（计算机应用技术专业论文）基于web矢量图形处理技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着网络技术的快速发展，网络中图形图像内容的具体应用越来越 多，要求也越来越高。由于经济、技术等各方面的原因，特别是在目前 带宽不足的情况下，用户难以以界面交互的形式交流，图形处理系统中 实时观察和交互操作的功能也显得更加迫切和重要。基于x m l 标准的 s v g 文件是当前网上流行的二维矢量图形文件，在图形处理中使用s v g 文档可以为网络中的图形图像信息提供支持，可以有效弥补h t m l 在图 形浏览等方面的不足，能够满足图形交互的需要。a j a x 技术采用了异步 方式发送请求，在图形处理技术中引入该技术，能够解决传统图形处理 系统的不足、改善用户体验。 本文针对空间数据结构复杂、数据量大、包含属性数据等特点，提 出了一种基于空间实体模型的方法来组织复杂的空间数据。该方法采用 基于x m l 标准的矢量图形格式，将图元作为最基本的逻辑单元，基于 s v g 格式设计图元数据库，采用分组输出的方法将图形数据输出到图元 数据库中。实现了s v g 文档到图元数据库的转换，生成的数据表结构非 常接近将要生成的s v g 文档的数据结构，数据库占用的空间小、独立性 强、易编辑，有效地组织了图形数据，提高了数据库的读取效率。 本文针对基于网络的图形交互技术，提出并实现了一种基于s v g 及 a j a x 无刷新页面技术的图形交互方法。利用a j a x 技术实现s v g 图形 的浏览及异步交互操作，采用层次结构来设计数据库操作类，采用协同 设计来协调解决多用户间操作冲突问题。在客户端采用d o m 技术访问和 维护x m l 文档，实现简单的交互操作；采用基于x m l 增量数据的传递 策略及a d o n e t 类库访问数据库，避免整个文档的回传，实现了s v g 图形浏览及复杂的图形交互操作。 在以上研究的基础上，对原有的岩土工程勘察桌面应用系统继续开 发，实现了一个全新基于网络的岩土工程勘察软件系统。实现了工程数 据的集中管理，s v g 图形浏览，s v g 图形编辑和动态修改的功能，使得 用户在外业进程中，实时交互，及时获得调整数据，满足了现场工作部 武汉工程大学硕士学位论文 门全方位的信息支持需求。该系统在原有的体系结构基础上进行修改， 实现将s v g 文档存储到图元数据库的操作。在w e b 环境下，根据已生 成的图元数据库，采用基于增量数据的快速图形刷新技术重新生成s v g 文件并在客户端实现了交互功能。该系统实际运行的性能基本令人满意， 也可以扩展应用到其它基于空间数据的图形交互系统中，为现代工程地 质图形的发布提供了一种崭新的可能。 基于s v g 和a j a x 技术的图形处理系统，充分发挥了s v g 和a j a x 两种技术的优势。从图元数据库中读取数据直接生成s v g 文档，避免了 中间转换过程，提高了发布图形数据的运行速度。利用a j a x 来实现无 刷新更新，将传统的同步交互变为异步交互方式，改善用户的体验，提 高了工作效率，提供了解决基于矢量图形交互问题的新思路，对图形交 互处理技术的进一步发展有借鉴意义。 关键词ts v g ；x m l ；a j a x ；图元；图形交互 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y ，a p p l i c a t i o n sb a s e d o nw e bb e c o m em o r ea n dm o r e ，d e m a n d sb e c o m em o r eh i g h e r a sar e s u l to f e c o n o m i c ，t e c h n i c a la n do t h e rr e a s o n s ，p a r t i c u l a r l yi nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no f i n s u f f i c i e n tb a n d w i d t h ，c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nu s e r sb e c o m ev e r yd i f f i c u l t t h r o u g h i n t e r a c t i v ei n t e r f a c e ，t h ef u n c t i o n so fr e a l - t i m eo b s e r v a t i o na n d i n t e r a c t i v e o p e r a t i o n b e c a m em o r e u r g e n ta n di m p o r t a n t i n g r a p h i c s p r o c e s s i n gs y s t e m s v gd o c u m e n tb a s e do nx m li s t h ec u r r e n tp o p u l a r t w o - d i m e n s i o n a lv e c t o rg r a p h i c sf i l e so nw e b ，i ng r a p h i c sp r o c e s s i n g ，t h e u s eo fs v gd o c u m e n t sc a ns u p p o r tn e t w o r kg r a p h ，e f f e c t i v e l yo v e r c o m et h e s h o r t c o m i n g so fh t m l i nt h eg r a p h i c a lb r o w s e r ，m e e tt h en e e d so fg r a p h i c s i n t e r a c t i o n a j a xu s e s a s y n c h r o n o u s m o d e ls e n d r e q u e s t ，i ng r a p h i c s p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , t h ei n t r o d u c t i o n o ft h et e c h n o l o g y , c a ns o l v et h e t r a d i t i o n a ll a c ko f g r a p h i c sp r o c e s s i n gs y s t e mt oi m p r o v et h eu s e re x p e r i e n c e i nt h i sp a p e r ，a i m i n ga tt h ec o m p l e x i t yo fs p a t i a ld a t as t r u c t u r e ，m a s s d a t a ，i n c l u d i n gp r o p e r t yd a t a ，as p a t i a ld a t ao r g a n i z a t i o nm e t h o df o rm a s s i v e d a t ai sp u tf o r w a r d t h em e t h o du s e sv e c t o rg r a p h i c sf o r m a tb a s e do nx m l s t a n d a r d ，u s i n gg r a p h i ce l e m e n ta sa b a s i cl o g i cc e l l s ，o r g a n i z i n gd a t ab yt h e m o d e lo f s p a c ee n t i t i e s ，d e s i g n i n gd a t a b a s eo ns v gf o r m a t ，u s i n gt h em e t h o d o fg r o u p i n gt oo u t p u td a t af r o mg r a p h i ce l e m e n td a t a b a s e t h em e t h o dc a l l r e a l i z ed a t ae x c h a n g ef r o ms v gd o c u m e n tt od a t a b a s e ，t h ed a t at a b l e s t r u c t u r ei sv e r yc l o s et os v gd o c u m e n t ，d a t a b a s es p a c es m a l l ，i n d e p e n d e n t a n de a s yt oe d i t ，e a s ya c c e s s ，e f f e c t i v eo r g a n i z a t i o no ft h eg r a p h i c sd a t a ， i m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo ft h ed a t a b a s et or e a da n ds e c u r i t y i nt h i sp a p e r ，a i m i n ga tt h et e c h n o l o g yo fg r a p h i c si n t e r a c t i o nb a s e do n w e b ，t h em e t h o do fn o r e f u r b i s hg r a p h i c si n t e r a c t i o nb a s e do ns v ga n d a j a xi s p u t f o r w a r da n dr e a l i z e d a j a x t e c h n o l o g y c a na c h i e v e a s y n c h r o n o u si n t e r a c t i o n ，u s i n gh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r et od e s i g nd a t a b a s e i i i 武汉工程大学硕士学位论文 o p e r a t i o n sc l a s s ，u s i n gc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt oc o o r d i n a t eo p e r a t i o nc o n f l i c t b e t w e e nm u l t i u s e r i nc l i e n t ，t h es i m p l ei n t e r a c t i o no p e r a t i o n sc a nb e a c h i e v e dt h r o u g hd o m ，t oa c c e s sa n dm a i n t a i nx m ld o c u m e n t s t h e r e a l i z a t i o no fa c o m p l e xi n t e r a c t i o nu s e st r a n s m i s s i o ns t r a t e g y ，b a s e do nx m l i n c r e m e n td a t aa n da d o n e tc l a s sl i b r a r i e s ，t oa c c e s st h ed a t a b a s ea n da v o i d t h er e t u mo ft h ed o c u m e n t s g r a p h i c sb r o w s e ra n di n t e r a c t i o nc a l lb e a c h i e v e db a s e do ns v g ，t h eb u r d e no nt h en e t w o r ki sa l l e v i a t e de f f e c t i v e l y an e wi n v e s t i g a t i o ns y s t e mb a s e do nv e c t o rg r a p h i c si sr e a l i z e d ， d e v e l o p i n gt h eo r i g i n a ld e s k t o ps y s t e m 。t h es y s t e mc a na c h i e v ec e n t r a l i z e d m a n a g e m e n to fe n g i n e e r i n gd a t a ，s v gg r a p h i c se d i t o ra n dt h ef u n c t i o no f d y n a m i cm o d i f i c a t i o n ，a l l o wr e a l t i m ei n t e r a c t i o ni nf i e l dp r o c e s s ，t i m e l yd a t a i sa d j u s t e dt om e e tt h en e e d so ft h ed e p a r t m e n t s t h es y s t e mi sm o d i f i e df r o m t h eo r i g i n a la r c h i t e c t u r e ，c a na c h i e v es t o r a g eo p e r a t i o nf r o ms v gd o c u m e n t t od a t a b a s e i nw e be n v i r o n m e n t ，s v gf i l ec a nb eg e n e r a t e d ，u s i n gf a s t r e f r e s ht e c h n o l o g yb a s e do ni n c r e m e n t a ld a t ，a n di n t e r a c t i v ef e a t u r e sc a nb e a c h i e v e di nc l i e n t a c t u a lo p e r a t i o no ft h es y s t e mi s s a t i s f a c t o r y ，t h e a p p l i c a t i o nc a na l s ob ee x t e n d e dt oo t h e ri n t e r a c t i v eg r a p h i c a ls y s t e mb a s e d o nm a s sd a t aa n dp r o v i d ean e w p o s s i b i l i t yf o rm o d e me n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l g r a p h i cp u b l i c a t i o n g r a p h i c sp r o c e s s i n gs y s t e m sb a s e do ns v g a n da j a x ，g i v ef u l lp l a yt o s v ga n da j a x t e c h n o l o g y s v gd o c u m e n t s a r eg e n e r a t e dd i r e c t l y ，a v o i d i n g t h em i d d l eo ft h ec o n v e r s i o np r o c e s s ，i m p r o v i n gg r a p h i c sr e l e a s i n gs p e e d ， u s i n ga j a xf o rn o - r e f u r b i s hp a g e ，u s i n gs v gt od i s p l a y t h et r a d i t i o n a l s y n c h r o n o u si n t e r a c t i o ni sc h a n g e di n t oa s y n c h r o n o u si n t e r a c t i o n ，i m p r o v i n g t h eu s e r e x p e r i e n c e ，s a v i n g n e t w o r kb a n d w i d t h ，i m p r o v i n gt h ew o r k e f f i c i e n c y ，p r o v i d i n ga n e ws o l u t i o nt ot h ei s s u eo fi n t e r a c t i o nb a s e do nv e c t o r g r a p h k e y w o r d s ：s v g ；x m l ；a j a x ；g r a p h i ce l e m e n t ；g r a p h i c si n t e r a c t i o n i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 啊、r 学位论文作者签研闽卅 叫年朋弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定， 即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位 论文的全部或部分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和汇编本学位论文。 保密o ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密喇 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名专k 对写 岬年乡月3 日 ， 指导教师签名： 时 。 办怼j噬日熊 r考占 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 基于w e b 的矢量图形概述 随着网络技术的发展，图形图像在网络上的应用越来越广泛，图形 图像内容主要应用于基于网络的图形信息发布中。传统的网络图形显示 都是基于h t m l 页面为主的网络浏览技术，通常是以图片或动画形式表现 出来，导致在网络上传输的图形数据量大，且在不同设备上显示的效果 也不尽相同。因此，用户希望一种新的适合网络的图形格式，能够有效 地控制图形文件的大小，便于图形的发布，可以表现丰富的内容，同时 能够兼容目前流行技术的标准规范，可以跨平台进行处理，使网络中使 用的各种显示设备都能够正确一致处理。 在网络上使用的图像有两种：栅格图像和矢量图像。目前，在网络 上大多数使用的都是栅格图像，如g i f 、j p e g 等，它以位图点阵来描述 图像，图像文件比较大不适合网络传输，虽然可以使用压缩技术【1 】调整图 像文件的大小，但是要以图像质量作为代价。网络图像使用栅格格式， 对于复杂图像而言表现力有限，栅格图像中无法“携带 便于用户查询 的数据信息，在用户对图像做简单放缩交互时会影响图像数据，无法很 好地实现图形交互。矢量图像克服了栅格图像的缺点，利用数学公式命 令来显示控制图像中的几何图形，线条的粗细、颜色等，因此可以无限 制按任何比例对图形进行放大、缩小或渲染【2 l ，在文件压缩方面具有很强 的优势。s v g 可伸缩向量图形是目前网络上流行的一种矢量图像格式， 与光栅图形格式相比，s v g 的突出优势就在于它可以无级缩放，在被按 任意比例缩放时都能保证图形的清晰，没有光栅图形缩放时常见的锯齿 现象。s v g 可以使用简单高效的矢量图形指令显示几何图形，不必象栅 格图形一样再对每个点来进行描述，提高了图形数据的存储效率，图形 文档更小，更加适于网络【3 】。图形中的文本不再是孤立的形状，它可以作 为图形中的元素，能够象操作w o r d 中的文字一样，能够被选中、编辑、 复制、删除：作为图形中的携带信息可以被搜索引擎检索，容易定位， 方便用户的查询，这是与j p e g 等光栅图形间存在最主要的区别之一。 武汉工程大学硕士学位论文 由于网络的特点，对在其上使用的图形格式有很多的要求。现在网 络中有一些与s v g 功能相似的矢量图形软件正在使用，而其中比较流行 的就是m a c r o m e d i af l a s h 署i q u i c k t i m e 。这些软件必须用一种格式来实现 诸如声音、动态文本、丰富样式等功能来满足网络用户的需要，而要实 现这些图形描述之外的附加功能，必须增加很多的工作量，使格式更加 庞大。s w f 不是一个开放的标准，这就意味着s w f 技术还掌握在个体手 中，技术的发展受到很多方面的限制，同时它必须依靠浏览器的外挂程 序显示；因为它的格式是二进制【4 】【5 1 ，图形中的文字内容无法让使用者在浏 览器中进行字符串搜索查询。尽管s w f 目前已经提供了对x m l 标准的支 持，但这种支持是单方面的，随着x m l 及其他开放标准的发展，s w f 格 式会显得越来越不协调。没有经过压缩的s v g 文件尺寸比s 、f 格式存储 较大，但是经过压缩的s v g z 格式与s w f 格式尺寸是相近的，大小也就相 差5 1 0 左右，s v g z 能够直接由浏览器来浏览，同时由于w 3 c 的推广， s v g 比其它格式具有相当强竞争力。 s v g 标准考虑的是提供一种基于x m l 语言来描述矢量图形信息的 方法，除了s v g 外g m l t 6 】和v m l t 7 1 都是基于x m l 的可用来描述矢量图 形的标记语言。v m l 是一个最初由m i c r o s o f t ：开发的x m l 词表，g m l 由o p e n g i sc o n s o r t i u m ( o g c ) 提出，g m l 封装了地理信息和属性，可以 实现地理数据分布式存储，但是它并不支持直接显示图形。v m l 和s v g 是在表示图形矢量信息时加入了图形的显示信息，是显示矢量图形的两 种比较好的格式。s v g 是综合v m l 的优点后推出的，是国际标准，它 比v m l 具有更多的优点，具有更广阔的前景。 s v g 从制订开始，就以网络图形的应用作为考虑问题的中心，它的 最大优势就是用户的互操作性，即s v g 格式是可扩展的。s v g 是基于 x m l 的图形格式，能够与网络中使用其他标准规范的技术兼容使用，可 以很容易的建立与基于x m l 标准的其他技术进行联系，实现更强大的功 能。由于s v g 是矢量图形格式，使的s v g 文档很小，下载浏览的速度 更快，而且它是采用在客户端本地解释后生成图形的方式，这样能充分 利用客户端的资源，减轻了服务器端的负担，可以有效的利用网络资源， 第1 章绪论 解决网络瓶颈问题。由于s v g 是解释性语言，所以在浏览时遇上很大的 图形文件，可以以图形元素为单位，接收多少，显示多少，类似与j p e g 的渐进显示。s v g 具有很强的动画交互功能和丰富的滤镜效果，可以使 浏览网页时的效果更加生动丰富，带给浏览者新的体验。作为一项基于 x m l 的开放标准的图形格式，s v g 的应用将彻底改变以往网页单一、静 止、乏味的显示和生硬的交互操作，因此s v g 是适合网络中使用的理想 矢量图形格式。 1 2 基于w e b 矢量图形处理技术的发展状况 随着网络技术和g i s 技术的发展，在实际应用中用户要求在网络上能 够实现图形浏览、编辑、数据库信息交互，获取多范围多层次的图形显 示功能。目前大多数图形处理软件只是为图形的信息数据发布提供运载 的工具，发送内容仍然为栅格图形，发布时图形文件容量比较大，网络的负 载很重，同时不能很好的实现在客户端用户的复杂交互操作。基于a s p 组件技术的w e b g i s 解决方案，信息发布的速度快、功能比较强大，但在 客户端人机交互这一方面存在不足，只能实现简单的图形交互。 j a v a a p p l e t 是目前在客户端常用的比较理想的图形交互方案，基于 j a v a a p p l e t 的交互应用能够在客户端实现复杂的交互操作，但它需要和 h t m l 文件一起被下载到客户端，这样需要很长的初始化时间，运行的速 度慢，用户等待时间比较长 g l 。综上所述，在传统的网络图形处理技术上 存在以下难以突破的技术： ( 1 )传统的h t m l 、a s p 图形处理技术只是在表现数据方面擅长一些， 主要是采用固定标记来显示图形、标记没有特别的意义，缺乏描述 数据的内部结构和联系；不支持矢量图形格式，因此不利于结构复 杂的空间数据的查询和交互操作。 ( 2 )随着网络图形的应用，需要实现一定层次上的交互操作功能，便于 图形数据的查询，使得图形数据在更多方面得到应用，但传统的 h t m l 页面生成后，图形信息是处于静态的，不能够根据用户的交 互操作情况进行放缩等变化，很难实现网络图形的修改编辑。， 武汉工程大学硕士学位论文 ( 3 )由于空间数据的特点，数据量大，种类多，结构复杂，对于传统的 数据库应用，系统之间无法实现图形数据等资源的共享，不能真正 地做到数据在物理上是分散的，而在逻辑上是集中的。由于目前越 来越多的系统是分布式的，增加了异构系统间信息访问的难度。 ( 4 )随着网络的广泛应用，网络需要向用户提供便捷的、多样的、易操 作的图形界面，满足用户的各种需求，图形数据能够动态地表现。 ( 5 )由于空间数据量大，又受到网络带宽和其它路由的制约，在满足用 户交互操作需求的基础上需要建立一个快速响应和传递数据的机 制，满足用户需求。 ( 6 )由于企业中存在各种异构的应用系统，他们之间相互独立，系统间 的图形数据难以共享。 传统的网络应用模型工作原理【9 】：当用户在客户端触发了一个连接到 网络服务器的h t t p 请求，服务器完成一些处理后，如接收数据、计算等， 再访问数据库系统得到数据，最后返回一个新的h t m l 页面到客户端。将 数据通过在网页中隐藏字段的方式提交给网络服务器是一种比较好的信 息传递模式，能够保护用户的信息。然而服务器不为客户保存信息时， 会引起另外的问题：如果一个浏览器需要向网络服务器提出一些具有关 联的请求时，由于浏览器的状态等信息不适合放在服务器端，用户每次 都要向网络服务器发送状态信息请求，网络服务器每次都将它作为一个 新的请求来响应，如果涉及到数据库的操作，网络服务器同时也需要每 次都向数据库提出数据查询的请求。由于缺乏x m l 协议和i e 浏览器的支 持，网络服务器向客户端发送的数据只能是以h t m l 的页面形式传递，如 果浏览的几个页面都使用到同一查询结果时，服务器端会将查询结果看 作几个不同的查询。这种方法将造成一样的数据在网络上反复地传递； 一样的数据查询在数据库中需要重复进行；网络服务器还要不断地参与 运算。在传统的交互方式中，服务器端在处理客户端提交请求时，用户 只能等待处理结果，服务器端即使传回一个简单的数据，也要返回一个 完整的h t m l 页，客户端每次都要浪费时间和带宽重新再读取整个页面， 这种方式降低了网络的执行速度。 第1 章绪论 1 2 1 国内研究状况 1 ) 北京图王软件开发有限公司开发的v i s u a lg r a p h 工业图形系统，是一 套强大的交互图形开发平台，可以非常方便地建造基于图形的界面、制 作各种图形元件、实现图形建模、表单系统、绘图系统、流程设计等。 它提供非常强大的a c t i v e x 组件，能够和其他流行的编程语言共同工作， 极大地弥补了这些语言在图形处理方面上的不足，适合于w e b 上的软件 开发。 2 ) s u p e r m a p 是由中国科学院地理信息产业发展中心及北京超图地理信 息技术有限公司一起研制。它基于w i n d o w s 系列操作系统，由多个组件 构成，主要包括：核心组件、拓扑组件、三维组件、图例组件、辅助开 发组件等。s u p e r m a p 2 0 0 0 提供了强大的g i s 功能，包括：数据的输入、 数据格式转换、图形编辑、数据的管理、属性查询、专题地图、网络分 析、缓冲分析、三维建模、三维模型的显示、三维分析、桌面图形排版 等。 3 ) 中国石化胜利油田生产管理信息系统，在信息管理基础上，面向石油 勘探、开发、等各生产环节，建立专业的综合业务管理系统，能够与各 专业应用系统高度融合。该系统将用户选定的数据源信息保存在x m l 文 件中，需要连接数据库时则利用j a v a 来解析x m l 文档，创建与数据库 的连接池，利用j s p 、j a v a s c r i p t 、h t m l 来制作管理页面。 1 2 2 国外研究状况 1 ) 世界领先的设计软件和数字内容软件提供商欧特克公司开发的 a u t o d e s km a p g u i d es t u d i o 。该软件可快速创建空间应用，能够有效管理 w e b 上发布的地理空间数据。它以w r e b 开发工具为模型，为开发人员和 w - e b 设计人员创造了一个统一环境，使用友好的开发界面轻松上传数据 文件，连接数据库，将p 肿、a s p 、n e t 或j a v a 编程语言编写的业务 逻辑直接集成到应用中。 2 ) 美国的国家空间数据基础设施( n s d l ) ，通过确定元数据标准，采用元 数据的方式在网络上对其所生产的数据进行描述，达到各机构间数据生 武汉工程大学硕士学位论文 产和共享的目的。 3 ) p h t h f i n d e r 是美国国家超级计算机应用中心的研究项目，是一个 在交互分布环境下研究大气流体的软件，可以通过多个相联系的模型来 研究暴风雨。 1 3 课题研究的目的及意义 互联网的普遍应用，为现代工程地质图形的发布提供了一种崭新的 可能，就是把采集到的数据，通过网络实时发布出去，使用户无论在任何 地方，只需使用标准的浏览器就能够查看现场的图形信息，根据权限进行 图形编辑。传统的图形处理系统都是典型的桌面应用系统，它在一个相 对封闭的环境中运行用户的业务逻辑和数据模型，在这个环境中，他们 彼此了解，可以相互访问，而此环境之外的东西，对他们来说是未知的。 在这种封闭的环境，对于一些特殊行业( 如工程勘察) 限制了用户必须 在勘察外业基本结束，试验数据已经获得的情况下才能开始数据的处理 进程。限制了数据的成果共享，同一地域，不同工程的数据成果不能方 便的共享，用户在外业进程中，不能及时的了解数据处理的结果，以便 由此结果来进一步调整工程方案，因此可能造成人力物力的浪费。这种 封闭的环境，不利于交流，用户对软件的意见和反馈不能及时反馈给公 司，使得用户的反馈来源复杂化，对系统维护带来不利的影响。 本次课题目的：在分析国内外图形处理现状的基础上，研究基于w e b 矢量图形处理技术的关键技术，提出适合于w e b 的工程勘察系统的相应 解决方案，并将研究成果应用实践，设计开发一个实用的应用系统。 1 4 课题内容 1 ) 研究图形交互技术的现状和不足，分析和论述了利用s v g 矢量图形 格式及a j a x 异步交互技术，实现基于网络的图形交互系统的可行性和 重要性。 2 ) 研究分析s v g 文档基本形状，交互事件定义的方法。研究空间数据 的特点，采用空间实体模型的方法组织空间数据，设计基于s v g 格式的 第1 章绪论 图元数据库，采用分组输出方法输出到图元数据库。 3 ) 研究分析基于网络的图形交互系统的特点、体系结构、开发过程，分 析对比目前实现图形交互方法的优劣，提出了一种基于s v g 及a j a x 无 刷新页面技术的图形交互方法。 4 ) 研究基于w e b 矢量图形处理技术中的关键技术，提出基于s v g 和 a j a x 技术的图形交互系统的相应解决方案。 5 ) 在完成前面的研究和设计工作基础上，在原有的桌面程序基础上进一 步开发基于网络的岩土工程勘察软件系统，实现s v g 图形浏览及交互功 能。 1 5 本文的结构 本文以参与开发的基于w e b 地质勘查图形系统为依托，讨论了在系 统开发期间遇到的问题及其解决方案，并与同类的解决方案作了分析比 较。论文共分六个部分：在绪论中对基于网络的矢量图形和基于网络的 图形交互系统的基本概念和国内外研究现状作了综述，并给出了课题背 景和主要研究的内容；第二章可伸缩向量图形简介中，介绍了矢量图形 格式s v g 的基本概念、特点及基本的语法；第三章基于w e b 的图形交 互系统中，讨论了图形交互系统的内涵、特点、系统的结构、开发过程 和实现方法，着重讨论交互系统的实现方法；第四章关键问题研究中， 讨论了交互设计中的有关要素，包括空间数据的组织、图元数据库设计、 体系结构、数据库操作、交互设计、协同设计等方面。对上诉问题进行 研究分析，并给出了解决问题的思路或方案；第五章系统建模与实现中， 介绍了基于w e b 地质勘查图形系统的实现过程，包括系统的需求分析、 体系结构设计、具体类的实现过程等，主要针对第三章设计的模型及第 四章关键问题的解决给予了实现和验证；在总结部分主要总结了本次毕 业设计的研究成果，给出可以进一步考虑的问题和解决方案。 第2 章可伸缩向量图形简介 2 1s v g 介绍： 第2 章可伸缩向量图形简介 s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 1 0 l i l l 作为新一代的计算机图形、动画 技术，使用纯文本格式描述图像，是专门为网络设计的矢量格式，它具 有许多适用于网络图形应用的特点，非常适于二维矢量图形的网上发布。 s v g 标准采用了一种经济实用，简单高效，具备良好的扩展能力等特质 来制定。s v g 中的第一个字母s ( s c a l a b l e ) 代表着图形具有可缩放性， 也代表该文档具有可扩展性，后者正是s v g 图形格式的精髓所在。利用 这种格式创建的网络图形表现丰富、细致，同时载入迅速较快，还可以 在网络浏览器、手持设备上显示出来。使用简单的文本命令，s v g 图像 还能够做出常见的图像效果来，这使得我们可以将s v g 的应用拓展到更 加广阔的领域。 基于s v g 的图形处理系统【1 2 1 的优点如下： 矢量图形s v g 能够大大减少描述图形文件的数据，提高了网络传输效 率。在客户端可以直接浏览s v g 图形，充分利用客户端的资源，大大减 轻服务器端的负担。 由于s v g 基于x m l 标准，可以支持多种平台，具有很好的兼容性，具有 跨平台的优点。 s v g 格式适合具有较强的图形编辑系统，可以在浏览器端实现服务器端 的部分功能，如输出高质量的图形图像、在线进行图形编辑等操作。 对空间数据对象描述时，图形数据和属性数据可以同时进行，实现了 图形数据和属性数据的一体化管理。 易于实现图形的交互功能。s v g 是基于x m l 标准的，能够利用设计 完善的d o m 接口，可以结合各种编程语言和脚本动态地改变、存储和上 传文件，s v g 中包含有大量的事件句柄，如洲o u s e o v e r 、o n c l i c k ，可 以作为属性指派给任何个s v g 对象。 武汉工程大学硕士学位论文 2 2s v g 基本形状与文档 2 2 1s v g 基本形状 s v g 综合矢量图形和文本的优点，定义了6 种基本的形状【1 3 】，这些 基本形状和路径可以随意组合成各种图像。每个基本形状都包含有位置 和大小等属性信息，利用f i l l 和s p o k e 属性能够确定这些图形的颜色和轮 廓，这些基本形状包括【1 4 】： 圆( c i r c l e ) ：显示一个指定圆心，指定半径的圆。 椭圆( e l l i p s e ) ：显示一个指定中心，指定的长轴和短轴为半径的椭 圆。 矩形( r e c t ) ：显示一个指定左上角，指定高度和宽度的矩形。 线( 1 i n e ) ：显示两个坐标间的直线。 折线( p o l y l i n e ) ：显示指定顶点的一折线。 多边形( p o l y g o n ) ：类似折线，但增加了从最后点到第一个点的连线， 能够创建了一个闭合形状。 2 2 2 基本s v g 文档 s v g 文档是基于x m l 标准的文档，s v g 文档有以下规定【1 5 】： ，1 ) 每一个标记都有开始和结束标记，或注明该标记为空标记，空标 记用反斜杠结束，如 。 2 ) 文档中必须有一个根节点。类似于h t m l ，如一个 根节点包含了页面中的所有内容，在s v g 文档中 标签 则包含了s v g 文档的所有内容。 3 ) 文档的声明应该以x m l 声明开始： ， 文档还应包含一个d o c t y p e 声明，该声明指向一个允许元素的 列表。 4 ) 标记嵌套要正确，即标记都要成对出现。如果一个标记在另个 标记的里面，他的结束标记应该包含在那个标记中，这样才能形成 正确嵌套。如 w o r d 是正确格式，但 第2 章可伸缩向量图形简介 w o r d 的嵌套是不对的。 2 2 3 交互事件的定义 与h t m l 页面中设置事件一样，s v g 文档可以捕获某些事件( 如点 击鼠标事件) ，并用它们来启动脚本。交互事件的定义在s v g 中是作为 元素属性出现的，属性值是已经定义好的子程序或者函数，在构建s v g 图像时，可以通过设置属性捕获某些事件。最常用的是事件如：o n u n l o a d 、 o n m o u s e d o w n ，o n l o a d ，o n m o u s e o v e r ，o n c l i c k ，o n a c t i v a t e ，o n m o u s e m o v e ， o n m o u s e u p 、o n m o u s e o u t 等。当这些事件被触发时，就可以将该事件对象 提供给相应的j a v a s c r i p t 函数，脚本会确定是哪个对象触发了该事件( 也 就是点击了哪个对象) ，然后脚本来操纵设置这个对象的属性。例：在一 椭圆图元中定义了o n c l i c k 事件。 一 2 3 本章小结 为了更好的讨论基于网络的图形交互相关技术，本章将适于网络传输 的矢量图形格式s v g 作为背景知识，介绍了s v g 格式的基本特点、基 本形状、交互定义等概念，为下一步基于s v g 格式的图元数据库设计及 图形交互系统的研究作了准备。 第3 章基于w e b 的图形交互系统 第3 章基于w e b 的图形交互系统 3 1 基于w e b 图形交互的内涵和特性 最早的计算机图形语言是以机器语言为主的，主要采用被动方式绘 图，通常使用绘图机来输出图形，对于图形的输出用户无法干预修改， 即整个过程无法实现人机交互操作。直到6 0 年代的初期，i v a n s u t h e r l a n d 博士c a d 的创始人之一，发表一篇博士论文：“s k e t c h p a d ：一个人机通讯 的图形系统”1 1 6 ，从此开创了交互绘图新的领域，实践证明了交互式计 算机绘图是一个可行的研究领域，确立了计算机绘图是一个全新的科学 分支的地位。基于网络的图形交互系统结合了w e b 技术、g i s 技术和数 据库技术，以新的交互模式和数据共享机制来实现，支持c s 模式，可 以与其他应用软件集成，利用j a v a 、n e t 等技术跨平台地协作运行。交 互图形系统主要体现了人和计算机之间的双向通信的过程，能够将图形 按不同比例不同视角显示给用户，能够实现图形的实时编辑、放大、缩 小、查询等交互操作。 主要具备的特性如下： 1 ) 层次化、模块化的结构设计。 2 ) 处理速度快。处理速度是程序设计的一个重要的目标，可以采用各 种压缩技术来显示图形，能够有效的减轻服务器端的负担，对于客 户端的修改能够快速的实现图形的刷新。 3 ) 人性化设计。 4 ) 通用性强。能适应尽可能多的应用要求，通用简便，尽可能使软件 的使用范围广。 3 。2 。基于w e b 图形交互系统的结构 图形交互修改的内容丰富，一般分为单向和双向修改1 刀。单向修改指 在客户端修改图形，并不要求将图形返回成数据，对于这种修改不涉及 到向服务器端回传数据相对简单，只需要借助相应技术在客户端即可完 武汉工程大学硕士学位论文 成修改。双向修改最终需将图形修改的数据变化返回给服务器端，修改 后得到的数据将作为下一道计算程序的数据来源。因此双向修改涉及到 数图之间双向转换，这是一种复杂的处理过程，需要对工程对象建立一 个模式，即数据结构。数据结构用来描述将真实和抽象物体，存贮图形 的全部有关的信息，包括了定义物体各部分形状的几何数据和属性数据。 属性数据如线型、色彩、图案和位置数据。基于w e b 的图形数据管理机 制有三种方法：将图形以文件的形式进行存储，属性数据另存入到关 系型数据库中；统一管理属性数据和图形数据；引入面向对象技术， 使对象与底层的表示分离，实现数据的一体化管理。应用程序可以从数 据结构中实现数据的检索，将图形命令送至图形系统中进行显示，编辑 修改后存储到数据结构数据库中。在屏幕上显示出来的一个点、一条线， 就仅仅是个图形元素，对图形屏幕上的图形元素作修改，就能自然地修 改设计定义好的数据结构中的数据，从而修改数据文件中的相关数据。 基于w e b 的图形交互系统可以分为三个部分：网络数据库、应用程序、 图形系统，如图3 1 所