（通信与信息系统专业论文）基于dxf数据的建筑物三维建模.pdf

摘要 建筑物三维虚拟模型广泛应用于房产展示、场景模拟、游戏娱乐等众多领域中。 人工构建建筑物三维模型需要专业建模软件，同时对开发人员要求较高，工作量大， 自动化程度较低。目前自动化水平较高的方法为三维重建，即利用二维平面信息生成 三维形体。针对建筑物建模，基于建筑图纸的三维重建方法具有其独特优势。 建筑图三维重建通常分三个主要步骤：第一步是获取建筑图二维几何信息，主要 是指从建筑图纸中提取点、直线、圆弧、圆等基本几何数据；第二步是识别建筑构件， 主要是指根据图形特征从大量几何数据中识别出墙、门、窗等建筑构件；第三步是生 成建筑物整体模型，主要是指在恢复出各类建筑构件的三维形体后，将这些建筑构件 组装成一个完整的建筑物三维形体。 通过分析建筑制图设计规范与d x f 文件特点，本文实现了一个可由建筑平面图 d x f 数据自动生成建筑物立体模型的三维重建系统。对应建筑图纸三维重建的三个主 要步骤，该系统有以下三个模块组成： 1 图纸读取模块。本模块结合建筑绘图知识分析d x f 文件，获取建筑图纸中的图 层、直线、圆弧、图块等平面信息。 2 平面数据解析模块。本模块分析图纸中的平面数据，识别出其中的墙、门、窗 等建筑构件，然后将构件转换为闭合轮廓，得到图纸三维重建所需的二维平面数据。 3 三维数据导出模块。本模块对二维平面进行拉伸操作，生成建筑物三维模型， 然后将三维数据保存为w r l 文件与o s g 文件。 由该系统输出的w r l 文件和o s g 文件已用于虚拟漫游与人群模拟等应用中。测 试结果表明该系统可大幅加快建模速度，输出模型准确，能够为各种应用提供原始三 维模型。 关键词：d ；建筑平面图；建筑构件；三维重建 a b s t r a c t a b s t r a c t t h r c e m i m e n s i o n a lv i r t u a lm o d e l so fb u i l d i n g sa l ew i d e l ya p p l i e di nm a n ya r e a s ，s u c h a sh o u s i n gs h o w ，s c e n es i m u l a t i o na n dg a m ee n t e r t a i n m e n t a r t i f i c i a lc o n s t r u c t i n g t h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e lr e q u i r e s p r o f e s s i o n a l s o f t w a r ea n dr e q u i r e sh i g h l yq u a l i f i e d d e v e l o p e r s ，w i t hh e a v yw o r k l o a da n dl o w - l e v e la u t o m a t i o n a tp r e s e n t , 3 dr e c o n s t r u c t i o n w h i c hg e n e r a t e st h r e e - d i m e n s i o n a ls h a p ef r o mt w o d i m e n s i o n a lp l a n a rd a t ai si nah i g h e r a u t o m a t i o nd e g r e e f o rb u i l d i n gm o d e l i n g , t h e3 dr e c o n s t r u c t i o nm e t h o db a s e do n a r c h i t e c t u r ep l a nh a su n i q u ea d v a n t a g e u s u a l l y ，t h e r ea r et h r e em a i ns t e p si n3 dr e c o n s t r u c t i o no fa r c h i t e c t u r ep l a n f i r s t l y , t h e r e c o n s t r u c t i o nn e e d so b t a i n i n gg e o m e t r i cd a t af r o mp l a n s ，i n c l u d i n gp o i n t l i n e ，a r ca n d c i r c l ee t c s e c o n d l y , i ti d e n t i f i e sb u i l d i n gc o m p o n e n t s ，w h a tm e a n st h a tr e c o g n i z i n gw a l l ， d o o ra n dw i n d o wf r o mg e o m e t r i cd a t aa c c o r d i n gt ot h e i rg r a p h i cf e a t u r e t h i r d l y , i t a s s e m b l e st h e s eb u i l d i n gc o m p o n e n t si n t oaw h o l e3 dm o d e lo fb u i l d i n ga f t e rp r o d u c i n g t h e m b ya n a l y z i n gt h er e g u l a ro fa r c h i t e c t u r a ld r a w i n ga n dt h ef e a t u r eo fd x ff i l e ，t h i sp a p e r i m p l e m e n t sa 3 dr e c o n s t r u c t i o ns y s t e mw h i c ha u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e sb u i l d i n gm o d e lf r o m d x fd a t ao fa r c h i t e c t u r ep l a n c o r r e s p o n d i n gt ot h r e es t e p sa b o v e ，t h es y s t e mc o m p o s e do f t h r e em o d u l e sa sf o l l o w s ： 1 r e a d i n gm o d u l ef o rp l a n t h em o d u l ea n a l y z e r st h ef e a t u r eo fd x ff i l e sw i i d r a w i n gk n o w l e d g e ，a n do b t a i n sp l a n a rd a t a , s u c ha sl a y e r ，l i n e ，a r ca n db l o c ka n ds oo i l 2 p a r s i n gm o d u l e f o r p l a n a rd a t a t h e m o d u l ei d e n t i f i e r s b u i l d i n gc o m p o n e n t , i n c l u d i n gw a l l ，d o o ra n dw i n d o w ，f r o mp l a n a rd a t a , t h e nc o n v e r t st h e mi n t oc l o s e dc o n t o u r , g e t t i n gc o m p l e t ep l a n a ri n f o r m a t i o n 3 e x p o r t i n gm o d u l ef o r3 dd a t a t h em o d u l es t r e t c h e s2 dp l a n e , g e n e r a t i n g3 d m o d e l o f b u i l d i n g , t h e ns a v e s3 dd a t aa sv r m l f i l ea n do s gf i l e 广东工业大学硕士学位论文 t h ev r m lf i l e sa n do s gf i l e se x p o r t e db yt h es y s t e mh a v eb e e nu s e di n v i r t u a l w a l k t h r o u g ha n dc r o w ds i m u l a t i o n t h er e s u l to ft e s t i n gs h o wt h a tt h es y s t e ma c c e l e r a t e st h e s p e e do fm o d e l i n g ，a n dt h ee x p o r t e dm o d e l sa r ep r e c i s ee n o u g hf o rav a r i e t yo fa p p l i e s k e y w o r d s ：d x f ；a r c h i t e c t u r a lp l a n ；b u i l d i n gc o m p o n e n t ；3 dr e c o n s t r u c t i o n i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t 】 【 c o n t e n t s v i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h i st h e s i s 1 1 2d o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c hs t a t u s 3 1 3t h er e s e a r c hs c h e m eo f t h et h e s i s 4 1 4b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 5 c h a p t e r2i n s t r u c t i o no f a r c h i t e c t u r a lp l a na n dd x ff i l e 6 2 1i n t r o d u c t i o no fa r c h i t e c t u r a lp l a n 6 2 1 1t h ec o n t e n to fa r c h i t e c t u r a lp l a n 6 2 1 2t h es p e c i f i c a t i o no fc a dd r a w i n g 8 2 2d x ff i l e 9 2 2 1t h ec o n t e n ta n ds t r u c t u r eo fd x ff i l e 9 2 2 2g r o u pc o d ea n dg r o u pv a l u e 1l 2 3b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 1 8 c h a p t e r3r e a d i n gd a t af r o md x f f i l e 1 9 3 1t e x tp r o c e s s i n g 1 9 3 2d e s i g no fd a t as t r u c t u r e 21 3 3d o o rb l o c k sa nw i n d o wb l o c k s 2 4 3 3 1d o o rb l o c k s 2 4 3 3 2w i n d o wb l o c k s 2 7 3 4i n s e r te n t i t y 3 0 3 5w a l ll i n e s 31 3 6b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 3 3 c h a p t e r4a n a l y z i n gd r a w i n g d a t a 3 3 4 1a i 谢y z i i l gw a l ld a t a 。3 4 v l 广东工业大学硕士学位论文 4 2a n a l y z i n gd o o rd a t aa n dw i n d o wd a t a 3 7 4 3x m li n t e r m e d i a t ef i l e 3 8 4 4p l a ns t r e t c h i n g 4 1 4 5b r i e fs u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 4 2 c h a p t e r5e x p o r t i n g3 dd a t aa n d r e s u l ta n a l y s i s 4 3 5 1o s gf i l e 4 3 5 1 1o s g r e n d e r i n ge n g i n e 4 3 2 1 2e x p o r t i n go s gf i l e 4 3 5 2w r lf i l e 4 7 5 2 1v r m ll a n g u a g e 4 7 5 2 2e x p o r t i n gw r lf i l e 4 8 5 4r e s u l ta n a l y s i s 51 5 4b r i e fs u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 5 4 c o n c l u s i o n s 5 5 r e f e r e n c e s 5 6 p u b l i s h e d 5 9 d e c l a r a t i o n s 6 0 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 1 第一章绪论 1 1 课题背景及研究意义 第一章绪论 建筑物三维模型广泛应用于建筑设计、结构分析、房产展示、场景模拟、虚拟漫 游、古建筑修复等众多领域中。当前主要建模方法中的一种是手工建模，即使用诸如 3 d m a x 、m a y a 、u g 等三维建模软件构建建筑物三维模型。其缺点有以下两点。首先， 必须充分掌握场景数据，如场景中物体的形状、几何尺寸、相对位置等等，缺乏这些 信息就难以建模。但数据采集是一个十分繁琐的过程；其次，软件操作都十分复杂， 对复杂场景进行详细建模工作量大，费时费力，同时需要熟练的操作人员，因而提高 了制作成本。另一种方法为运用底层技术进行建筑物三维建模，主要以编程的方式进 行，开发工具包括v r m l 、o p e n g l 、d i r e c t x 3 d 、j a v a 3 d 等。其缺点在于手工书写程 序文件工作非常繁琐而复杂，算法实现工作量大，不适用于复杂模型，无法脱离开发 环境，同时对开发人员要求很高。综合起来，上述两种方法的共同缺点就是对开发人 员要求较高，同时不管是在数据采集方面还是模型生成方面自动化程度较低。 对比上述两种方法，三维重建方法的自动化程度较高。三维重建是指利用二维投 影恢复物体三维信息的数学过程和计算机技术。三维重建对三维物体建立适合计算机 表示和处理的数学模型，是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。目 前针对建筑物的三维重建主要有卫星遥剧、三维扫描【2 l 、立体视觉【3 1 和建筑图纸信息 提取等方法，其中前三种均需要专业设备，如卫星、三维扫描仪、专用摄像机等，包 括数据获取、预处理、点云拼接和特征分析等步骤，适合对建筑物的外部总体轮廓进 行建模，但对于表现建筑物内部空间往往无能为力。而基于建筑图纸的三维重建方法 不需要专业设备，还有长期以来，各设计院、建筑公司都累计了大量的建筑图纸，可 以从这些单位方便地获取所需图纸。 在多种建筑图纸类型中，建筑平面图是建筑设计中最基本也是最能反映建筑结构 的图纸，通过建筑平面图可以观察到建筑内部的各个组成对象及外部配套设施。它是 反映建筑内部功能、建筑内外空间关系、交通联系、建筑设备、室内装饰布置、空间 流线组织及建筑结构等最直观的方式。同时也是绘制建筑立面图、剖面图及三维模型 1 广东工业大学硕士学位论文 和透视图的基础【4 】。以建筑平面图为数据源生成三维模型在表现建筑内部细节、空间信 息等方面具有独特的“先天优势”【5 1 。但建筑平面图仅仅是由线条和文字等基本图元组 成的二维图形，无法直观地表达出建筑物的三维信息。为了将三维建筑模型展示给人 们，需要依照建筑领域知识，结合建筑图纸的制图规范，提取图纸中的隐含信息，解 析出建筑构件，完成建筑物三维重建与显示工作。 目前由建筑平面图得到三维模型主要有三种方法：l 、人工读懂平面图后，使用三 维绘图软件重新绘制三维模型：2 、将平面图导入到相关软件中，半自动的绘制三维模 型；3 、使用建筑图三维重建技术由平面图自动生成三维模型【6 1 。前两种方法均需要建 模人员了解建筑图纸画法，能够看懂建筑图纸，并且后期建模过程中软件操作复杂， 需要耗费相当数量的人力和时间。低效的人工读图和建模过程成为了许多工作的瓶颈。 第三种方法则完全不需要人工去读图，而是由系统自动去完成读图、识别和解析等工 作，最后导出三维模型，这将会大大减少建模所需的时间与人力。 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司出品的计算机辅助设计软件，广泛应用于建筑图、 机械图等工程图纸绘制中，现已经成为国际上最为流行的绘图工具。其专有文件格式 d w g 已成为二维工程图纸事实上的标准格式。d w g 文件是二进制格式，具有结构紧 凑，数据量小等特点，但其数据结构属于a u t o d e s k 公司的商业秘密，至今尚未公开。 为了与其它软件之间进行c a d 数据交换，a u t o d e s k 公司设计了另外一种数据格式 d x f ( d r a w i n ge x c h a n g ef o r m a t ) 。d x f 是一种基于矢量的a s c i i 文本格式，由于它结 构简单、可读性好，易于被其他程序处理，被广泛应用于外部程序和图形系统或不同 的图形系统之间交换图形信息。 以建筑平面图d x f 格式文件为数据源建立具有内部细节和空间信息的建筑物三维 模型，不管是在数据采集难易程度方面，还是在建模自动化水平方面都有很大改善和 提高。然后将模型数据导出，保存为三维格式文件，为各种应用提供原始数据。这样 在建筑物三维建模过程中，不仅降低了对开发人员的要求，同时减少了工作量，节省 了大量的人力、物力，在实际应用中具有重要意义。 2 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 建筑图纸目前只是在符号识别、构件识别等方面有了成熟的研究成果，但在建筑整 体结构的分析、数字建筑的建立和利用等高层次的工作方面，所开展的研究还只是处 于起步阶段。究其原因，有以下两点： 1 长期以来，建筑图纸的表示方法缺乏统一的标准，即使在一国范围内，不同地区、 不同设计单位、甚至每个工程师都有其独特设计风格和绘图习惯。这对于研制“通用” 的识图系统，特别是商用系统极为不利。 2 相对其他领域而言，建筑设计是工程和艺术的统一，其精确分析和结构重建的 难度更大【7 】。 目前国内外对建筑图纸三维重建技术研究有很多。在国外，k a r lt o m b r e 和c h r i s t i a n a h s o 【8 - 9 】在基于网络约束的建筑图符号识别、建筑图的三维模型重建等方面都有许 多研究。美国加州大学伯克利分校c a r l os e q u i 教授及其科研团队运用名为b m g ( b u i l d i n gm o d e lg e n e r a t o r ) 的软件系统【l o 】创建了该校计算机系大楼s o d ah a l l 的三维 模型，并成功应用在名为b e r k e l yw a l k t h r u 的虚拟漫游系统【i l 】和名为n i s t c f a s t 的火灾模拟系统中【l 劲。b m g 系统将d x f 文件中的数据按不同的图层分解，根据空间 拓扑关系建立单层三维模型，然后将各层的模型组合起来，得到整个建筑物模型，并 将数据保存为u g ( u n i g r a f i x ) 格式【1 3 l 。其中u g 格式是该团队自行开发的一种三维数据 格式，并没有得到大规模推广，严重限制了该研究的通用性。麻省理工学院s e t ht e l l e r 教授及其科研团队继续开发b m g 系统【1 4 】，提高了自动化程度和通用性。该项目组首 先对麻省理工学院校园的建筑物进行单体三维建模，然后按照校园规划图定位摆放， 并与该校w i k i m a p 相结合，为学生提供地理资讯服务，初步实现了整个校园的虚拟漫 游系统【引。s e b a s t i e nh o m a l l 蛇1 】等人建立几何、拓扑、语义上的一致性约束条件，用 于识别各建筑构件，并将g - m a p s 拓扑框架应用于建筑物拓扑结构识别中，提高了识别 准确度。所得三维模型用于室内光线传播模拟、电磁波辐射仿真等应用中。 在国内，目前基于建筑图三维重建技术的应用主要是在建筑工程量概预算方面，已 经有了一些商用软件，如斯维尔可视化算量、鲁班算量、广联达算量等。它们都能在 一定程度上对d w g 电子图进行识别，并根据识别结果进行工程量统计。然而，它们 都是基于a u t o c a d 平台进行的二次开发，系统功能和扩展能力受a u t o c a d 平台的限 制，不具备完全的知识产权，且软件必须依赖于a u t o c a d 软件运行【7 1 。陆再林、谭建 3 荣【2 2 2 3 】等在尺寸标注分析、预算工程量计算方面也有一些研究。南京大学路通 2 4 - 3 0 1 及 其所属科研团队通过扫描建筑图纸的方法，进行建筑图纸矢量化工作。在此基础上， 先识别每层建筑结构图中的轴网，然后识别柱、梁、板等建筑构件，再采取构件渐进 式整合与重组的方式建立建筑物框架模型。其缺点是重建建筑物三维模型只为了展示 框架结构，用于材料用量与工程量计算，缺少建筑物语义、空间消息，且模型数据无 法导出，也无实际应用。此外，国内的其他大学，如同济大学【3 l 】、湘潭大学【3 2 1 、香港 城市大学【3 3 】等在建筑图纸三维重建系统设计与实现方面也有了一些研究成果。 此外，目前市场上还有一些能够由建筑图纸生成三维模型的建模软件，如i n v e n t o r 、 s k e t c h u p 等。使用这些可视化建模软件可以直接进行三维设计，也可以在将二维工程 图转化为二维草图后，通过一系列人工操作生成三维模型。a u t o c a d 软件也可以通过 类似操作生成建筑物三维模型。但它们都需要开发者十分熟悉软件操作，且具备一定 的建筑图绘图、识图知识。这些因素增加了非专业人员的开发难度，限制了此种方法 的运用。 1 3 本文主要研究内容 在本文中，主要研究内容有以下三部分： 一、建筑图纸数据的获取，即读取、分析d x f 文件。通过对d x f 文件的详细分 析获取建筑物三维重建所需的图元信息，即建筑图纸中的点、直线、圆弧、多线、图 块等图元数据，并设计适合的数据结构来保存这些数据。 二、二维几何数据的解析，即对二维图元进行识别和处理。通过详细分析建筑制 图行业标准与设计规范，依照建筑构件的各自特征识别出室内建筑的门、窗和墙体等 建筑构件，并自动修正部分图纸错误，提高识别准确率。然后将门、窗等构件转换为 闭合轮廓，并将闭合轮廓插入到门、窗所在位置，以获得整体二维平面数据。然后将 二维平面数据保存为x m l 文件，这样既方便人工阅读与分析，还可以作为建筑图纸之 外的另一种数据来源。 三、对二维平面中的各类建筑构件依照生活实际进行不同形式的“拉伸”操作，即 添加高度信息，获取建筑物三维立体数据。然后将得到的三维数据保存为w r l 与o s g 文件，并显示建筑物单层三维模型。最后将多个单层组装，得到多层三维模型，并进 行系统测试工作。 4 第一章绪论 对应上述主要研究内容，本文的章节安排如下： 第一章绪论部分介绍了课题的背景知识、研究意义与国内外研究现状，并提出了 本文的主要研究内容。 第二章介绍了建筑平面图相关知识，包括其内容、阅读方法和绘图规范。还介绍 了d x f 文件特点，包括组码、组值和段结构说明。 第三章介绍了图纸数据获取方法，包括d x f 文件文本处理，各类建筑构件的识别 和数据提取过程。 第四章介绍了二维平面数据的处理方法，包括各类建筑构件数据解析和闭合轮廓 拉伸。还介绍了以x m l 文件保存中间数据。 第五章介绍了三维数据导出，包括w r l 文件与o s g 文件。然后分析系统输出结 果及应用实例。 1 4 本章小结 本章总结了课题研究背景、意义和国内外研究现状，并详细介绍了本文的主要研 究内容和章节安排。 s 广东工业大学硕士学位论文 第二章建筑平面图与d x f 文件 2 1 建筑平面图 2 1 1 建筑平面图的内容 建筑平面图是用一个假想的水平剖切面沿门、窗洞的位置将房屋剖切后对剖切面 以下部分所作出的水平剖面图。建筑平面图是建筑施工图中最基本，同时也是最重要 的图纸之一，是施工放线、墙体砌筑和安装门窗、室内外装修以及编制预算、备料等 工作的依据。它表现的内容是建筑物内部各空间和结构的形状、尺寸和相互关系，即 建筑物的平面形状、房间的布局、形状、大小、用途，以及墙体、门窗等构件的位置 和大小。它直观地反映了建筑物内部的使用功能、内外的空间关系、交通联系、建筑 设备、室内装饰布置和建筑结构形式等，是绘制立面图、剖面图、三维效果图和透视 图的基础。一般来说，房屋有几层，就应画出几个平面图，也就是我们常说的各层平 面图，如底层平面图、二层平面图等。习惯上，如果上下各层的房间数量、大小、位 置都一样的时候，则相同的楼层可用一个平面图表示，称为标准层平面图。平面图常 用的比例是1 ：1 0 0 i ：2 0 0 。对于单体建筑设计而言，一栋建筑设计的好坏取决于平面 设计的优劣。 在不同的建筑设计阶段中，对平面图的要求有很大的不同，就施工图阶段的平面 图而言，它的图纸内容通常包括： 1 ) 图名图鉴 2 ) 定位轴线和编号 3 ) 结构柱网和墙体 4 ) 门窗布置和型号 5 ) 楼梯、电梯、踏步、阳台等建筑构件 6 ) 厨房、卫生间等特殊空间的固定设施 7 ) 水、暖、电等设备构件 8 ) 标注平面图中应有的尺寸、标高、和坡面的坡度方向 6 第二幸建筑平面图与d x f 文件 9 ) 剖面图剖切位置、方向和编号 l o ) 房间名称、详图索引和必要的文字说明 下图为某超市底层平面图： - - - 图2 1 某超市底层平面图 f i g 2 - 1t h eg r o u n df l o o rp l a no fas u p e r m a r k e t 一般来说，建筑平面图的绘制步骤如下： 1 ) 设置绘图环境，其中包括图域、单位、图层、绘图状态、尺寸标注和文字标注 等。 2 ) 插入图框图块。 3 ) 根据尺寸绘制定位轴线网。 4 ) 绘制柱网和墙体线。 5 ) 绘制各种门窗构建。 6 ) 绘制楼梯、电梯、踏步、阳台、雨篷等建筑构件。 7 ) 绘制与结构、水暖电系统相关的建筑构件。 8 ) 标注各种尺寸、标高、编号、型号、索引号和文字说明。 9 ) 检查、核对图形和标注，填写图签。 1 0 ) 图纸存档或打印输出。 7 ， t t ， 广东工业大学硕士学位论文 2 1 2c a d 绘图规范 计算机辅助设计软件c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 一问世，就以其快速、准确 的优势，取代了手工绘图。使用a u t o c a d 专业软件绘制建筑图形，可以提高绘图精度， 缩短设计周期，还可以成批量地生产建筑图纸，缩短出图周期。在建筑设计行业中， 熟练地掌握a u t o c a d 专业绘图软件，已经成为建筑设计师们必备的一项基本技能。 使用a u t o c a d 绘制建筑图纸时应遵循行业标准与设计规范。制图规范的目的是统 一房屋建筑制图规则，保证制图质量，提高制图效率，做到图面清晰、简明，符合设 计、施工、存档的要求，以适应工程建设的需要。我国的建筑制图标准与设计规范有 房屋建筑制图统一标准( g b 厂r 5 0 0 0 l _ 2 0 0 1 ) 、总图制图标准( g b t 5 0 1 0 3 - - 2 0 0 1 ) 、 建筑制图标准( g b 厂r 5 0 1 0 0 1 ) 以及 房屋建筑c a d 制图统一规则 ( g b 厂r 1 8 11 2 2 0 0 0 ) 。这四个标准及相关的建筑图纸绘制规范适用于房屋建筑和建筑 工程领域中的c a d 制图及软件开发，也适用于在计算机及其外围设备中建立、显示、 绘制房屋建筑c a d 图形及相关技术文件。标准制定了建筑c a d 绘图方方面面的规则， 如房屋建筑c a d 工程图样中的图纸幅面格式、图线、字符与数字、轴线、符号、尺寸 标注等等。 在使用a u t o c a d 绘制工程图纸时，图层与图块是两个非常重要的工具。下面分别 介绍这两个工具： ( 1 ) 图层 图层是a u t o c a d 的重要功能之一，它是图形中使用的主要组织工具，也是区别于 手工绘图的重要特点。采用图层的目的是组织、管理、修改c a d 图形的实体数据以及 控制实体的屏幕显示和打印输出。在画图的时候只有设置好图层才能使图纸看起来清 晰、明了。图层相当于绘图时使用的重叠图纸，是利用颜色、线宽和线型组织图形的 工具，而每个图层就如同一张透明的纸，它们一层挨一层放置，并且各层的基准点与 其他层上的相应基准点完全对齐。在每张纸上画出不同的部分，再将它们叠合起来， 组成整个图形，以便于分类存放和控制图形对象。每个图层相对于使用者来说都是可 单独操作的一个对象。正确有效地进行图层操作，可以避免很多麻烦，达到事半功倍 的效果。 作为c a d 工具中存放一组相关实体的有效数据结构，图层提供的强有力的功能使 用户能够区分图中各种各样不同的对象。通过创建图层，可以将类型相似的对象指定 8 第二章建筑平面图与d x f 文件 给同一个图层使其相关联。每个图层上都绘制了不同类型的图形对象，每一类对象有 不同的颜色和其他特征。在建筑制图中，构件类型是分层的主要依据，可以将墙、门、 窗户、管道、电路、文字说明、尺寸标注、天花板、柱子等置于不同的图层，但这并 不是强制规定。用户在绘制建筑图纸时，既可以依照行业标准，也可以依据自己的偏 好设置图层参数，按照实际需要来建立数目不定的图层，但应能见名知意，方便他人 后续操作。 ( 2 ) 图块 图块是a u t o c a d 提供的功能强大的设计绘图工具，在工程制图中的应用十分广 泛。图块是组成复杂对象的一组实体的总称，并按照指定的名称保存。图块由一个或 多个图形组成，各图形实体都有自己的图层、线型及颜色等特征，只是a u t o c a d 将图 块作为一个单独、完整的对象来操作。要定义一个图块，首先要绘制好组成图块的图 形实体，然后再对其进行定义。定义好图块后，用户可以根据实际需要将图块按给定 的缩放系数和旋转角度插入到指定的位置，亦可以对整个图块进行复制、移动、旋转、 缩放、镜像和阵列等操作。 在绘制建筑图形时，常常需要绘制多个相同的建筑图形，如门、窗、楼梯、洗手 池等。如果重复绘制类似的图形，会浪费大量的时间和精力。而将图形定义为图块， 对其按一定的比例和旋转角度等进行设置后插入图形中，不仅可以快速插入大量相同 的图形，还可以方便地对这些图形进行整体的复制、旋转、修改等编辑操作，从而提 高绘图效率。并且由于图块只保存了一份，可明显缩减图纸文件大小。在建筑图纸绘 制过程中，用于建立和保存图块的命令有b l o c k 和w b l o c k 等，而将这些图块布置 在图纸中的命令是i n s e r t 。 2 2d x f 文件 2 2 1d x f 文件内容与结构 d x f 是d r a w i n ge x c h a n g ef o r m a t 的缩写。它是a u t o d e s k 公司开发的用于a u t o c a d 与其它软件之间进行c a d 数据交换的文件格式。由于a u t o c a d 是最流行的c a d 系 统，d x f 也被广泛使用。绝大多数c a d 系统都能读入或输出d x f 文件。d x f 于1 9 8 2 年1 2 月作a u t o c a d1 0 的一部分首次面世，用于从未公开的a u t o c a d 内部文件格式 9 广东工业大学硕士学住论文 d w g 的一种精确表示。目前a u t o d e s k 在它的网站上公布有从1 9 9 4 年1 1 月发布的 a u t o c a dr e l e a s e1 3 到2 0 0 6 年3 月发布的a u t o c a d2 0 0 7 的d x f 规范。d x f 分为两 类：一类是a s c i i 格式：一类是二进制格式。二进制格式的d x f 文件与a s c i i 格式的 d x f 文件包含的信息相同，但二进制格式比a s c i i 格式更精简，文件更小，读取速度 更快，不过其可读性较差。由于a s c i i 格式的d x f 文件可读性好，能够用各种文本编 辑器打开、修改，便于人工分析，且易于被其它程序处理，所以本系统选择读取a s c i i 格式d x f 文件。 d x f 文件记录了a u t o c a d 图形的全部信息，包括图元、对象等。图元也称图形 对象，有图形表示，如绘制了一条直线，则在d x f 文件中就会增加一个l i n e 图元。 d x f 文件中记录几何数据的图元还有c i r c l e 、m l i n e 等。对象也被称作非图形对象， 没有图形表示，如文字样式、标注样式等。 d x f 文件采用多段( s e c t i o n ) 结构，分别为h e a d e r 段、c l a s s e s 段、o b j e c t s 段、t a b l e s 段、b l o c k s 段、d 盯r r 正s 段、o b j e c t s 段、t h u m b n a i l m 队g e 段。其完整的结构说明如下： h e a d e r 段。包含图形的基本信息。它由a u t o c a d 数据库版本号和一些系统变 量组成。每个参数都包含一个变量名称及其关联的值。 c l a s s e s 段。包含应用程序定义的类的信息，这些类的实例出现在数据库的 b l o c k s 、e n t i t i e s 和o b j e c t s 段中。类定义在类的层次结构中是固定不变的。 乳心l e s 段。包含以下符号表的定义： a p p i d ( 应用程序标识表) b l o c kr e c o r d ( 块参照表) d i m s t y l e ( 标注样式表) l a y e r ( 图层表) l t y p e ( 线型表) s t y l e ( 文字样式表) u c s ( 用户坐标系表) v m w ( 视图表) v p o r t ( 视口配置表) b l o c k s 段。包含构成图形中每个块参照的块定义和图形图元。 e n t i t i e s 段。包含图形中的图形对象( 图元) ，其中包括块参照( 插入图元) o b j e c t s 段。包含图形中的非图形对象。除图元、符号表记录以及符号表以外的 所有对象都存储在此段。o b j e c t s 段中的条目样例是包含多线样式和组的词典。 唧m m n a i l i m a g e 段。包含图形的预览图像数据。此段为可选。 每个段以组码“0 ”和字符串“s e c t i o n 开头，紧接着是组码“2 ”和表示段名的字符 串( 如髓a d e r ) 。每段都由定义其元素的组码和值组成。每段都以一个后跟字符串 e n d s e c 的组码0 结束。图元出现在d x f 文件的b l o c k 和e n t i t i e s 段。组码 在这两段中的用法相同。定义图元的某些组码始终显示，其他组码则是可选的，仅当 其值与默认值不同时才显示。图元的结尾由下一个0 组表示，该组码表示下一个图元 的开始或指示此段已结束。 2 2 2 组码与组值 d x f 文件各段均由很多的组码和组值组成的数据对构造而成，并且每个组码和组 值必须为单独的一行。组码( g r o u pc o d e ) 为一自然数，指定其后组值的类型和用途。 组值( g r o u pv a l u e ) 可以是字符串、整数或浮点数。比如组码o 表示其后所跟组值为表 示图元类型的字符串。一般来说，常用组码的含义是固定的，但是有些组代码会因表 达环境的不同而有多个含义。如在l i n e 图元中组码1 0 、2 0 、3 0 表示其后所跟组值为 线段起点x 、y 、z 坐标值，而在c 屺l e 图元中组码l o 、2 0 、3 0 则表示其后所跟组 值为圆心点x 、y 、z 坐标值。下面首先以数字顺序来介绍组码及其组值，然后介绍在 多种图元中使用的组码及其特别组值。 表2 1d x f 文件组码说明 t a b l e 2 1t h ed e s c r i p t i o no fg r o u pc o d e so fd x ff i l e 组码组值 o表示图元类型的字符串( 固定) l 图元的主文字值 2名称( 属性标记、块名等) 3 4其他文字或名称值 5图元句柄；最多1 6 个十六进制数字的字符串( 固定) 6线型名( 固定) 7文字样式名( 固定) 广东工业大学硕士学位论文 表2 1 续 t a b l e 2 1c o n t i n u e d 8图层名( 固定) 9标题变量名( 固定) 1 0 主要点的x 值 1 1 1 8 其他点的x 值( 后跟y 值组码2 1 2 8 和z 值组码3 1 3 8 ) 2 0 ，3 0主要点的y 值和z 值 2 l - 2 8其他点的y 值 3 1 3 7 其他点的y 值和z 值 3 8如果非零，则为图元的标高 3 9 如果非零，则为图元的厚度( 固定) 4 0 - 4 7 双精度浮点值( 文字高度、缩放比例等) 4 8线型比例：双精度浮点标量值；默认值适用于所有图元类