纸离线式识别提取表格信息的研究 摘要 随着a u t o c a d 的问世，计算机辅助设计已经广泛应用于机械、电气、建 筑、服装等各个领域。a u t o c a d 作为c a d 行业的旗舰产品，是世界上应用最 为广泛的计算机辅助绘图设计软件之一。随之而来的是，在利用a u t o c a d 进 行产品设计的时候，会产生大量的d w g 文件。 p d m 中的图档管理集数据库能力、网络通讯能力和过程控制能力于一体， 实现在分布式环境中群体活动的信息交换与共享，并对设计过程进行动态调整 和监控。在p d m 系统中，常常需要将图纸文件中标题栏与明细表信息提取出 来，利用数据库系统对标题栏与明细表信息统一管理，保证所有数据直观、有 序、可控。企业在实施产品数据管理之前存在着大量的c a d 图纸文件，要想 把这些图纸文件中有用信息存入数据库，就需要在线将信息一个个的手工输入， 这样难免会经常出现漏项、错项现象，而且当图纸的标题栏与明细表内容发生 变化时，库中的某些信息没有作相应的变更，这就给图纸设计人员带来许多不 便。 因此，有理由避开重新输入这一繁琐的过程，通过离线方式来分析、识别 进而提取表格信息。通过接1 3 技术使p d m 系统不依靠c a d 软件，自动提取信 息变得尤为重要。 本文针对这一现状，对已有的成果进行了较全面的分析，综合利用了计算 机图形学、模式识别和c a d 二次开发等学科的理论知识，对工程图纸离线式 识别提取表格信息系统的各部分的算法与实现进行了较全面、系统的研究。本 文所提出的方法在安徽江淮专用汽车有限公司的“多品种小批量专用车产品数 据管理系统的设计与开发”中实现，并在实际应用中取得了比较满意的效果。本 文描述的功能是将d w g 文件的表格中包含的信息自动提取出来，并写入s q l s e r v e r 数据库中，不仅兔去了手工录入的烦琐，而且提高了准确度。 关键词：算法；工程图纸；离线式信息提取；表格 r e s e a r c ho no f f - l i n ee x t r a c t i o na n dr e c o g n i t i o no ft h e f o r mi n f o r m a t i o nf r o me n g i n e e r i n gd r a w i n g sf o rp d m a b s t r a c t w i t ht h ea d v e n to fa u t o c a d ， i n v o l v e di nt h ef i e l d so fm a c h i n e r y , h a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp o p u l a r w ea r ed e s i g n i n gt h ep r o d u c t sb a s e d f i l e sf o l l o w i n g t h ec o m p u t e r - a i d e dd e s i g nh a sb e e nd e e p l y e l e c t r i c i t y , b u i l d i n g ，c l o t h i n g ，e t c a u t o c a d d e s i g n i n gs o f t w a r ei nt h ec a df a m i l y w h e n o na u t o c a d ，t h e r eu s e dt ob eal o to fd w g t h ed r a w i n gd a t a b a s em a n a g e m e n to fp d ms e ti n c l u d e st h ec a p a b i l i t i e so ft h e d a t a b a s e 、n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n sa n dt h ea b i l i t yt oc o n t r o lt h ep r o c e s s ，w h i c h i m p l e m e n tt h ee x c h a n g ea n ds h a r i n go fi n f o r m a t i o ni nt h ed i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t a n da d j u s ta n dm o n i t o rt h ew h o l ed e s i g np r o c e s s i ti s n e c e s s a r yt o e x t r a c t i n f o r m a t i o nf r o mt h et i t l ea n db i l lo fm a t e r i a li nt h ep d m s y s t e m d e p e n d i n go n d a t a b a s es y s t e m t h em a n a g e m e n to ft h et i t l ea n db i l lo fm a t e r i a li n f o r m a t i o nw a s r e a l i z e d ，w h i c he n s u r et h a ta l ld a t u mi si n t u i t i v e ，o r d e r l ya n dc o n t r o l l a b l e t h e r ei s a1 a r g en u m b e ro fc a dd r a w i n g sd o c u m e n tb e f o r ei m p l e m e n t a t i o no fp r o d u c td a t a m a n a g e m e n ti ne n t e r p r i s e s b e f o r ei n p u t t i n gm a n u a l l yi n f o r m a t i o nt ot h ed a t a b a s e o no n l i n e s o m eu s e f u ld r a w i n gi n f o r m a t i o ns h o u l db es t o r e di n t ot h ed a t a b a s e b y d o i n gs o ，l e a k sa n dw r o n gi t e m sw i l la p p e a ri n e v i t a b l y m o r e o v e r ，w h e nt h e d r a w i n g st i t l e sa n dt h ec o n t e n t so fb i l lh a v ec h a n g e d ，t h e r ei sn oc o r r e s p o n d i n g c h a n g e so nt h ei n f o r m a t i o nb e l o n g e dt od a t a b a s e t h u s ，t os o m ee x t e n t ，i tm u s t b r i n ga b o u ts o m ei n c o n v e n i e n c et od e s i g n e r s t h e r e f o r e ，t oa v o i d i n gt h et e d i o u sp r o c e s so ft h er e s u m e1 0 a d ，i n f o r m a t i o n s h o u l db ee x t r a c t e db yo f f - l i n em e t h o d st oa n a l y z ea n di d e n t i f y t h ea u t o m a t i c e x t r a c t i o ni n f o r m a t i o nb e c o m e se s p e c i a l l yi m p o r t a n ti no r d e rt om a k i n gp d m s y s t e m st od i s e n g a g ec a ds o f t w a r eb yi n t e r f a c et e c h n o l o g y i nv i e wo ft h ep r e s e n ts i t u a t i o n ，t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do nt h ec o m p r e h e n s i v e a n a l y s i st os o m ee x i s t e da c h i e v e m e n t s 。i nt h i sp a p e r , t h ec o m p u t e rg r a p h i c s 、 p a t t e r nr e c o g n i t i o na n dc a dr e d e v e l o p m e n tt h e o r e t i c a lk n o w l e d g ew e r er e f e r r e d r e s e a r c h i n go no f f - l i n er e c o g n i t i o na n dt h ee x t r a c t i o no ft h ef o r i l li n f o r m a t i o n s y s t e mo ft h ea l g o r i t h ma n di m p l e m e n t a t i o n t h em e t h o dp r o p s e di nt h i sp a p e rh a s b e e na p p l i e di nap r o j e c to fa n h u ij i a n g h u a is p e c i a lp u r p o s ev e h i c l ec o l t d ， n a m e d “v a r i e t ya n ds m a l lq u a n t i t i e ss p e c i a lv e h i c l ep r o d u c td a t am a n a g e m e n t s y s t e m ”e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wb e t t e rp r o c e s s i n gq u a l i t i e s t h ef u n c t i o np u t t e d f o r w a r di st oa u t o m a t i c a l l ye x t r a c tt h ei n f o r i i l a t i o nf r o mf o r m a n ds a v et ot h e d a t a b a s e ，a v o i d i n gt h em a n u a lw o r ka n de n h a n c i n gt h ea c c u r a c y k e y w o r d s ：a r i t h m e t i c ；e n g i n e e r i n gd r a w i n g s ； o f f - l i n ei n f o r m a t i o n e x t r a c t i o n ；f o r m - i i 插图清单 标题栏模块2 组成a u t oc a d 数据库的主要部件7 a u t o c a dd w g 文件结构9 a u toc a d 二次开发工具的演变14 d w g dir ec tx 描述的d w g 对象模型结构2 0 托管引用类型2 5 d o u b lep i n v o k e 问题2 2 6 配置向导优化27 ：老式g s 一“”一“”2 8 新式g s 2 8 程序功能模块图33 单元格说明37 工程图纸实际使用标题栏样例39 说明单元与值单元的相对位置3 9 四张表格的比较4 0 工程图纸实际使用明细表样4 0 系统提取实体的流程图4 1 直线分组流程4 3 9 种直线交叉点情况4 3 单元格的形成4 5 p d m 中应用提取信息系统4 6 测试工具界面4 7 打开要提取信息的图纸文件4 8 提取腹板总成d w g 文件中表格4 8 腹板总成d w g 图纸文件的图片4 9 腹板总成d w g 图纸文件中表格放大部分4 9 p d m 登录后的界面5 0 点击“上传a u to c a d 文件 按钮后弹出的界面5 0 点击“腹板总成。d w g 图纸文件后界面的变化5 l 上传图纸后目录中添加了对应图纸5 1 o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 1 2 3 4 l 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 l l 1 1 1 l l l 2 2 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 表格清单 d w g 文件组成部分1 0 d w g 文件头部组成部分1 0 实体类型列表1 i 表类型列表12 1 o 厶口o 4 一 一 一 一 c 、o o 厶。厶。厶 表表表表 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金胆王些太堂 或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：自、 签字日期删年月口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金目旦王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借 阅。本人授权 金壁王些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签字日期：户鲳年月d 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期劢旷6 月 电话： 邮编： 、 惕一 致谢 本论文是在导师董玉德教授的悉心指导下顺利完成的，在此谨向董老师致 以最衷心的感谢和最真诚的敬意! 一直以来，我都因为能够师从董玉德教授而 感到无比的幸运。自2 0 0 5 年9 月入学以来，董老师无论在学业还是在生活上都 给了我悉心的指导和关怀。开学伊始，董老师就给我们创造了良好的科研条件 和学习环境，让我能够很快的进入到硕士生的科研生活。而正是这几年的硕士 生活拓展了我的知识面，提升了我的理论水平，同时锻炼了我的科研实践能力， 我所取得的每一点进步都浸注了董老师的心血和汗水。董老师严谨的治学作风、 诲人不倦的教育情怀、对科学前沿的把握和敏锐的洞察力以及对事业的忠诚每 时每刻都激励着学生不断的开拓和进取。同时，衷心感谢师母沈嫒嫒老师多年 来在学习上给予的鼓励以及在生活方面的关心和照顾。 衷心感谢实验室的赵韩老师、陈科老师、吴焱明老师、曹文刚老师、姜康 多位老师在学习、生活上对我的无私指导和帮助。 衷心感谢实验室的柳吉庆、陈兴玉等师兄师姐，许辉、吴振华、朱方方、 宋小波、杜立、徐蓓蓓、何亮、韩雪松、于恰、韩涛、张飞、贾广辉、钟金超 等同窗好友，朱长江、周卿等师弟师妹在学习上和生活上对我的热情帮助。 感谢父母双亲的大力支持和亲切关怀，感谢我的女朋友王梦楚，正是由于 他们的理解和支持，才使得我能安心完成学业。我将用一生来回报l 感谢文中引用文献的作者们。 感谢关心、支持和帮助过的老师、同学和朋友们。 谢谢大家! 作者：刘孙 2 0 0 8 年5 月 1 1 研究背景 1 1 1 研究目的 第一章绪论 自从1 9 8 2 年a u t o d e s k 公司成立，第一个a u t o c a d 软件进入市场以后，全 球机械工程、航天工程、建筑工程、通讯工程、交通等领域从此走向摆脱手工 设计、手工绘制工程图纸的道路。尤其是近十几年来，计算机硬件飞速发展， 计算机已广泛应用于工程设计，d w g 文件的数量日益增多。以前的工程图纸 包含了大量的复杂的信息资源，是长期以来人类智慧的结晶；而且在工程设计 中，绝大多数的设计都属于改进型设计，因此早期的工程图纸在现代设计和管 理中依然扮演着重要的角色。对工程图纸进行再设计，对提高产品设计质量、 降低设计成本、缩短产品设计周期具有不可估量的作用。因此广大工程设计人 员迫切希望拥有提供检索、查询和调用d w g 文件等功能的图档管理系统e l f 3 | 。 国内企业由于对电子图档管理尤其是对在网络环境下面向生产设计的、动 态的图档管理重要性认识不足，无法对电子图档进行有效的组织和管理，这一 闯题日益成为制约工程设计行业和制造业设计部门工作的一大瓶颈。从资料管 理角度考虑，在图纸管理系统基础上发展起来的p d m 系统能够很好的解决上 述问题。用户可以使用p d m 系统，根据图号、设计者、审核者等信息作为查 询条件进行查找所需图纸文件 4 h7 。 那些查询信息都是存在于d w g 图纸文件中的，而d w g 文件中的信息无 法直接读取，为实现通过标题栏信息查寻d w g 图纸文件，既要解决标题栏信 息的直接读取问题，还要在标题栏信息与图纸文件名之间建立对应的查询关系， 从而实现通过少量的标题栏信息检索相关图纸的文件名。因此需要对工程图纸 中信息的自动提取方法进行研究。在工程图纸信息自动提取中自由表格标题栏 信息的自动提取是最复杂的部分。 工程图纸信息提取是图文档管理系统的重要组成部分，也是近年来c a d 技术的研究热点之一。此技术有着广阔的应用前景和较大的研究空间，同时对 其它领域的表格识别工作也有一定的指导和借鉴意义。 1 1 2 国外研究现状及主要研究方法 在d w g 文件图纸信息提取方面，国外的研究发展相对比较成熟，但由于 设计习惯和标准的不同，文字信息提取多采用“模块化属性文字”的方法。这 种方法需先定义模块，模块如图1 。1 所示，其中“设计、审核、批准 和线框 一样已经事先定义在模块中，l 1 一l 6 的属性文字的位置和类别也已经事先定义 在模块中。应用时只需在事先定义好的属性文字位置填写文字。 提取方式举例如下：如果希望提取“设计者”、“设计时间”，则需读入 哆靴置 设计吒 l 2 审核 l 3l 4 标准 l 5l 6 图1 - 1 标题栏模块 “设计属性类别定义中的l 1 和l 2 位置的文字。 这种方法只能满足单个企业内部当前生产需求。对于大量的老图纸和大量 在a u t o c a d 环境下自由绘图的中小企业则不能适用。经检索没发现国外有关 工程图纸中文字信息自动提取的文章。但国外在数据信息提取、图形图像识别 等相关领域比较发达，主要是提取图形文件中数据信息，经过专家系统处理后 应用于生产线上的各个环节。这些思想给我很大的启发，那就是将人工智能的 理论方法应用于标题栏文字信息提取汇总。 1 9 8 8 年，日本东京科技协会的i t oy o s h i m i 在“未来制造系统与技术国际会 议 上发表的题为基于c a d c a m 的专家系统一文中，阐述了在计算机集 成制造c i m 环境下，关键技术c a d c a m 应该充分集成，建立起c a d c a m 的 连接。计算机辅助制图与专家系统的概念已经被认为是零部件图形信息提取分 析的基础 8 m 9 】。 1 。1 3 国内研究现状及主要研究方法 由于我国中小企业多，标准不一，而且主要是工作习惯不同，很多企业都 有自己的标题栏与明细栏格式，模块式不适合国情，迫切需要新的提取汇总方 法。因此，国内在这方面的研究发展比较快，相关的研究内容有：工程机械图 形的文字提取汇总、p d m 系统中电子图纸自动入库技术研究、计算机辅助绘图 与报表体化管理等【1 0 h 1 5 】。 国内研究主要分成两大类，一类是直接对d w g 文件读取，另一类是把d w g 文件转换为d x f 文件来读取。在第一类直接对d w g 文件读取中使用的方法可 分为两种：一是添加属性；一是模板匹配。 2 0 0 0 年4 月西北工业大学c a d c a m 中心的王欣、魏生民发表了基于 a c t i v e x 技术的图纸标题栏信息自动提取一文，该文介绍了一种利用a u t o c a d r 1 4 版提供的新一代接口技术一a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术，结合v i s u a lb a s i c 和 d e v e l o p e r 2 0 0 0 等数据库前端开发工具提供的o l e 自动化技术，通过访问 a u t o c a dr 1 4 的对象模型，直接提取d w g 文件的标题栏信息的方法，很好的 解决了图纸自动入库问题。这种方法需要用户在设计标题栏时，必须使用 a u t o c a d 提供的两个图形对象：a t t r i b u t e 和b l o c k u 6 j 。 1 9 9 9 年清华大学计算机科学与技术系、国家工程c a d 中心的叶晓俊、赵 致格发表了计算机辅助绘图与报表一体化管理，该文阐述了在g h d r a f t i n g 和a u t o c a d 环境下进行二次开发，将计算机辅助绘图与图纸中标题栏、图纸 管理信息库和各种工程汇总报表有机结合为一体，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工艺设计、产 品数据管理和计算机辅助生产打下了良好的基础。该方法为“模板匹配”方式 提取信息【l 引。 2 0 0 4 年7 月南京工业大学信息科学与工程学院的刘建国、祁正新等发表了 d x f 文件中标题栏及明细表信息换取方法，该文分析了d x f 文件的形式和 内容。归纳了标题栏与明细表在d x f 文件中特点，详细给出了获取标题栏与明 细表信息的算法研究，并结合v i s u a lc + + 给出应用实例。该方法即为将d w g 文件转换为d x f 文件之后再提取所需信息【l 引。 1 2 课题来源 课题来源于合肥工业大学数字化设计与制造重点实验室与安徽江淮专用汽 车有限公司的多品种小批量专用车产品数据管理系统的设计与开发项目的 深入研究与开发。 1 3 选题目的及本文要研究解决的问题 安徽江淮专用汽车有限公司( 简称江淮专用车公司) ( 原皖东机械厂) 是安 徽江淮汽车集团核心企业，是专门生产专用汽车的专业厂家。公司注册资本 6 0 0 0 万元，占地面积约2 0 万平方米( 3 0 0 亩) ，员工6 0 0 余人，其中专业技术 人员5 0 名。 公司自成立以来，先后投资1 0 0 0 多万元，进行技术改造，形成了厢式车、 罐式车、自卸车等多条专用车生产线，并建成了c a d 计算机辅助设计中心， 计算机管理网络、办公自动化系统( o a ) 及会计电算化中心等，为了加快打造 一流的j a c 专用车事业的进程，公司又再投资1 2 亿元，启动了在包河工业园 新区江淮重工园的专用汽车生产基地项目的建设( 此项目列入了安徽省“8 6 1 行动计划( 皖政 2 0 0 4 1 4 3 号) 、合肥市重点工业性投资计划( 合经贸投资f 2 0 0 4 1 2 2 8 号) 、合肥市“1 3 4 6 ”行动计划( 合经贸投资 2 0 0 4 1 2 6 9 号) ) ，以进一步提高产 品制造技术及技术装备水平，扩大生产规模新产品种类，增强企业的抗风险能 力。 公司主要从事各种专用汽车的研发、制造和销售，主要产品包括箱式运输 车、罐式运输车、自卸车、混凝土搅拌运输车、混凝土泵车，以及其它专用汽 车产品。随着这几年c a d 软件应用的普及，企业已具备了先进的产品设计开 发手段，但是又带来了设计数据和技术文档的管理和查询、设计开发的审批和 更改等问题。主要表现在以下几个方面： 1 ) 数据分散、零乱，共享程度低。专用车的产品开发是以项目为单位的， 设计数据和技术文档分散在每个设计者的计算机内，项目组内资源是共享的， 项目组与项目组之间数据不共享。随着新产品的增多，技术文档和设计数据越 来越多，不能有效的管理起来，造成数据冗余和资源浪费。即使在同一台电脑 内的文档和数据也不是以数据库的形式存放的，而是以文件的形式存在不同的 目录中，查询不方便。 2 ) 电子数据和纸质图纸内容不统一，c a d 设计的图档要经过打印成图纸 后才能用于生产过程，生产以纸质图纸中信息为准。而电子图档都存在设计人 员自己的电脑里，没有专人管理，在图纸更改时不能同步更改，最终造成电子 图纸只在第一次设计时有效，打印完成后即失去作用，成为废图。不能作为生 产依据，只能作为设计参考。 3 ) 没有审批手段，电子图档本身是图形文件，没有记载归档时的审批记 录，可以随意更改，这也是不能作为生产依据的原因之一。 4 ) 安全性差，设计数据和技术文档分散在每个设计者的计算机内，没有 保密措施，容易被拷贝或打印。 5 ) 缺少打印控制没有打印控制手段，打印的随意性很大，人人都可以打 印，什么内容都可以打印。一是造成介质极大浪费，二是造成泄密。 6 ) 图档中的数据不能自动提取，电子图档中已经存在的大量的设计数据 信息，不能为生产管理信息系统所利用，需要人工再次输入，造成工力资源浪 费，同时可能输错，造成信息不准确。 通过对国内外d w g 文件标题栏与明细栏信息提取现状的分析，我们了解 到目前的标题栏与明细栏的格式并不统一，具有多种类型。对于早期的图纸， 有些单位根本就没有在d w g 文件中使用a t t r i b u t e 和b l o c k 这些属性，而将 d w g 文件转换为d x f 文件再来提取的话，势必会影响提取效率，有点烦琐。 因此为了满足用户的需求，我们基于d w g d i r e c t x 技术设计了一个通用的从 a u t o c a d 图形文件中自动提取标题栏与明细栏信息的d l l 组件程序。该程序 不用为d w g 添加属性也不用定制模板来匹配，对标题栏和明细栏的格式不做 任何限制，具有很大的灵活性。 i 4 论文内容组织结构 论文内容组织结构 本文理论与实践相结合，在认真分析了表格形式内容的基础上，提出了一 种提取工程图纸表格信息的算法，实现了标题栏与明细栏信息的提取。论文研 究的主要内容及结构安排如下： 第一章，介绍课题的来源、国内外研究现状以及安徽江淮专用汽车有限公 司目前在信息化方面所遇到的困难。阐明本文所要解决的问题和本文的意义。 第二章，介绍a u t o c a d 的基本概况，详细解析d w g 文件的数据类型、结 构及组成等；介绍并比较几种不用层次的针对a u t o c a d 进行二次开发的工具， 分析它们的优缺点和适用领域，提出了本系统将要用到的开发工具。 第三章，介绍面向对象的程序设计的基本概念与方法，详细介绍v i s u a l c + + 2 0 0 5 编程语言的新特性，讲述c o m 组件技术，分析其优点，提出本系统 将要用到的a t l 编程技术思路。 第四章，讲述总体开发思路，介绍d w g d i r e c t x 重新封装的方法，分析d w g 文件中表格的结构关系，详细说明d w g 文件表格信息的提取过程，最后给出 了测试过程和结果及在p d m 中应用情况。 第五章，总结本文的主要工作和系统的创新点，提出系统有待进一步解决 的问题和研究展望。 1 5 本章小结 这一章中，主要介绍了国内外的研究现状、研究目的与意义和江淮专用车 公司的信息化现状的调研分析，结合江淮专用车公司的信息化系统的困难，确 定提取信息系统开发和设计的任务和意义。 第二章d w g 文件详解与a u t oc a d 二次开发 2 1a u t o c a d 简介 美国a u t o d e s k 公司开发的a u t o c a d 现在在世界上是应用最为广泛的计算 机辅助绘图设计软件，它是一种既能在微机上也能在工作站上运行的c a d 软 件，主要面向机械设计和制图、建筑设计和制图、土地资源开发、地理信息系 统、设备管理、电工学与电子学、多媒体、服装款式设计、符号设计等领域。 a u t o d e s k 软件公司已成为世界最先进的2 d 、3 d 数字化技术领导，让用户可以 在设计流程初期即实现产品可视化和仿真，并对实际性能进行分析。这让用户 在设计转化为成品前，可更灵活地优化并改进他们的设计。自1 9 8 2 年，第一个 版本的a u t o c a d 诞生以来，经过2 0 多年的发展，a u t o c a d 已经过了十几次的 版本升级，现在已经发展到2 0 0 8 版。a u t o c a d 具有强大的绘图功能，不但能 够用来绘制二维的工程图，而且能够进行三维实体造型，生成三维真实感的图 形。另外，a u t o c a d 还可以在其基础上进行二次开发，形成更为广阔的领域。 用a u t o c a d 绘图，既可以采用人机交互方式，又可以采用编程方式。 据a u t o d e s k 公司的统计，a u t o c a d 正在帮助遍及1 5 0 多个国家的四百万 工程师、机械工程师、建筑师、测量员和民用建筑人员以及无数的科研人员、 设计人员、学生等进行开发设计工作。全球a u t o c a d 软件使用人数超过2 0 0 万人，图纸总数超过2 0 亿张。a u t o c a d 图纸文件以d w g 为扩展名，因此通 常将a u t o c a d 图纸文件称为d w g 文件。 现在，基于a u t o c a d 的设计数据不仅在绘图设计部门，而且在销售、生 产、市场及整个供应链都变得越来越重要。 2 2a u t oc a d 数据库 a u t o c a d 数据库存储了组成一幅a u t o c a d 图的对象和实体。本质上，d w g 文件是个由a u t o c a d 对象( o b j e c t ) 构成的图形数据库。基本的数据库对象是 实体、符号表和词典。实体是在a u t o c a d 图内部表示图的一种特殊数据库对 象，线、圆、弧、文本、实心体、区域、复合线和椭圆都是实体，用户可以在 屏幕上看见实体并能对其进行操作【1 9 2 2 】。 符号表和词典是用于存储数据库对象的容器，这两个容器对象都映射一个 符号名( 文本串) 到一个数据库对象，一个a u t o c a d 数据库包含一套固定的 符号表，每一个符号表包含一个特定符号表记录类的实例，我们不能向数据库 添加新符号表。层表是符号表之一，它包含层表记录；块表也是一个符号表， 包含块表记录。所有a u t o c a d 实体都属于块表记录。 词典为存储对象提供了比符号表更加普遍的容器。一个词典可以包含任何 类型的a c d b o b j e c t 及其子类的对象；当a u t o c a d 创建新图时，a u t o c a d 数据 库创建一个叫做“命名对象词典的词典。对所有与数据库有关的词典，命名 对象词典可以被视为主“目录表。我们可以在命名对象词典内创建新词典，并 在新词典中添加新数据库对象。 在d w g 图纸中，每个a u t o c a d 对象都有一个i d 号。i d 号一般应保证在 整个d w g 图纸内的惟一性。但由于符号表和词典中的a u t o c a d 对象除了i d 号以外，还引入了一个能识别其在d w g 图纸惟一性的键值，因此它们的i d 号 只要保证在所在符号表或者词典内惟- - l i p 可。i d 号为8 个字节长。 图2 1 中列出了组成a u t o c a d 数据库的主要部件。 图2 - 1 组成a u t oc a d 数据库的主要部件 任何可用的数据库必须至少应有下列对象： 1 ) 一套( 九个) 符号表，包括块表、层表和线型表。块表最初包含三个记 录，一个记录叫做* m o d e ls p a c e ，两个图纸空间记录叫做* p a p e rs p a c e 和 * p a p e rs p a c e 0 。这些块表记录表示模型空间和两个预先确定的图纸空间布 局。层表最初包含一个0 层记录。线型表最初包含c o n t i n u o u s 线型。 2 ) 一个命名对象词典，当数据库被创建后，命名对象词典就已经包含四个 数据库词典：g r o u p ( 组) 词典、m l i n e 类型词典、布局词典和绘图式样词 典，在m l i n e 类型词典内，总有s t a n d a r d 类型。 2 3d w g 文件解析 a u t o c a d 经过二十几年的发展和完善，已经成为微机上计算机辅助设计 软件中的霸主。a u t o c a d 的图形交换文件( d x f ) 和图形文件( d w g ) 已成为事实 上的工业标准。目前有很多种c a d 软件，如t u r b oc a d 、 c a d k e y 、 m i c r o s t a t i o n 等都能够识别和生成这两种格式的文件，并且全球有几十亿的工 程图形文件和众多的工业产品目录采用d x f 或d w g 文件来描述。由此可见 d x f 文件和d w g 文件在c a d 软件业中占有举足轻重的地位。 a u t o c a d 的d w g 和d x f 文件都采用矢量文件存储方式。矢量文件是使 用对象和方向来共同表示实体的，矢量图与屏幕上的像素没有直接关系，显示 器上的像素只是用于显示简单图形。矢量图可以在无任何精度损失的前提下进 行压缩和打印 2 3 1a u t o c a d 图形交换文件d x f a u t o c a d 图形交换文件是一种具有d x f 文件类型和专用格式文本a s c i i 的文本文件，它包含了对应的图形数据库中所有的信息，包括实体命令和几何 数据信息等。 d x f 文件是a u t o d e s k 公司为方便d w g 文件和其它c a d 软件交换数据而 定义的一种文件格式，其格式a u t o d e s k 公司早已对外公布。 d x f 文件专门用于不同机器使用a u t o c a d 时进行图形交换以及a u t o c a d 与其他程序之间的图形交换，用户可以用高级语言编写程序形成d x f 文件，再 通过a u t o c a d 的d x f i n ，命令转换成图形文件。由高级语言程序进行计算得 出的结果也可以直接加载在d x f 文件中，和d x f 文件一起送到a u t o c a d 内部 进行图形处理。这样的程序结合了高级语言计算分析能力强和a u t o c a d 绘图 能力强的优点。 通过d x f 文件实现d w g 文件与其他c a d 软件交换数据比较简单，只要 利用a u t o c a d 将d w g 文件转化为d x f 文件，在其他c a d 软件中实现访问 d x f 文件即可。另外用户也可以根据自己的情况，使用高级语言编制程序来生 成d x f 文件。 但是，采用d x f 文件交换数据有以下缺陷：首先，由于d x f 文件是一种 特殊形式的a s c i i 码图形交换文件，所以文件庞大，阅读时对内存资源消耗比 较大；其次，d x f 文件是一种文本文件，需要逐行阅读比较，处理速度很慢； 再次，当图纸批量大时，将d w g 文件转为d x f 文件很费时间，大大降低了产 品设计效率。鉴于采用d x f 文件交换数据的以上缺陷，人们开始趋向于采用直 接访问d w g 文件的方式实现d w g 文件与其它c a d 软件交换数据拉引。 2 3 2a u t o c a d 图形文件d w g 2 3 2 1d w g 文件的数据类型 d w g 文件为二进制格式文件，共有五种数据形式：字符型、单字节整型、 双字节整型、四字节整型和以i e e e 标准存储的浮点数( 即双精度浮点数) 。由于 a u t o d e s k 公司在d w g 文件中采用了以上五种标准数据类型，因此能很方便的 对这些数据进行直接存取和处理。例如：我们可以用c 语言中的c h a r 实现字符 型数据，用b y t e 实现字节型数据，用i n t 实现整型数据，用l o n g 实现长整型， 用d o u b l e 实现双精度浮点型拉4 h 2 6 j 。 2 3 2 2d w g 文件的结构 图2 - 2a u t o c a dd w g 文件结构 d w g 文件的复杂性来自于a u t o c a d 对象的多样性及其属性的复杂性，要 了解d w g 文件的组织结构，首先必须了解a u t o c a d 对象的种类构成。 一个d w g 图纸文件由图纸信息和各种a u t o c a d 对象组成。a u t o c a d 对 象分为两大类：无图形表示类和有图形表示类。有图形表示类a u t o c a d 对象 以块表方式存放；常用的无图形表示类a u t o c a d 对象，如图层、线型等一般 存放在访问比较简便的符号表中，其他则存放在词典中。 2 3 2 3d w g 文件的组成部分 d w g 文件的结构与d x f 文件基本相同，也是由五个部分组成，分别是： 头部、实体部、表部、块实体部和应急头部。组成部分如表2 1 所示： 表2 - 1d w g 文件组成部分 头部( 长度固定) 实体部( 长度可变) 表部( 长度可变) 块实体部( 长度可变) 应急头部( 长度固定) 1 ) 头部 d w g 文件的头部存放着d w g 文件的一些重要信息，如d w g 文件标志、 版本信息、各种索引用的地址以及a u t o c a d 软件中的一部分系统变量。头部 信息对于a u t o c a d 来讲是至关重要的，因为a u t o c a d 对d w g 文件的所有寻 址操作的地址均从头部的有关参数计算而来，而且头部还保存着与该文件中所 保存图形密切相关的系统变量的值。有关头部的组成部分如表2 2 所示： 表2 2d w g 文件头部组成部分 d w g 文件标志信息 d w g 文件版本信息 d w g 文件地址索引信息 d w g 文件系统变量 2 ) 实体部 实体部保存着该d w g 图形中的全部实体。为了识别实体，a u t o d e s k 公司 将实体进行编码，如直线实体的编码为0 1 h ，点实体的编码为0 2 h 等等。对于 每一个实体，其数据结构都可以分成两个部分：实体头部和实体尾部。 实体头部的长度固定，且其意义对每一个实体基本相同，它包含有实体类 型编码、实体性质、实体长度等等。 对于实体尾部，a u t o d e s k 采用了极为紧凑的格式以节省占用资源。对于不 同实体，其尾部数据结构不同，即使在同一类型的绘图命令中，根据复杂程度 不同尾部数据的格式不同。因此，实体尾部的格式种类较多，在某些情况下实 体尾部长度可以为零。例如：在直线实体尾部中仅保存了直线两端点的坐标值； 文字实体尾部中保存了文字的起始点坐标、高度、文字内容及旋转角度等等。 在实体部中，各实体按一定次序存取。 a u t o c a d 在存储d w g 文件时，将几何对象作为实体进行存储，实体类型 如表2 3 所示： 表2 - 3 实体类型列表 实体 实体类型 含义 3 d f a c e 三维平面，以三维的三角形、四方形的样式出现：生成该实体的命 令：3 d f a c e 3 d s o l i d 三维实体，以支持自由形态表面的对象的样式出现；生成该实体的 命令：3 d s o l i d a r c 弧，以圆弧形式出现；生成该实体的命令：a r c a t t d e f 属性定义，以带有属性定义特征的字符串的样式出现；生成该实体 的命令：a t t d e f a t t r i b u t e块属性，在块中，以含有文本的对象的样式出现；生成该实体的命 令：a t t r i b u t e 、b l o c k 、i n s e r t 、m i n s e r t c i r c l e 圆，以整圆出现：生成该实体的命令：3 d f a c e i n s e r t 块插入，以块的样式出现；生成该实体的命令：i n s e r t 、x r e f 、 x a t t a c h l e 直线，以单一的线段出现；生成该实体的命令：l i