（计算机软件与理论专业论文）基于web的图形数据交换的研究.pdf

摘要 y 一6 , 1 8 3 9 8 传统c a d 技术j 下在迅速向基于网络的c a d 技术转变，产品数据的w e b 共享技术 是实现转变的基础技术之一，同时也是实现并行设计和全球化制造的基础。本论文 对基于w e b 的图形数掘交换进行了研究并针对当前使用非常广泛的a u t o c a d 系统 的图形数据与s v g ( s c m a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 的图形数据的特点，深入讨论了 二者之间的数据交换，建立了图形数据在a u t o c a d 系统与s v g 文件元素问的映射关 系，并根据映射结果设计实现了数据交换接口。 本论文的主要研究包括以下内容： 1 a u t o c a d 与s v g 图形数据的结构分析，其中包括图形的几何数据，属性数据 等： 2 定义了a u t o c a d 与s v g 的图形数据集合，并针对两者建立了图形数掘集合的 映射； 3 定义了图形数据交换的中蚓格式文件。作为a a t o c a d 与s v 6 的接口，为建立 更广泛的数据交换打下了基础： 4 数据转换接口程序的设计和丌发。采用a u t o c a d 的o b j e cl a r x 开发接口，按 照面向对象的设计方法，建立了转换接口的框架，并编程实现，通过实际 的转换例子验证了该接口的正确性。 关键词：w e b ，数据交换，s v g ，a u t o c a d ，o b j e c t a r x r e s e a r c ho nw e b b a s e d g r a p h i c sd a t ae x c h a n g e a b s t r a c t t h e c a d t e c h n o l o g y i s c h a n g i n g f r o mt r a d i t i o n a lc a d t e c h n o l o g y t o w e b b a s e dc a dt e c h n o l o g yq u i c k l y ，t h et e c h n o l o g yo fs h a r ea n de x c h a n g eo f p r o d u c td a t ao nw e bi so n eo ft h eb a s i ct e c h n o l o g i e si nt h ep r o c e s s ，a n di t i sa l s ot h eh a s i co fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n ga n dg l o b a l i z a t i o nm a n u f a c t u r e t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h eg r a p h i c sd a t ae x c h a n g eo nw e b ，d i s c u s s e st h e c h a r a c t e r i s t i c so fg r a p h i c sd a t ao fa u t o c h da n d s v g ，b u ii d st h er n a p p i n g b e t w e e nh u t o c a do b j e c td a t aa n ds v ge l e m e n t ，d e s i g n sa n di m p l e m e n t st h ed a t a e x c h a n g e in t e r f a c e t h em a i nw o r ka n dr e s u l t so ft h i sp a p e ra r ea sr e l l o w s ： 1 t h ea n a l y s i so fg r a p h i c sd a t ao fa u t o c a da n ds v g ，i n c l u d i n gg e o m e t r i c d a t aa n d p r o p e r t yd a t a 2 d e f i n i n gg r a p h i c sd a t as e t so fa u t o c a da n ds v g 。a n db u i l d i n gt h e m a p p i n gb e t w e e nt h e m 3 d e f i n i n gf i l ef o r m a tu s e df o rd a t ae x c h a n g i n ga se x c h a n g ei n t e r f a c e o fa u t o c a da n ds v g w h i c he s t a b l is h e sb a s i cf r a m ea n dd a t af o n n d a t i o nf o r r u t t h e rr e s e a r c h 4 d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gt h ed a t ae x c h a n g ei n t e r f a c e t h ei n t e r f a c e i sd e s i g n e du n d e rt h ed i r e c t i o no fo b j e c to r i e n t e dm e t h o d ，a n dt h ep r o g r a m i s i m p l e m e n t e du n d e rt h ev c + + e n v i r o n m e n tu s i n go b j e c t a r xi n t e r f a c eo f a u t o c a d t h ev a l i d i t yo fs t u d yr e s u l t si sv e r i f i e db yp r a c t i c a lt r a n s f e r e x a m p l e s l i h u i ( c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y ) d i r e c t e db yf a n gy i k e y w o r d s ：w e b ，d a t ae x c h a n g e ，s v g 。a u t o c a d ，o b j e c t a r x 第一章q i 言 第一章引言 网络技术特别是i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的迅速发展，极大地推动了c a d 技术的 发展，传统c a b 技术j 下在迅速向基于网络的c a d 技术演变。其中，采用通用w e b 浏 览器实现异地异构环境中的图形信息共享和交换是项关键的基础技术。“ 1 1 图形数据交换标准 图形软件标准是随着图形学和图形硬件设备的发展而逐渐出现的。随着各种图形 硬件设备和软件系统的不断推出，由于系统开发者基于不同的开发目的和环境，使 得图形软件系统的通用性很差，这严重的阻碍了图形学的进一步发展，从而导致计 算机图形软件标准的出现。图形软件标准可分为数据接口标准和子程序接口标准。 数据接口标准是用以确定系统中或系统间的数据传递和通信的标准。子程序接口标 准定义应用程序调用子程序的功能及格式的标准。数据接口标准其实就是图形系统 的数据交换标准。 c a d c a m 是图形学在工业界应用最重要的领域。这一领域也是图形数掘交换标准 最活跃的领域，相关的数据交换标准有i g e s 、d x f 、p d d i 、p d e s 、c a d * i 、v d a - f a 、 s e t 、s t e p 等。下面简单介绍几个国际上广泛使用的图形数据交换标准。 ( 1 ) i g e s ( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) ：i g e s 是c a d 数据交 换领域内最早，也是应用最广泛的数据交换标准。1 9 8 0 年，由美国国家标准局( n b s ) 主持成立了山波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规 范i g e s ，并于1 9 8 1 年f 式成为美国国家标准。 最初刀：发i g e s 是为了能在计算机绘图系统数据库上进行数据交换。i g e s 开发的 思想主要来自波啻公司的c a d c a m 集成信息网和通用电气公司的中性数据库。i g e s 草案( i g e s1 0 ) 于1 9 8 0 年1 月发表，最初范围仅限于工程图纸所需的典型几何、 图形和标注元素( e n t i t y ) 。1 9 8 0 年春季，美国国家标准所( a n s i ) y 1 4 2 6 委员会 经表决，接受i g e s 作为产品数据交换标准的一部分，于1 9 8 1 年1 月发表。与此同 时，一个旨在维护i g e s 标准的委员会成立，致力于i g e s 的发展和应用。 i g e s 作为a n s i 标准发表以后，i g e s 委员会把注意力放在扩展i g e s 到新的领域， 为此设立了一些委员会研究新增的应用领域。1 9 8 2 年i g e s2 0 版本发表，包括了 电子和有限元两个委员会完成的工作。1 9 8 6 年i g e s3 0 发表，包括了工厂规划和 建筑结构工程两个委员会的工作。在几何表示方面，i g e s3 0 支持曲面和三维线框 第一章i 击 表示，只是对i g e s1 0 有所改变，这在实际的c a d 系统数据交换中是不够的，因为 c a d 数据很大部分以实体形式出现。c a 埘- i 在审查了m c a u t o 公司用于实体表示的文 件规范b s d ( b a s i cs h a p ed e s c r i p t i o n ) 及s h a p ed a t e 公司的一个应用程序接口 规范a i s ( a p p l i c a t i o ni n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ) 之后，决定将它们的某些概念 引入到i g e s 结构，于是产生了1 9 8 1 年公布的x b f 。1 9 8 2 年修改后，称为x b f 一2 。 后来经过i g e s 和c a m i 之间的多次技术交流，定义了e s p ( e x p e r i m e n t a ls o l i d s p r o p o s a l ) 。它是x b f 的子集，可以处理b - r e p 模型、c s g 模型和装配模型。在把e s p 纳入i g e s 之前，工业界对它进行了测试。结果表明，c s g 模型的数据转换没有问题， 但对b - r e p 模型没有测试。e s p 中的c s g 和装配模型已纳入了1 9 8 8 年6 月公稚的 i g e s 4 0 。i g e s 4 0 扩充加入了新的图形表示法三维管道模型以及对有限元模型 ( f e m ) 功能改进。b - r e p 模型在i g e s 5 0 中定义，弗纳入到国际标准s t e p 中。”+ 从1 9 8 1 年的i g e s1 0 版本到1 9 9 1 年的i g e s5 i 版本，和最近的i g e s5 3 版 本，i g e s 逐渐成熟，同益丰富，覆盖了c a d c a m 数据交换的越来越多的应用领域。 作为较早颁布的标准，i g e s 被许多c a d c a m 系统接受，成为应用最广泛的数据交换 标准。制订i g e s 标准的目的就是建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示 和通信，以及在不同的c a d c a m 系统问以兼容的方式交换产品定义数据。 i g e s 数据文件中表示信息的基本单位是实体( e n t i t y ) ，分为几何实体，尺寸标 注实体和结构实体等。i g e s 的每个实体由两部分构成，第一部分称为索引或条日目 录具有固定长度；第二部分是参数部分，是自由格式，长度可变。几何实体包括 点、线、圆、二次曲线、参数样条以及旋转蕊等。标准尺寸实体有字符、箭头线段 和边界线，能标注角度，直径，半径和直线等尺寸。结构实体用来定义各实体悯的 关系和意义，包括图组，结合项等。 i g e s 的文件格式分为a s c i i 格式和二进制格式，二进制格式是从i g e s2 0 版， ： 始引入。a s c i i 格式便于阅读，二进制格式适于传送大容量文件。a s c i i 格式分为定 长和压缩两种形式。定长格式出纪录长度为8 0 个字符的顺序文件组成。文件分为开 始段，全局段，元素索引段，参数数据段和结束段。开始段提供人们阅读该文件的 一些前言性的说明；全局段包括描述前置处理器和后置处理器的有关信息，例如文 件名。i g e s 版本等；元素索引段为每种元素提供一个索引；参数数据段纪录了每个 元素的几何数据，其格式不固定；结束段只有一行，标志文件结束。 i g e s 是目前应用最广泛的数据交换标准，当前流行的主要商用c a d c a m 系统几 乎都提供了i g e s 接口。但是，i g e s 在实际使用中仍然存在一些问题，主要表现在， i g e s 数据交换文件过大，处理时间和空间效率都不甚理想：i g e s 标准定义对某些几 何类型转换不稳定：i g e s 的目的是在屏幕上显示图形或用绘图机绘出图形，尺寸标 注和文字注释，这些是供人理解的，而不是面向计算机的，不能满足c a d c a m 集成 第一章0 l 亩 的要求。 ( 2 ) s t e p ( s t a n d a r d f o r t h e e x c h a n g e o f p r o d u c e m o d e ld a t a ) ：s t e p 标准是一个 关于产品数据的计算机可理解的表示和交换国际标准。其目的是提供一种不依赖于 具体系统，能够描述产品整个生命周期中的产品数据模型。这种描述不仅适合于中 性文件转换，而且是实现和共享产品数据库以及存档的基础。 随着各种数据交换标准的出现，人们认识到，有必要建立一种为各国接受的数 据交换国际标准。为此，在美国和法国的要求下，国际标准化组织( i s 0 ) 1 9 8 3 年 1 2 月在负责工业自动化系统的技术委员会t c l 8 4 内成立了产品模型数据的外部表示 分会s c 4 ，其任务是制定一个统一的国际标准，定名为s t e p 。到1 9 8 9 年4 月j j ：，参 加s t e p 项目的国家有加拿大，俄罗斯美国，德国，法国，英国，闩本等，中国也 已观察员的身份参加。其中，美国在s t e p 标准的开发中起了主导作用。1 9 8 6 年完 成了标准的初步研究工作，提出了总体设想，其中多数概念来自p d e s ，最主要是采 用了p d e s 的数据模型的三个丌发层次：应用层，逻辑层和物理层。s t e p 将数据交 换的实现形式分为四级，从低到高依次为文件交换，工作格式交换，数据库交换和 库交换。“ 文件交换。产品数据通过非标准软件与标准交换格式进行交换，转换软件的开 发者应保证产品数据在集成产品模型中的征确性。 工作格式交换。产品数据通过标准数据存取软件进行交换。数据存取软件，除 了数据操作功能外，不具备数据库的其它功能，也不能进行有效性检查。 数据库交换。产品数据通过标准交换格式，调用标准存取软件和标准数据操作 语句来与数据库管理系统进行交换。并进行某些有效性检查。 知识库交换。各应用系统通过知识库管理系统向知识库存取产品数据。浚系统 必须支持所有的低级交换方式，并进行全部有效性检查。 s t e p 中性文件包含两个节：首部节和数据节。首部节的纪录内容为文件名，文 件生成阿期，文件描述，前后处理程序名等。数据节为文件的主体，记录内容主要 是实体的实例及其属性值，实例用标志号和实体名表示，属性值为简单或聚合数据 类型的值或引用其他实例的标识号。 ( 3 ) d x f ( d r a w i n ge x c h a n g e f i l e ) ：d x f 是a u t o c a d 系统的图形数据交换文 件。d x f 虽然不是标准，但是由于a u t o c a d 系统的普遍应用，使得d x f 成为事实 上的数据交换工业标准。d x f 文件具有特定的格式，易于被其他程序处理，主要用 于实现高级语言编写的程序与a u t o c a d 系统的连接，或其他c a d 系统与a u t o c a d 系统交换图形文件。 d x f 文件结构从总体来看，完整d x f 文件由7 个段组成包括标题段类段， 表段，块段，实体段，对象段和文件结束标记。标题段由许多a u t o c a d 系统变量组 笫一章引爵 成，可忽略；类段包含有关应用程序定义类的信息，可忽略；表段包含系统符号表 定义可忽略：块段包括块定义和组成图形中每个块引用的图形图元，可忽略；实 体段包合图形中的图形对象，包括块引用( 插入图元) ，此段不可忽略：对象段包含 图形中的非图形对象，包含所有非符号表纪录的，符号表的非图元对象，此段可忽 略：文件结束标志用0 和字符串e o f , 不可忽略。2 。2 2 d x f 文件每个段出若干个组构成，每个组在d x f 文件中占两行。组的第一行为组 代码，它是一个非零的正整数，相当于数据类型代码，每个组代码的含义是由a u t o c a d 系统约定好的；组的第二行为组值，相当于数据的值，采用的格式取决于组代码指 定的组的类型。组代码和组值合起来表示一个数据的含义和它的值。 d x f 文件格式的设计充分考虑了接口程序的需要，它能够容易地跳过没有必要关 心的信息，同时又能方便地提取所需要的信息。只要记住按何顺序处理各个组并跳 过不关心的组即可。但编写个输出d x f 文件的程序是比较困难的，因为登须保持 图形的一致性以使a u t o c a d 系统接受它。a u t o c a d 系统允许在一个d x f 文件中省略 许多项并且仍可获得一个合法的图形。如果不需要设置任何标题变量，那么整个 h e a d e r 段都可以省略。在t a b l e s 段中的任何一个表，在不需要时也可以略去，并 且事实上如果对它不作任何处理时，整个表段也可以去掉。如果在i t y p e 表中定义 了线型，则孩表必须在l a y e r 表之前出现。如果图中没有使用块定义，则可以省略 b l o c k s 段。如果有，那么它必须出现在e n i 、1 1 、i e s 段之前。e o f 必须出现在文件的木 尾。 d x f 文件格式制定较早，使用中存在如下问题：。5 ( 1 ) 由于d x f 文件制定的较早。存在很多的不足。不能完整地描述产品信息模 型，产品的公差、材料等信息根本没有涉及。即使产品的几何模型，由于仅仅保留 了原有系统数据结构中的儿饵和部分属性信息，大量的拓扑信息已不复存在，也是 不完蝗的； ( 2 ) d x f 文件格式也不合理，文件过于冗长，使得文件的处理、存放、传递和 交换不方便。另外，复杂的文件格式也使得编写一个读、写完整的d x f 数掘文件的 程序接1 2 是件不容易的工作。 1 2 基于w e b 的图形数据共享与交换 随着科学技术的不断进步和市场竞争的同趋激烈，制造业正丽临新的挑战。产 品需求的多品种，小批量，个体化等特征日趋明显，各种单项c a x 技术应用所产生 的孤岛效应和信息交流瓶颈日益突出。在此背景下，制造业相继提出了许多新的制 造模式和方法，如计算机集成制造( c i m ) ，并行工程( c e ) ，智能制造( i m ) ，虚拟 m 一章州奇 制造( v m ) 等。这些先进制造模式和系统的实施，均是在产品信息共享的基础上， 根据各自的特点进一步实现制造信息的集成或制造过程的集成。 近年来，随着计算机技术和i i e ( i n t e r n e t i n t r a n e t e x t r a n e t ) 技术的快速发 展，又涌现出分散网络化制造，异地协同制造，基于动态联盟的敏捷制造( a m ) 等 新的制造模式。这一方面反映出制造网络化与全球化的新趋势和新格局，同时也对 产品信息共享技术提出了更高的要求：产品信息的共享范围应从目前的单个部门或 单个企业扩展到多个部门或多个企业：产品信息的共享支撑环境应基于i i e 且不依 赖于具体的软硬件及应用环境：产品信息的表现方式也应采用多种媒体形式，但目 前的产品数据共享和访问技术大都基于传统的c s 模式和局域网环境，依赖于特定 的系统平台和应用软件，无法满足新的要求。这方面的研究可参考文献。”+ 。； w e b 技术是i i e 环境中发展极为迅速的一项技术，它集成了文本、图像、图形、 声音、动画等各种数据，通过h t t p 挑议和h t m l 语言展示给用户，它为不同企业及 企业内部不同部门的信息共享提供了一个分布的、可交互的、平台无关的数据共享 平台和操作环境。而现有的c a d 图形数据标准通常都无法或不适合在w e b 环境中使 用，研究传统产品数据向面w e b 的数据格式转换是实现基于w e b 的c a d 信息共享和 交换的关键技术之一。” 在文献= = 中指出，面向w e b 的数据格式应具有以下特点：能在浏览器中浏览或使 用：文件格式紧凑；支持超链接。这方面的例子有a u t o d e s k 公司的d w f ( d r a w i n gw e b f o r m a t ) 文件格式，该格式通过w h i p ! 插件支持在浏览器上浏览、缩放和平移图形 等功能。d w f 基于矢量压缩格式创建，非常适合在w e b 上使用，但d w f 文件仅仅只 是一种浏览文件，并不是交换文件。虽然可以将d w f 文件另存为a u t o c a d 本地d w g 文件格式，但是要支持该功能必须要在对应位置存在原始d w g 文件，即浚功能是通 过原始d w o 文件支持d w f 并不能作为交换文件。”另外，d w f 格式由a t t t o d e s k 公 司拥有，并不是一个开放的标准，实际使用中用户很难对图形数据进行控制。 s v g 是基于x b i l 的二维矢量标记语言，它是w 3 c ( w w wc o n s o r t i u m ) 推出的下一 代w e b 矢量图形标准，同时支持矢量图形、文本和图像的显示其有极强的适应性 和表达能力，相对于其它光栅图像格式有独特的优点，现在已经有越来越多的软件 支持或准备支持这一标准。 s v g l 0 标准于2 0 0 1 年9 月发椎，最新的稳定版本是2 0 0 3 年发布的s v g l 。l 版。 s v g 的支持工具随着标准的完善而迅速发展，当前在浏览器上使用s v g 文件主要依 靠各种免费提供的插件，如a d o b e ，i b m ，c o r e l ，s u n 等公司丌发的浏览器插件，直 接支持s v g 的浏览器也已经开始出现，如最新的a m a y a 浏览器和m o z i l l a 浏览器。i 相信随着s v g 的广泛应用，i e 等通用浏览器增加对s v 6 的支持并不需要太长的时间。 虽然s y g 是一个比较新的标准，但其发展速度很快，s v g 给网络图形应用提供了广 第一章0 i 言 阔的空间，采用s v g 作为c a d 图形数据交换标准具有以下优点： 1 s v g 是一个开放的标准，任何公司或个人都可以自由开发自己的s v g 应用。 2 s v g 作为w e b 上的下一代矢量图形标准，具有广泛的支持和兼容性。 3 s v g 支持g z i p 数据压缩标准，c a d 图形由于包含的信息量较大，文件尺, - j 4 通 常较大，而s v g 采用文本格式，可以有较大的压缩比率，而且压缩后的图形可直接 在w e b 上显示。 4 采用s v g 数据交换格式可以使已有的大量设计资源方便地进入w e b 环境。 5 s v g 支持图形中的文本搜索，这对于设计信息在网络上的检索提供了便利。 当前国外已有一些关于s v g 图形格式与c a d 图形格式转换的研究，在w 3 c 关于 s v g 实现的展示页1 上。提供了一些在a u t o c a d 数据交换格式d x f 和s v g 标准格式问 转换的研究和产品展示，如g a r d o ss o f t w a r e 的g s d x f 2 s v g 动态链接库可以将d x f 文件转换为s v g 格式。根据实例测试证明该转换很不完善，不支持文本处理，而且 对于圆弧等图形都是采用的近似多段线的处理方法，丢失了大量信息。另外还有一 些商业产品，如m e i s t e r 公司的s v g ，f 一夕f o rd x f 和s a v a g es o f t w a r e 公司 的d a t a s l i n g e f 等，部支持转换d x f 文件为s v g 文件，这些产品无法得到其详细的 测试实例，从其提供的例子来看，基本上可以完成常用图形的数据转换。国内对于 s v g 的研究才刚刚_ 丌始，主要集中在s v g 的生成工具和简单的s v g 应用。巴，”。“7 对于 c a d 图形数据与s v g 标准格式问的数据交换隧无涉及。 1 3 图形数据交换接口方式 异构图形系统间的数据交换的接口方式可分为点对点交换接口和星型交换接j ：= 方式。”不同按r j 方式的图形描述见图1 1 。 星型接口方式 点对点接口方式 域三画 图1 1 图形系统数据交换接口方式 笫一章弓l 爵 点对点交换接口方式采用点对点方式，在各个系统间单独实现交换，这样在n 个系统间实现数据交换需要丌发n ( n 1 ) 个接口；星型交换接1 ：3 方式采用中间数据交 换文件作为各个系统的公共接口，这时n 个系统问实现数据交换只需要开发n 个接 口。两种接口交换方式各有其优缺点一般说来，点对点方式减少了中间环节，维 护数据的完整和一致相对容易，但在多个系统问进行数据交换时，开发工作量大而 繁琐：星型接口方式采用标准数据交换文件作为中间接口，大大地减少了多个系统 问数据交换的丌发工作量，但同时也加大了维护数据完整和一致的难度。 无论哪种接口方式，系统或系统与文件之间都是采用数据交换接口来进行数据 转换的。不同的是，点对点接口方式中，数据交换接口建立在图形系统间，而星型 接口方式中，数据交换接口建立在图形系统与中性数据交换文件问。事实上，点对 点交换方式中，两个图形系统间的数据交换通常也是通过文件方式实现的，即系统 1 通过交换处理器生成系统2 的图形数据文件。系统2 通过交换处理器生成系统1 的图形数据文件，从而达到数据交换的目的。 可以看到，数据交换接口是数据交换实现的核心部分。数据交换接口通常由两 个交换处理器构成，以完成系统问的双向数掘转换。在星型交换接口方式中，两个 交换处理器通常被称为前置和后置处理器，前置处理器完成图形系统到中性数据交 换文件j w 的数掘转换后罱处理器完成中性数据交换文件到图形系统的数据转换。 前置和后罱处理器工作在图形系统与中性文件之白j ，必须要与图形系统和中性文件 接口，图形系统端的接口实现图形系统数据库的访问，中性文件端的接1 3 实现中性 文件的访问。图形系统端的接口一般有数掘文件接口和程序接口两种方式，数据文 件接口方式利用图形系统自身的本地文件实现系统数据库的间接访问，程序接口方 式利用图形系统提供的程序设计接口来访问系统数据库，通常系统会提供更加直接 的访问方式。中性文件端的接口实现中性文件的生成，可以直接由操作系统的文件 访问接口支持或者由在该接口的基础上的包含文件高层语义的高层接口支持。 1 4 主要研究内容和研究意义 1 4 1 研究内容 本论文研究的主要内容是a u t o c a d 图形数据与s v g 标准格式问的数据交换，即 开发数据交换接口中的前黄处理器，使得已有的a u t o c a d 图形资源能够方便的在w e b 上使用，并且为产品数据在w e b 上的交换和共享奠定基础。具体的研究工作可以分 为以下几个方面： 第一章0 i 高 ( 1 ) 熟悉a u t o c a d 数据库结构： ( 2 ) 熟悉a u t o c a d 丌发接口： ( 3 ) 研究s v g 标准文档； ( 4 ) 完成图形数据映射； ( 5 ) 定义中性文件格式； ( 6 ) 前罱处理器框架设计； ( 7 ) 前置处理器程序实现。 1 4 2 研究意义 基于w e b 的产品信息共享和交换及可视化的关键技术之一就是产品数据到可用 于w e b 数据的转换，其中的重要研究内容就是图形数据的转换。本文的研究意义如 下： ( 1 ) 由于目前制造业中的产品设计数据，制造信息及各类文档大多是由专用设 计系统所产生，而各种数据交换标准很少提供对于通用浏览器的支持，而且这些标 准大部分也不适合作为i n t e r n e t 上的共享数据格式，所以产品图形数掘向可用于 w e b 数据格式的转换就成为实现基于w e b 的产品信息共享和交换的关键技术之。 ( 2 ) s v g 作为下一代w e b 二维矢量图形标准，可以很好的满足w e b 上图形数据 共享和交换的需要，a u t o c a d 作为目前世界上应用最广的二维c a d 软件”，拥有大量 的图形资源，采用本文研究的处理器可以方便地使已有图形资源进入w e b 虚拟设计 环境。 ( 3 ) s v g 是基于x m l 的标准，x m l 作为w e b 上的下一代数据发t ：1 l i 】和交换标准， 拥有广泛的应用领域。s v g 基于x m l 定义，能够方便地与其它x m l 标准集成以扩展 其应用领域，采用s v g 作为图形数据交换标准意味着更好的集成性和更广泛的应用 范围。 1 5 本章小结 本章简单介绍了国际上流行的数据交换格式和网络化制造对于基于w e b 的图形 数据交换和共享的需求，指出s v g 标准在c a d 图形数据交换中的意义和优点，并介 绍了当前s v g 数据格式和c a d 数据格式间的图形数据交换相关研究情况。本章还介 绍了图形数据交换的接口方式以及本论文的主要研究工作和研究意义，指出研究 a u t o c a d 图形数据与s v g 图形数掘格式问的数据交换接口对于实现基于w e b 的图形 信息共享和交换以及已有图形资源迅速进入w e b 环境都具有重要意义。 笫_ 二帝a u t o c a d 豳形数据库o is v g 标准 第二章a u t o c a d 图形数据库与s v g 标准 为了实现a u t o c a d 图形数据与s v g 图形数据间的数据交换，必须对a u t o c a d 图 形数据库与s v g 图形数掘标准有深刻而全面的了解，本章对相关内容进行介绍。 2 1a u t o c a d 图形数据库的研究 2 1 1a u t o c a d 接口方式 对于转换器的设计，必须要确定转换器与图形系统和中性文件的接口。作为一种 采用_ 丌：放式体系机构的c a d 软件，a u t o c a d 提供了多种接口形式。由于我们的问题 是从c a d 系统中产生交换文件或者是在一个目的c a d 系统中解释交换文件，我们仅 仅关注图形数据库的访问接口。图形数据库的接口可以分为两类：文件接口方式和 程序接口方式。 文件接口方式又可以分为数据文件方式和脚本文件方式。数据文件方式是以 a u t o c a d 提供的各种本地数据文件作为数据访问接口，如d x f 、d w g 、s t l 等。a u l o c a d 也支持脚本文件接口方式，脚本文件是一系列图形命令的集合，通过扩展名为s c r 的脚本文件可以在图形系统中生成图形。 a u t o c a d 提供的程序接口方式从程序设计语言来看主要有四种：l i s p ，c ，b a s i c 和c + + 。下面我们简单测览一下这些语言提供的开发环境。l i s p 语言接口环境主要 有a u t o l i s p 和v i s u a ll i s p 。a u t o l i s p 是最早的：二次开发工具，它以解释执行的方 式运行。v i s u a ll i s p 是a u t o l i s p 的换代产品。完全兼容a u t o l i s p ，并提供了强大 的集成开发环境。c 语言的接口环境有a d s ( a u t o c a dd e v e l o ps y s t e m ) ，它与a u t o c a d 并不直接通信而是以a u t o l i s p 为中介联系起来，从a u t o c a d 2 0 0 0 开始已经不再支 持该开发环境，所有a d s 库的功能由包含在o b j e c t a r x 中对应a d s r x 库的功能取代。 b a s i c 的接口环境是口b a ( m i c r o s o f tv i s u a l b a s i cf o ra p p l i c a t i o n ) ，这是自 a u t o c a dr 1 4 丌始嵌套在a u t o c a d 中的一个基于对象的编程环境，通过a c t i v e x a u t o m a t i o ni n t e r f a c e 与a u t o c a d 通信，具有丰富的开发能力。c + + 的接口环境是 a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) ，它是自a u t o c a dr 1 3 后推出的一个以c + + 语言 为基础、面向对象的开发环境。自a u t o c a dr 1 4 后更名为o b j e c t a r x ，以强调其面 向对象的特性，采用o b j e c t a r x 开发的应用程序可以直接访问和扩展a u t o c a d 图形 数据库。“”这些丌发环境与a u t o c a d 的关系可以用图2 1 表示：” 第二二章a u t o c a d 吲形数据库与s v g 标准 图2 ia u t o c a d 开发接口与a u t o c a d 的关系 从上面我们可以看到，能够与a u t o c a d 核心直接通信的只有v b a 和a r x 应用程 序，a d s 和l i s p 都只能通过进程间通信的方式访问a u t o c a d 核心，而v b a 是通过 a u t o d e s k 公司预先定义好的自动化接口向a u t o c a d 发送信息其能力取决于预定义 的自动化接口，而且自动化接口的迟联编对效率有一定影响。真f 能够高效而灵活 的访问a u t o c a d 核心的接口是o b j e c t a r x 接口它以d l i 。( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) 形式与a u t o c a d 运行在相同的进程地址空间，可以直接访问a u t o c a d 的核心数据结 构，无论效率还是控制能力都是最佳的。 在e s p r i t 的c a d i n t e r f a c e s 项目中指出，在丌发商以有效和文档化的方式提供 了c a d 程序接口的情况下，选择采用程序接口方式作为c a d 系统端的接口是擐合适 的。在本文的接口处理器设计中，选择o b j e c t a r x 接口作为a u t o c a d 端的接口。 2 1 2a u t o c a d 图形数据库与o b j e c t a r x a u t o c a d 的图形数据存放在其内部的图形数据库中，a u t o c a d 的图形数据库是一 系列对象的集合，见图2 2 。2 数据库的基本结构由9 个符号表，1 个命名对象字典 以及1 个头变量集合组成。符号表由符号表纪录组成，每个符号表只能包含一科r 特 定类型的对象。用户不能创建符号表，但可以添加新的符号表纪录，在纪录中存储 对象。9 个符号表分别是：块表，层表，注册应用程序表，线型表，文字样式表， 标注样式表，用户坐标系表，视图表和视口表，a u t o c a d 的所有实体对象均保存在 块表的块表记录中。字典中保存具有关键字名称的对象，命名对象字典中通常保存 不存在于符号表中的非实体对象。头变量是a u t o c a d 系统变量的集合，通常用来控 第一二章a u t o c a dl 鳘i 彤数据库，s v g 标准 制设计环境和命令的工作方式等。 图2 2a u t o c a d 数据库 数据库中的对象可以分为图形对象和非图形对象，图形对象又称为实体，是指 数据库中具有图形表示的对象，如直线、圆等，用户可以在屏幕上看见实体并且操 纵它；非图形对象从屏幕上看不见，但存在着，如块、层等。通常使用图形对象来 进行设计，使用非图形对象管理设计。 0 b j e c t a r x 开发环境由a c r x 、a c e d 、a c d b 、a c g i 、a c g e 等几个类库组成，其中 类库a c d b 提供了直接访问a u t o c a d 图形数据库数据结构的类。”“3 ( 1 ) 符号表和符号表纪录 h c d b 类库中与符号表相关的类的层次图如图2 3 所示： s h j n m b o l t a b l el i e r a b a r j 图2 3a c d b 类库的符号表部分 a c d b 类库对符号表的支持可以分为符号表类、符号表记录类和符号表迭代器类。 - 1 1 箱- ：二章a u t o c a d 幽形数据库，s v g 标准 符号表对象由符号表记录对象组成，符号表迭代器用于符号表遍历。 块表记录对象保存图形中的块定义信息，块表记录对象由实体对象构成，图形 数据库初始化后，块表中已包含三个记录：* m o d e l 、 和_ s p a c e * p a p e rs p a c e * p a p e r s p a c e o ：标注样式记录对象保存图形中关于尺寸标注样式的相关信息，如样 式控制变量等：层表记录对象保存图形中层的相关信息，如层的颜色等：线型表记 录对象保存图形中线型相关信息，如线型名等，图形数据库初始化后，线型表中已 包含三个记录：c o n t i n u o u s 、b y l a y e r 和b y _ b l o c k ：注册应用程序表对象管理图形 中已注册的应用程序名，所注册应用程序名主要用于扩展数据管理，图形数据库初 始化后，注册应用程序表中已包含s t a n d a r d 纪录；文本样式表纪录对象保存图形中 文本样式信息，如文本字体等，图形数据库初始化后，文字样式表中已包含s t a n d a r d 纪录；用户坐标系表纪录对象保存图形中用户自定义坐标系信息；视口表纪录对象 管理图形中模型空间中用户定义视口信息：视图表纪录对象管理图形中定义的视图 信息。“ ( 2 ) 实体 a c o b 类库中与实体相关的类的层次图如图所示： 图2 4a c d b 类库的实体部分 第一二章a u i o c a d 幽形数据库1 js v g 标准 实体是图形数据库中的图形对象，通常保存在块表记录中。实体类用于管理实 体相关信息，通过实体类的成员函数可以访问图形对象的数据。 2 1 3 数据库浏览程序设计 为了更深入地了解a u t o c a o 图形数据库结构和图形对象的相关信息，为数据交 换做准备，我们首先丌发了a u t o c a d 的数据库浏览程序。虽然a u t o c a d 本身提供了 一个对象特性管理器属性框描述图形的属性，但是该属性框中只提供了图形对象最 基本的信息，而且对于非图形对象的信息不能提供，不能满足交换信息的需求。我 们开发的数据库测览程序提供了a u t o c a d 当前图形数据库的完整构成信息，包括图 形对象和非图形对象的详细属性信息。 该程序采用o b j e c t a r x 接口实现，其运行界面如图2 5 所示： 图2 5a u t o c a d 数据库浏览程序界面 1 3 第_ 二章a u t o c a dl 芏l 形数据库。js v g 标准 a u t o c a d 图形数据库是树状结构，我们在程序中使用树控件显示数据库的结构信 息，使用编辑控件显示实体的相关信息。程序分两个部分实现，第一部分获取a u t o c a d 对象类名和i d ，将其按原有结构显示在树控件中；第二部分通过选耿树控件中的对 象，在编辑控件中显示对应的对象信息。 在a u t o c a d 图形中。每个对象都有自己的i d 号，i d 号用于唯一的标志对蒙，只 要获得对象的i d 号就可以对对象进行操作。通过在第一部分中保存类名的同时保存 i d 可以方便地实现第二部分中的对象信息访问。 关键实现代码包括符号表的遍历和对象信息的显示。 符号表遍历以块表的遍历为例，块表遍历的程序代码如下： a c d b b l o c k t a b l e p b l o c k t a b e ： a c d b h o s t a p p l i c a t i o n s e r v i c e s 0 一 w o r k i n g d a t a b a s e ( ) 一 g e t s y m b o l t a b l e ( p b o c k l 、a b l e ，a c d b ：k f o r r e a d ) ：获得当前工作数掘库 c s t r in gs t r n a m e ： c | l t l o b j i d 2 0 ： c o n s tc h a r * n a m e ： a c d