（计算机应用技术专业论文）基于svg标准的矿图处理的研究.pdf

at h e s i si nc o m p u t e ra p p h c a t i o n7 r e c h n o l o g y m l l f f i l | | i | i | | | f | | 1 1 1 01 l i i l 川 y 18 4 1 4 2 5 r e s e a r c ho fm i n em a p s p r o c e s s i n gb a s e d o ns v gs t a n d a r d b yq iz h e l l ) 【i n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rq ur o n g x i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i 够 j u n e2 0 0 9 mi， l i j _】， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年b 一年半口两年口 学位论文作者签名：私罢 签字日期：力够7 7 导师签名：曲索锨 签字日期：泗c 7 71 襁 名9 括一砷舯 作 ： 互又 姗 飙 般 论 用 囊i | 、 拥 靴 日 舭 j 东北大学硕士学位论文摘要 基于s v g 标准的矿图处理的研究 摘要 煤炭业作为国民经济的支柱产业，安全生产和保障矿工的生命安全是一个永恒的主 题，井下员工的具体位置与分布情况等重要数据不能及时传到井上监控中心，是矿难事 故频发而营救效率十分低下的症结所在。基于这一现状，国内有多家公司专门从事只针 对煤矿的安全监测系统开发，但推向市场的这些监控系统均使用栅格图形作为矿图导入 格式，无法满足矿图的无极缩放、要素查询、实时修改等实际需求。 针对如今煤矿安全监控系统对井下地理信息处理能力较低的现状，本文设计了一种 基于s v g 技术的矿图处理模块，本模块基于s v g 规范，采用了x m l 、j a v a s c r i p t 、s v g 的d o m 解析等多项矢量图w 曲开发技术，囊括了矿图w 曲显示、查询、编辑以及矿 图w 曲发布等实际应用中急需引入的矿图处理功能。矿图处理模块可集成于安全监测、 煤矿紧急救援、井下人员定位等多个矿井安全监测系统中，为其提供可靠的地理信息资 源。本系统避短扬长，摒弃了传统监控系统中使用栅格图形作为矿图格式所存在的不足， 引入矢量图形格式显示和处理矿图，使得矿图的显示和处理较传统方式更为准确、可靠、 实用和高效。 另外，本文在矿图远程显示中引入“l o d ”分层显示思想，减少矿图要素的绘制数 目，即减少了实际传输和渲染的矿图信息量；提出使用“相关区域 检索算法，以牺 牲空间作为代价，采用动态数组为每一类矿图要素建立索引，减少了矿图的绘制时间， 进一步提高了矿图的显示效率；通过分析矢量矿图传输编码，提出了对l z w 算法的改 进，使得矿图在网络传输中数据量更小。 论文所做的研究工作以实际应用价值作为评判标准，为集成于煤矿安全监测系统中 的矿图显示与处理应用开发提供了新的参考。 关键词：s v g ；矿图处理；安全监测；矢量图形；l o d 一一 ， j 、 - i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho fm i n em a p sp r o c e s s i n gb a s e do ns v gs t a n d a r d a bs t r a c t c o a li n d u s t r ya sap i l l a ri n d u s t 巧o fn a t i o n a le c o n o m y ，s e c u r i t yo fp r o d u c t i o na l l d p r o t e c t i o no ft h el i v e sa i l ds a f e t yo fm i n e r si s a i le t e n l a lt h e m e ，t h ed i s t r i b u t i o na 1 1 dt h e s p e c i f i c1 0 c a t i o no fu n d e 瑁r o u n ds t a f fa n do t h e ri m p o n a n td a t ac a i l n o tb er e a c h e di nt i m e 1 1 1 0 u ec o n 仃o lc e n t t h a ti sm ec a u s e so fm i n ea c c i d e l l t sa n dav e r yl o we m c i e n c yo ft h e r e s c u e b a s e do n “ss t a t u sq u o ，t h e r ea r ean u m b e ro fc o m p a i l i e ss p e c i a l i z i n gi no n l ym e s a f - e t ym o n i t o r i n gs y s t 锄f o rc o a l m i n ed e v e l o p m e n t ，b u tt om a r k e tt h eu s eo ft h e s e m o n i t o r i n gs y s t 锄sa r er a s t e r 黟印h i c si n t ot h ef o m a t a sm i n ep l a n s ，m i n ep l a j l sc a nn o tm e e t t h en o n p o l a rs c a l i n g ，e l e m e n t so fi n q u i r y ，s u c ha st l l ea c t u a ln e e d so fr e a l - t i m em o d i f i c a t i o n s f o rt l l el o w e rp o w e ro fc o a lm i n es a f - e t ) ，m o n i t o r i n gs y s t e mi nu n d e r g r o u n d g e o 黟印h i c i n f o n i l a t i o nc 0 1 l e c t i o na n dp r o c e s s i n g ，t h ep a p e rd e s i 印o fam i n em a p s p r o c e s s i n gs y s t 锄sb a s e do ns v gt e c l u l o l o g y s y s t e mi sb a s e do nt h es v gs p e c i f i c a t i o n ，u s i n gv e c t o rw 曲d e v e l o p m e n tt e c h n o l o 百e s s u c ha sx m l ，j a v a s 嘶p t ，t t l ed o m a n a l y s i so fs v gi n c l u d i n gw 曲d i s p l a y ，q u e e d i t i n g a 1 1 df o m l a tc o n v e r s i o n ，w h i c hi st h eu r g e n tn e e dt oi n t r o d u c em i n i n gm a pp r o c e s s i n g m n c t i o ni np r a c t i c e m i n em a p sp r o c e s s i n gs y s t e mc a l lb ei n t e 铲a t e di n t oam l m b e ro fm i n e s a f - e t ym o l l i t o r i n gs y s t e m ，s u c _ ha ss e 吼m t ym o m t o r i n g ，e m e r g e n c ym i n er e s c u e ，m i n el o c a t i o n ， t op r o v i d er e l i a b l eg e o 伊a p l l i c a li n f - o n n a t i o nr e s o u r c e s n l es y s t e ma v o i d ss 0 1 i da n dd w e l l so n v o i d ，g e tr i do ft h ei n a d e q u a t eo fu s i n g 鲥d 莎a p l l i c s a sm i n em a p sf 0 肌a ti nm e 仃a d i t i o n a l m o n i t o r i n gs y s t e m ，t h ei i 岫d u c t i o no fv e c t o r 伊a p h i c sf o m l a tt od i s p l a ya n dp r o c e s sm i n e m a p s ，m a d et l l ed i s p l a y i n ga i l dp r o c e s s i n go fm i n em 印sm o r ea c c u r a t e ，r e l i a b l e ，p r a c t i c a la 1 1 d e 衢c i e n t 1 1 1 a d d i t i o n ，t 1 1 i sp a p e ri n t r o d u c et h em o u g h to f ”l o d ”l l i e r a r c h i c a ld i s p l a yi n m e l o n g - r a i l g ed i s p l a y i n go fm i n em a p s ，t or e d u c et l l e m l m b e r so fd r a w i n gt h em i n e r a le l e m e n t s ， t h a ti sar e d u c t i o no ft h em i n em a pi n f o m a t i o no ft h ea c t i l a l 胁l s m i s s i o na i l dr e l l d 砸n g t h i sp a p e ri n t r o d u c et h eu s eo f ”r e l e v a n ta r e a ”s e a r c ha l g o r i t l l l n ，w h i c hi n c r e a s e sm ec o s to f s p a c e ，c r e a t si n d e xf o re a c he l 锄e n t so f m i n em 叩su s i n gd y n 锄i ca 玎a y s ，r e d u c e st h et i m ef o r m i n em 印p i n gs i 印m c a n t l y ，a 1 1 di m p m v et h ee 衔c i e l l c yo fm i n em a ps h o w s 缸恤b y a n a l ) r z i n gt h et r a n s m i s s i o nv e c t o re i l c o d i n go fm i n em a p ，p r o p o s e di m p r o v 锄e 1 1 t st 0 l el z w a l g o t h m ，m a k i n gm i l l i n gm 叩si i lt l l en e t w o r kd a t a t r a n s n ：1 i s s i o nr a t ei s 如n h 既 一i i i j 一 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h e s i sr e s e a r c hw o r kd o n ei nt h ep r a c t i c a l 印p l i c a t i o no fv a l u e sa sm ec r i t e r i af o r i n t e 伊a t i o ni nt h ec o a lm i n es a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e mt od e a lw i t hm i n es h o w st h e 印p l i c a t i o n d e v e l o p m e n ta n dp r o v l d e san e wr e t e r e n c e 一- k e yw o r d s ：s v g ；m i n em 印sp r o c e s s i n g ；s a f i 乱ym o n i t o r i n g ；v e c t o rg r a p l l i c s ；l o d 一一 东北大学硕士学位论文目录 口三互 目永 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i ，第l 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 课题的研究内容及研究意义3 1 2 1 研究内容3 1 2 2 研究意义3 1 3 国内外研究现状4 1 4 本文章节安排5 第2 章s v g 技术介绍7 2 1s v g 的特征7 2 2s v g 图形的绘制l o 2 3 栅格图形与矢量图形的分析与对比1 4 2 3 1 栅格图形数据结构1 4 2 3 2 矢量图形数据结构1 5 2 3 3 栅格图形与矢量图形结构对比1 5 2 4 采用s v g 文本描述矿图的可行性15 2 5s v g 对矿图处理的意义1 6 2 6 本章小结1 7 第3 章矿图文件格式转换规则设计1 9 3 1 矿图结构1 9 3 1 1 矿图的分类1 9 3 1 2 传统矿图文件格式1 9 3 2d ) ( f 文件格式剖析2 0 3 3s v g 文件的结构分析。2 1 一v 一 3 4d x f 文件转换为s v g 文件2 3 3 4 1d x f 与s v g 数据组织结构对比分析2 3 3 4 2 数据组织结构转换方案2 3 3 5 本章小结2 5 第4 章矿图w e b 编辑模块设计2 7 4 1s v g 的d o m 解析2 7 4 2 j a v a s 嘶p t 工具2 8 4 3 矿图编辑模块功能分析3 0 4 3 1 矿图浏览3 0 东北大学硕士学位论丈 目录 5 1 矿图图层的显示控制4 3 5 2 图形要素的加亮显示4 4 5 3 矿图坐标显示4 5 5 4 矿图的缩放和漫游4 6 5 5 本章小结4 7 第6 章s v g 矿图的传输压缩与显示优化4 9 6 1s v g 矿图的显示优化4 9 6 1 1 矿图要素的“l o d ”分层4 9 6 1 2 “相关区域 检索法5 0 6 1 3 显示效率分析5 3 6 2s v g 矿图文件的传输压缩5 4 6 2 1 矢量矿图的压缩原理5 4 6 2 2 矢量矿图的压缩策略5 5 6 2 3l z w 算法5 6 6 2 4l z w 算法存在的不足5 8 6 2 5 对l z w 算法的改进5 9 6 - 3 本章小结6 2 第7 章总结与展望6 3 7 1 论文工作总结6 3 7 2 展望6 3 参考文献：。6 5 致谢6 7 一v i i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 煤炭资源作为我国国民经济发展的支柱，是维持我国经济持续高速发展的重要保 障，煤炭资源的开采即采矿业一直以来都是我国重要的基础产业。随着我国国民经济的 快速发展，近两年煤炭产量激增，由于我国煤炭工业技术基础十分薄弱，煤炭开采以井 工为主，煤层条件复杂、高瓦斯、煤层多，致使煤矿生产中安全问题复杂化，而且，随 着采掘深度的加大，高产高效矿井的发展，煤矿又面临着许多新的安全技术问题。安全 问题是长期困扰我国煤矿生产的主要难题，是制约我国煤矿生产的主要障碍。近年，我 国平均每7 4 天发生一起特大煤矿事故，远远高出世界平均水平，我国采煤效率仅为美 国的2 2 ，南非的8 1 。同时，我国煤矿事故死亡人数是世界主要产煤国煤矿死亡总 人数的4 倍以上，百万吨死亡率是美国的1 6 0 倍，是发展中国家印度的l o 倍【l 】。造成矿 难的原因是复杂和多方面的，有历史的深层次原因，也受当前煤炭供求关系的影响。几 乎所有的矿难都是多个漏洞的叠加，理性分析，其中最主要的一项就是技术落后，在实 现效益递增的同时，没有对生产技术的更新换代进行投入。我国长期以来以煤炭作为主 要能源，很多煤矿己经过度开采，这类煤矿最容易发生塌方，再加上我国大部分煤矿所 采用的多是老技术，不符合现代化技术标准，发生意外的机会自然更多。 从世界发达国家实现安全生产事故低发的成功经验看，专业化的技术支撑机构在控 制重大灾害中发挥了至关重要的作用。美国、英国、日本、法国、俄罗斯、德国等均设 有国家级的技术支撑机构。例如，美国的矿山安全与健康监察局( m s h a ) 下设有匹兹堡 安全与健康技术中心、国家职业安全i 健康研究院和认证中心等科技支撑机构。同时， 新技术的推广和采用能大幅度降低煤矿安全事故，这己被美国煤矿业近3 0 年来的实践 所证明。美国矿业协会认为，新技术在安全方面的贡献主要有几个方面：第一，信息化 技术的广泛采用，增强了煤矿开采的计划性和对安全隐患的预见性，计算机模拟和虚拟 现实等新技术，可以大幅度减少煤矿挖掘中的意外险情，也可以帮助制定救险预案；二 是机械化和自动化采掘，提高了工作效率，减少了下井人员数量，也就减少了容易遇险 的人群，实际上美国煤矿工人的总数已经下降到不足十万，他们中绝大多数也是操作设 备的技术工人；三是推广安全性较高的长墙法，取代传统形式的坑道采掘；四是推广新 型通风设备、坑道加固材料、电器设备等，从而提高了安全指标，而政府主要是通过技 一】一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 术认证这一方式来批准煤矿专用设备在煤矿生产中的使用。 国外研制矿井计算机监控系统始于2 0 世纪6 0 年代，我国则始于2 0 世纪8 0 年代后 期，起步较晚。因为计算机必须发展到微型化，以及价格能够承受的阶段，才会使得该 产品在工业生产中得到应用。 为了加快实现煤炭工业现代化管理的步伐，我国先后从美国、英国、德国、法国、 加拿大引进了数十套监控系统，如美国的s c a d a 系统、英国的m i n o s 系统、德国的 t f 2 0 0 系统、法国的c t t 6 3 4 0 舢系统、加拿大森透里昂系统【2 1 。这些系统在我国煤炭 行业中发挥了作用，也为我国研制矿用监控系统提供了很好的借鉴。上述系统均是综合 型监测系统，但侧重于安全参数的检测和控制。同时，这些系统还存在如下的问题： ( 1 ) 性能价格比过低，即系统价格过高，难以承受。 ( 2 ) 监测机的系统软件在文档处理上有些不符合中国国情。 ( 3 ) 井下工作站体积、重量比较大。 ( 4 ) 技术服务上有缺憾。 ( 5 ) 有些系统的技术并非一流。 自从我国引入上述系统后，相继出现了仿制国外的系统如4 系统等，以及我国自 主研发的系统，如u 2 、2 2 、焦作工学院研制的9 3 矿井安全生产监控系统等，这 些系统主要也是侧重于安全参数的检测。 将计算机用于矿井安全生产监测是一门新兴的学科，除涉及到计算机技术外，还涉 及到传感器、光电、电视、光纤通讯等技术 3 1 ，因此，它是一门综合性的学科。到目前 为止，随着科学技术的不断进步，它还在不断地完善。计算机矿井安全生产监测系统在 矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥着重大的作用，而高性能的计算机矿井监 测系统的应用前景尤为广阔。 如今，各类型矿井安全生产监控系统可谓是多种多样，但各自都有其侧重点，如人 员定位系统侧重监测下井人员安全信息、瓦斯监控系统侧重监测井下环境安全指标等， 新型的煤矿安全监控系统囊括了多项安全监测内容。这些系统通过长久的发展和完善， 功能不断的被开发人员完备，但一直以来，煤矿安全监控系统仅仅侧重于井下安全信息 采集以及遇险报警和为煤矿救援提供信息依据，井下地理信息常常被开发人员所忽略或 轻视其重要地位，直到现在，绝大多数的井下监控系统都采用栅格图形提供井下地理信 息，仅仅能够实现井下地理信息可视化，对井下地理信息的操作控制以及信息采集和变 一2 一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 更等要求，均无法满足【4 - 5 】。 1 2 课题的研究内容及研究意义 针对如今煤矿安全监控系统对井下地理信息采集和控制能力较低的现状，本文设计 了基于s v g 技术的矿图处理系统，并引入“l o d 图形分层显示的思想和“相关区域” 划分对矿图w e b 显示进行优化，使矿井安全监控能力得到大幅提升。本文内容包括地 理信息数据的格式设计与提取、矿图信息处理系统的设计实现、矿图显示效率优化等三 个主体部分。 1 2 1 研究内容 首先，井下地理信息数据主要来源于矿井开采设计图，工程人员大都采用a u t o c a d 作为矿图设计工具，必须通过分析和挖掘矿井开采设计图来获取井下地图、地理、地貌 等信息数据。本文设计了经过提取后的地图信息数据库存储方式以及完成了读出地图信 息存入x m l 文档后的数据格式转换工作；其次，在监控系统实际应用中，井下地理信 息是随开采进行到不同阶段不断发生变化的，如采区前移后，监控设备的位置随之要进 行移动，这就要求监控系统不仅能够具备井下地理信息的显示，还要具备实时修改的能 力，本文设计并实现了矿图w 曲端编辑系统，井上监控机可通过w 曲端随时修改井下 地理信息，保持生产与监控同步。再次，由于矿井大小各异，井下地理信息数据量也有 大有小，针对大数据量远程传输与显示效率较低的问题，本文引入了分层有选择显示和 划分“相关区域”的优化思想，使得大数据量地理信息的远程显示更加高效。 1 2 2 研究意义 对于矿井安全监测系统而言，本文为这些不同系统提出了一种新的井下地理信息处 理手段，首次实现了能够支持井下地理信息可视化查询和实时修改的基于s v g 技术的 矿图信息处理系统，同时为远程监控系统传输数据和显示数据引入优化算法，进一步提 高了传输效率，使监控更加快捷高效。 本文设计的矿图信息处理系统可集成于安全监测、煤矿紧急救援、井下人员定位等 多个系统中，提供必要的地理信息资源。针对煤矿设计图，本系统的再处理功能具备如 下优势： ( 1 ) 矿图以s v g 格式存储、传输和处理，数据量相对传统集成于监控系统中的矿 图信息小了很多，更有利于煤矿安全监测中的远程操控。 一3 一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 ( 2 ) 矿图操作在w 曲页中完成，对监控终端系统要求低且简单易操作，结合矿区 信息化产业较落后，缺乏信息化人才及设备资源等因素，低的系统要求是有必要的。 ( 3 ) 图元对象更加专业化：传统矢量图形处理技术经过多年来发展已较成熟，但 针对具体应用时进行的二次开发需要特定用户自己完成，本系统正是针对煤矿矿图信息 处理而开发的，其中既包括对二维基本矢量图形如直线、圆、矩形等的绘制和处理，又 包括针对煤矿特有的巷道、采掘面等特意设计的煤矿专业图元。是对矢量图操作技术纵 深方向的一个延伸和开拓。 ( 4 ) 在实际应用中为煤矿安全监测平台提供可靠的井下地理信息，井下各项指标 监测最基本的要求便是需要提供完整和正确并具有各项应用针对性的井下地理信息，这 一信息我们通过对矿图的有针对性的处理来体现，本系统正是为实现这一职能而专门开 发的。 ( 5 ) 本课题引入了“l o d ”矢量图形分层显示与“相关区域”划分的思想，将矢 量图的远程显示效率和远程操作效率提高到一个新的台阶。 ( 6 ) 提高了矿井图显示精度，s v g 技术经过长足发展已取得了其应有的地位，这 要归因于它自身便是为矢量图形w 曲显示量身打造的国际标准。传统w 曲显示图形格 式多样，但主流格式只有j p e g 、b m p 等几种格式，这些格式的共同点便是同属栅格图 像家族，虽然相对而言它们数据量较小且实现简单，但一个致命性的缺点是客户端图像 不能无限放大或缩小，否则将导致图像失真。针对煤矿安全监测这种精细应用，传统的 使用栅格图代替矢量图的方法显然是不可取的。本系统图形采用s v g 标准显示和操作， 根本上提升了矿图处理精准性，为煤矿安全监测平台提供了可靠的地理信息支撑。 1 3 国内外研究现状 在煤矿安全中引入计算机信息化手段来控制和监测生产，这在国内还属于较新的事 物，不过在中央和地方政府的督导下，信息化技术在煤矿安全中已越来越普及，数字化 监测平台已经能够基本覆盖国内正规的大中小型煤矿。国内有多家公司专门从事只针对 煤矿的安全监测系统开发，产品侧重不同各具优势。在使用矢量图描绘矿图方面也有多 家在研究，但没有类似产品推向市场【6 】o 矢量图的w 曲显示却不属于新生事物，在w 曲发展之初便有矢量图和栅格图形并 存于网络中，但经过一段时间的发展，栅格图形占据了主导地位，主要因为矢量图形较 栅格图形更为复杂，用复杂换取精准性，但网络普通图形对精准性要求并不是很高，因 一4 一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 此选用栅格图形作为w 曲图形主流是出于显示速度等效率方面考虑。但矢量图的发展 从未停步，应用也在逐步增加，下面介绍几种较为流行的矢量图形处理软件【7 1 。 ( 1 ) 1 1 1 u s t r a t o r i l l u s t r a t o r 是由美国a d o b e 公司推出的专业矢量绘图工具，是一个基于矢量图形的 大型绘图软件，平面设计师和网页设计师可以利用它快速、方便的制作出各种形态逼真、 颜色丰富的图形，并可以进行文字排版和图表处理。作为全球最著名的图形软件， i l l u s t r a t o r 以其强大的功能和体贴用户的界面已经占据了全球矢量编辑软件中的大部分 份额。具不完全统计全球有6 7 的设计师在使用i l l u s t r a t o r 进行艺术设计，尤其基于 a d o b e 公司专利的p o s t s 碰p t 技术的运用，i l l u s t r a t o r 已经完全占领专业的印刷出版领域。 另外值得一提的是，经过多年的发展，i l l u s t r a t o r 历经多个版本，当前最新版本为a d o b e i l l u s t r a t o rc s 2 ，但在功能不断丰富的同时，其软件使用复杂度也在同步上升，软件本身 体积越来越庞大，另一种角度来讲也造成了使用上的某些不便。 ( 2 ) c o r e ld r a w c o r e ld r a 、vg r a p h i c ss u i t e 是一款由加拿大的c o r e l 公司开发的平面设计软 件，它支持多个应用程序及整合服务，其中包括c o r e ld 黜州。 为便于设计需要，c o r e ld r a w 提供了一整套的图形精确定位和变形控制方 案。c o r e ld r a w 的实色填充提供了各种模式的调色方案以及专色的应用、渐变、 图纹、材质、网格的填充，颜色变化与操作方式更是别的软件都不能及的。而c o r e l d r a w 的颜色管理方案让显示、打印和印刷达到颜色的一致。c o r e ld r a w 的文字 处理与图像的输出输入构成了排版功能。文字处理是迄今所有软件最为优秀的。 其支持了绝大部分图像格式的输入与输出。 ( 3 ) s v g d e v e l o p e r 相比上述两种矢量图形处理软件，s v g d e v e l o p e r 的知名度要低了许多，它是唯一 一款有国内自主研发的矢量图形处理软件。 1 4 本文章节安排 论文共分为七部分。第1 章为绪论，介绍了课题的研究背景、研究意义和研究内容， 分析了系统研发具备的实用性价值；其次介绍了国内外矢量图形w 曲显示及编辑技术 的发展现状；本章最后介绍了论文的章节安排。 第2 章为s v g 技术介绍，通过从s v g 的发展历程、s v g 所具备的特征、s v g 图 一5 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 形的绘制等不同角度对s v g 技术做了详细的阐述；分析和对比了栅格图形与矢量图形 数据组织形式，总结出两种图形格式各自具备的优势，同时分析了采用s v g 文本描述 矿图信息的可行性，总结出采用这种格式处理和显示矿图具备的优势；本章最后介绍了 s v g 技术对矿图信息处理系统的重要意义。 第3 章为矿图文件格式转换规则设计，通过剖析d x f 和s v g 两种格式下数据的组 织形式，设计出了一种d x f 文件向s v g 数据组织结构转换的规则。 第4 章为矿图w 曲编辑功能模块的设计，设计了基于s v g 格式的矿图w 曲处理系 统，通过对煤矿安全监测系统中矿图处理需求的深入分析，设计了系统几个主要类结构 及类之间的关系；对矿图处理的业务流程进行了分析并设计了系统相应的业务处理流 程；在系统的实现方面，本章列举了几个主要函数的实现过程以及对在系统实现过程中 涉及到的一些细节技术进行了说明。 第5 章为基于“插件法 的s v g 矿图发布，介绍了如何使用“插件法发布s v g 矿图，并设计了该方法在实现矿图发布过程中的一些具体实现内容，包括：图层显示控 制、图形要素加亮、矿图坐标显示和矿图缩放漫游等四小节内容。 第6 章为系统引入了“l o d ”图形分层显示以及“相关区域检索的思想，对系统 w 曲图形显示性能进行优化，并分析了对矿图w 曲显示效率的影响，由于矢量矿图的 文件大小直接影响到矿图的网络传输效率，本章分析了传统压缩算法l z w 的基本原理， 并在此基础上提出了改进，有效减少了矢量矿图网络传输的数据量。 第7 章为论文总结与展望部分，对论文完成的工作进行了总结，并对此领域内下一 步研究工作进行了展望。 一6 一 东北大学硕士学位论文第2 章s v g 技术介绍 第2 章s v g 技术介绍 s v g 规范是万维网联盟( w 3 c ) 为适应i i l t e n l e tw 曲应用的飞速发展而制定的一套 基于x m l 语言的可缩放矢量图形语言描述规范。s v g 是用来描述二维矢量图形和矢量 和点阵混合图形的标记语言，其全称是可缩放矢量图形( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 。其 中，“可缩放”( s c a l a b l e ) 一词在图形图像技术上指的是它不局限于固定的分辨率和大小， 譬如可在不同分辨率的屏幕上以相同的大小显示，也可以在同一个网页中以不同的大 小，或观全局，或观细节；而在网络技术上，则指的是这一规范能够与其它规范相融合， 从而能满足更广泛的用户需求，并适合于更广泛的应用方式。“矢量 ( v e c t o r ) 是指规 范中描述了直线、曲线、形状等几何图形是如何按指令绘制的，而无需像p n g ，j p e g 等图像格式那样逐象素进行描述。“图形 ( 伊a p h i c s ) 是指它提供了对矢量和栅格混合 图形的描述，因而填补了大多数基于) ( m l 的标记语言规范对复杂图形描述的空白【2 4 1 。 w 3 c 对s v g 的解释是：s v g 是一种使用l 来描述二维图形的语言。它允许三 种形式的图形对象存在：矢量图形、点阵图像和文本。各种图形对象能够组合、变换， 并且修改其样式，也能够定义成预处理对象。文本是x m l 名字空间中的有效字符，这 些字符能被作为s v g 图形的关键字保留在搜索引擎中。s v g 的功能包括嵌套变换、路 径剪裁、透明度处理、滤镜效果以及其它扩展，同时，s v g 图形支持动画和交互，也支 持完整的) ( m l 的d o m 接口。任何一种s v g 图形元素都能使用脚本来处理类似于鼠标 单击、双击以及键盘输入等事件。并且因为同w 曲标准兼容的缘故，s v g 还能够在同 一个w 曲页面里凭着继承自x m l 的名字空间等特性来完成一系列交互操作【8 捌。 根据功能不同，s v g 的主要对象可归为基本要素对象和页面描述功能对象两大类， 如图2 1 和图2 2 所示。 2 1s v g 的特征 ( 1 ) 基于x m l 标准 l 是公认的拥有无穷生命力的下一代网络标记语言，与h t m l 一样，x m l 也源 自标准通用标记语言s g m l ( s t a l l d a r dg e l l 酬i z em 砌a l pl a l l g u a g e ) ， 它拥有h t m l 语言所缺乏的巨大的伸缩性和灵活性。x m l 不再像h t m l 一样有着一成 不变的格式，它实际上是一种元标记语言，使用者可以定义无限个标记来描述文件中的 一7 一 东北大学硕士学位论文 第2 章s v g 技术介绍 任何数据元素，从而突破h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内容更丰富、更复杂、 更容易组成一个完整的信息体系【l o 】。 图2 1 基本要素对象 f i g 2 1b 嬲i ce l 锄e n t so f 也eo b j e c t f 诖i d 熹； 艇 啦钚变换 l 知 c l i p p 秘t h 始 述 g r 棚p q 豢i 功 链援 熊 c o l o r 慰 a n i m a l i o n 羧 f o 瞰 透明 娃，j ：梯式 图2 2 页面描述功能图像 f i g 2 2p a g ed c s 嘶p t i o no ft h e 缸l c t i o n a li m a g e ( 2 ) 由文本构成的图像 s v g 最奇妙之处在于它是一种文本格式的图像，也就是说，我们可以不用任何图像 处理工具，仅仅用记事本就可以生成一个s v g 图像。这对图像处理的工作者来说可能 会感到不可思议。其实仔细想想也可以理解，矢量图像一般是以算法指令来描述，而 s v g 就是采用了这样的指令方式。建立在文本基础上的s v g 图像中的所有的描述语句 都可以直接观察到，所以非常容易进行二次修改与更新，“可升级 的特点在这里可以 得到恰当的体现。 ( 3 ) 灵活的文件格式 一r 一 东北大学硕士学位论文第2 章s v g 技术介绍 s v g 可升级的特性不仅仅表现在二次修改方面，还表现在另外很多地方。在以前的 图像中，文本都作为位图而保存于图像中，因而图像形成以后不能单独对文本进行修改； 在p n g 格式中这一点有所改进，文本可作为一个独立的层存在；s v g 更灵活地扩展了 图像的文件格式，由三个部分组成：矢量图形、位图和文字。这样s v g 不仅仅可以应 用矢量图像和文字对象，同样可以纳入位图，可以制作出任何其它图像格式能达到的效 果【9 1 。 由于文件格式是文本形式的，可以很容易地在以后任何时候进行修改。而且在页面 运行的过程中，也可以对很多部分做及时的修改，其中的图形描述还可以重复使用。 ( 4 ) 支持交互性 图像和交互在以前是两个分开的概念。例如在一个网页中，按钮仅仅是一个图像， 按钮的交互部分是由网页中的s 碰p t 语句来实现。s v g 的出现突破了这个限制。它支持 s m i l ( s y i l c h r o n i z e dm u l t i m e d i a1 1 1 t e 刚i o nl a n g u a g e ) ，使得在图片内进行交互成为可能， 这是以往的图像所不能做到的。 ( 5 ) 内嵌动态字体 有过d h t m l ( 动态h t m l ) 经验的用户都知道，d h t m l 中可使用用户系统中没 有的字体，在用户浏览时，根据需要通过w 曲即时下载。这对于英文系统来说是可以 理解的，因为一种英文字体的文件大小一般在几十l 左右。而对于中文系统来说，这 种方法便不可取，因为任何种类中文字体的文件量都在2 3 m b 以上，用户不可能为了 观看几个汉字而浪费大量的时间和精力。 s v g 采用了一种科学的方法来解决动态字体的问题，它内嵌了图像中所出现的文字 的字体形状，用户不需要完全下载所有的字体文件。 ( 6 ) 矢量图形 矢量图形是近几年流行起来的图形流派，之所以说是流派，是因为矢量图形还没有 一个统一的格式标准。矢量图形包括一系列几何形体，如点、线、面等，所描绘和存储 的是线条和色块信息，这与点阵图形( 或者叫光栅图形) 那样把每一点的颜色都记录下 来的存储方式不同，所以才具有不失真缩放和体积小的优点。当然，光用线条画不出世 界，光用矢量图形也不能完全满足图形领域的需要，所以几乎所有的矢量图形格式都有 集成点阵图像的功能，这种方式能使点阵图像与矢量图形结合起来，以达到复杂的绘图 效果，s v g 在这方面也不例外【1 1 1 。 一9 一 东北大学硕士学位论文 第2 章s v g 技术介绍 值得注意的是，矢量图形描绘的只是一种中间格式的数据，无论是在网络上或是在 实际的应用中，最后这个图形都必须转换成点阵图像来处理。其转换效果的好坏直接影 响到矢量图形的使用。s v g 在这方面有着灵活的处理手段，例如，可以设置防锯齿功能 以美化效果等。这种转换的工作可以由服务器承担，也可以交给客户端去处理，当然大 多数是后者，否则，s v g 体积小的优点就没有了。 s v g 的严格定义使得图像处理人员在从点阵图像到矢量图形的移植过程中，用不着 担心会不会失真。再者，s v g 定义的滤镜功能可以在转换后重现各种复杂的特效，这一 系列优点将使矢量图形的应用越来越广泛。 2 2s v g 图形的绘制 ( 1 ) s v g 文档的结构 为了让我们对s v g 文档有一个整体的印象，因此从s v g 的文档结构开始介绍s v g 技术。一个s v g 文档由任意个包含在 标签中的s v g 片段组成，这些片段可嵌套， 可以以单独的“s v g 文件 形式存在，也可嵌入到x m l 文档中，下面是一个s v g 片 段嵌入x m l 文档中的例子【12 1 。 沁缸e 【日p 接下来的s v g 文档要稍微复