（控制理论与控制工程专业论文）电脑刺绣cad系统的开发文字处理及图库管理系统.pdf

浙江大学硕士学位论文 致谢 毪2 3 8 2 2 本论文是在导师蒋静坪教授的悉心指导下完成的，他严谨的治学 态度，渊博的知识，求实的作风都深深影响着我。同时，在这两年多 的研究生学习过程中，蒋老师在学习和生活上给予我无微不至的关怀 和帮助，这些都是我永远值得回忆的，在此特向蒋老师致以我最衷心 的感谢! 在两年多的研究生生活中，特别是在论文项目完成过程中，胡兴 同学给予了我热心的帮助，在此致以深深的谢意! 最后向所有给予我帮助的老师和朋友表示我最衷心的感谢! 致谢人王文军 二零零二年一月 浙江大学硕士学位论文 摘要 本论文对刺绣c a i ) 系统的各个方面做了较为详细的探讨，着重 介绍了刺绣汉字的自动编针和刺绣c a d 系统的国庄蟹理及网络传输 部分。 系统通过鼠标在数字化屏幕上制作出画稿图样，并把它存入磁 盘，形成花版文件，再由电脑绣花机根据花版文件的响应信息完成刺 绣品的加工。 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e r p r e s e n t sap r a c t i c a la p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，t h ec a ds y s t e m f o re m b r o i d e r yd e s i g n t h ep a p e rd i s c u s s e sa l l a s p e c t so f ae m b r o i d e r y c a ds y s t e m ，a n d p u t i t sf o c u so nt h e f o l l o w i n g t h r e e s u b s y s t e m ： e m b r o i d e r yo f t e x t ，g r a p h d a t a b a s ea n d g r a p h t r a n s f e r so v e rn e t w o r k t h ec a d s y s t e m o f e m b r o i d e r yw o r k sl i k et h i s ：s c a n n i n gp i c t u r e so r e m b r o i d e r yp r o d u c t s ，c r e a t i n gk e yp o i n t so ft h eo u t l i n e so f t h et h o s e p i c t u r e s ，a n dt h e nc r e a t i n gs t i t c hp o i n t so f t h o s ee m b r o i d e r yd r a f t sf r o m k e yp o i n t s ，a tl a s t ，c o n v e n i n g s t i t c hp o i n t si n f o r m a t i o ni n t op r o p e rf o r m s a n ds e n dt oe m b r o i d e r ym a c h i n e s 浙江大学硕士学位论文 第一章电脑刺绣c a d 系统 第一节 工程c a d 系统简介 c a d 是近三十年来逐渐发展成熟的一种技术，它的全称是 c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( 计算机辅助设计) ，如今它已渗透到工业的各 个领域，正处于蓬勃发展，方兴未艾的阶段，有的学者认为：如果把 电子技术的引入看作工业的一次革命的话，则c a d c a m 的引入是 工业的又一次革命。或者说：它是计算机对人类文明的巨大推动在工 业方面的重要体现。 一、c a d 的定义及作用 1 9 7 2 年1 0 月，i f i p ( 国际信息处理联合会) 的第五次技术会提 出了下述c a d 定义：c a d 是一种技术，其中人与机器结合为一个问 题求解组，紧密配合各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用 多学科的方法的综合性协作提供了可能。这一定义突出c a d 技术中 “人机配合，取长补短”这一基本性质，下面从几个不同侧面来阐明 这一性质。 ( 一) 发挥人、机各自所长 众所周知，计算机的主要特长是进行高速运算，能长时间存储大 量信息，能按一定方式迅速地予以检索，能不易出错地长时间承受各 种频繁重复的动作。这些人显然不能与之相比，但人能进行创作性的 思维，能根据已有的知识与经验，按照某一任务的预期的目标和当前 的情况，及时作出判断和选择尽可能好的方向和对策，还能吸取自己 或别人的经验或教训，也就是有学习能力，这又是计算机无法具有的。 显然在进行工程设计过程中，如果能把人和计算机的这些主要特长自 始至终地紧密结合，将会大大提高工程设计的效率是设计方法的一次 飞跃。 ( 二) 人、机如何结合 总的来说首先是要具有一个有快速响应能力的c a d 系统。它是 有主机和某些外围设备以及某些通用与专用的程序包构成的。设计者 与c a d 系统构成个闭环反馈系统，如下图所示： 浙江大学硕士学位论文 图1 1c a d 系统 设计者向系统送入有关的设计数据，系统输出有关产品的性能表 征以及可能的生产信息。设计者根据性能表征( 一般为性能曲线或某 种图像模拟) 判断该产品的设计是否合适，从而修改设计数据或令系 统能过快速输出设计者所构思产品的性能，设计者才能对其性能进行 即时观察，从而能对他自己的构思进行即时修改，于是整个设计过程 能够“友好地”以对话方式持续进行，并得出满意的结果。如果系统 的响应是慢速的，以至于设计者不耐烦等待，或者设计者要回去经过 长时间处理，才能明白系统所输出的性能表征是怎么会事，则很难说 达到“人机配合”，快速性要求更多涉及到数字建模数据结果和内存 管理的合理性。 ( 三) 人机结合，获得最佳涉及效率 在设计过程中，对设计者所要求的，是他能尽量发挥创造性的思 维能力和判断决策能力。以便于在尽可能短的设计周期内，使他所设 计的产品能有极大把握符合设计指标。因此，当c a d 系统配合设计 者进行工程设计时，应当要求该系统具有图形输入和输出的能力，此 外从c a d 系统作为工具的角度来说，要求设计出来的c a d 系统必 须具有良好的人机界面，操作要简单、方便、易学，使得设计者仅需 对系统做很简单的了解，便能用来进行设计，并且要求系统能够为设 计者在进行新产品构思时，提供各种必要的设计资料，这包括有关的 设计手册，库存与供应情况等。 一、工程设计的基本过程与计算机的引用 工程设计是一种“面向目标问题的求解活动”，它包括问题的形 成，创作性的构思、综合、分析、模拟以及评价、判断和决策直至最 后形成生产信息，这是一个很复杂的过程，现概括用图1 - 2 表示。 按照“人机配合、取长补短”的原则，可以分析一下流程图中哪 浙江大学硕士学位论文 些框图用计算机来完成，哪些不能，从而了解传统设计过程与计算机 辅助设计过程之间的关系。 框2 的概念设计或初始化设计包括元、部件的结构形态之确定与 有关参数的选择，这正是设计工程师表现其创造性思维之所在。框4 与框5 是根据情况作出判断的过程。框6 是决策过程，这是设计工程 师表现其知识、经验与能力之所在。因而这四个环节不可能由计算机 取代。但如能对所需要的设计写出判决函数或目标函数，并确定了约 束条件，则可以采用优化技术，引用计算机帮助4 、5 、6 三个环节的 进行，甚至可以使经验不太丰富的设计者，在一定程度上避免了盲目 性。 图1 2c a d 系统设计流程图 框1 、3 、7 则可以充分发挥计算机之所长，因而完全可以用计算 机来取代，下面再进一步说明。 在进行初始化设计之前，设计者除了应明确设计指标和技术要求 外，对于传统设计来说，还要花费大量人工时间查阅或参考有关技术 浙江大学硕士学位论文 资料。在计算机辅助设计中，这些资料可以以数据库的形式存于计算 机的外存中，使用时可以根据设计者的命令，随机地或按一定顺序被 调出，以供设计者参考选用。在传统设计中，对于至关重要的第3 个 环节，只有用近似公式或经验公式进行估算。对于试制新产品，则往 往要先对关键部件进行多次试验，而后作出整机的演技，再反复调试、 修改，工作量大，又容易造成浪费。现在完全可以用计算机进行分析 计算，并利用图形显示功能，进行静态和动态的实物模拟，这样便可 以高速高质量地完成第3 环节。 计算机在第7 环节中的主要作用是以一定的接受程序，将有关数 据处理成包括几何信息、代码信息和拓扑信息的数据，即所谓的“结 构形态”数据。再将这些数据及有关参数数据经输出处理程序，即可 绘制工程图纸，产生加工纸带，磁盘信息等等，以获得各种需要的生 产信息。 第二节电脑刺绣系统的现状及发展趋势 刺绣是我国的一项传统手工艺术，刺绣日用品畅销五洲，出口创 汇高。随着社会的发展，国内外市场对日用服装、鞋帽、床上用品和 室内装饰等都需要大量的刺绣加工，人工手绣的刺绣品已不能满足市 场的需求，刺绣品供不应求的矛盾日益突出，电脑刺绣系统应运而生。 电脑刺绣系统是工程c a d 的一种，是计算机在绣花上的应用。它 通过计算机辅助设计功能，使得设计者的构思能够迅速、方便地转化 成磁盘、纸带等媒介上的针迹信息，再通过这些针迹信息去控制刺绣 机的机械部分完成刺绣工作。 一、电脑刺绣系统概述 电脑刺绣起源于德国，又叫电子绣花。二战后，德国的z a n g s 公 司和p f a f f 公司相继将电子控制技术与缝纫技术和绣花技术相结合， 在单台缝纫机可以绣花的基础上，将若干台缝纫机连接起来，运用电 子技术集中控制，使绣花制品这种传统的手工艺术可以自动生产、批 量生产。日本在6 0 年代也开始研制电子绣花机，在技术上很多抄袭 德国制品，便很快发展起来。特别是进入7 0 年代后，随着单片机的 问世，终于跃进电脑绣花时代。 电脑刺绣系统主要由两大模块组成：一部分是刺绣的工艺实现部 分即电脑绣花机及其控制系统；另一部分就是电脑绣花花版编辑c a d 浙江大学硕士学位论文 系统。作为电脑绣花机的辅助系统，它负责提供电脑绣花机控制系统 所需的花版信息，电脑刺绣系统结构如图卜3 所示： 蜀 叫花版编辑c a d 系统卜_一 三州申脑绣花机 l 兰! 竺竺l j 输入输出 图卜3 电脑刺绣系统结构 ( 一) 电脑刺绣机 电脑绣花机可以分为多头绣花机和单头绣花机两种。由于多头绣 花机在性能价格比上远远优于单头绣花机，并可适应大批量生产的要 求，因此，多头绣花机已逐渐在国内市场上占据主导地位。所谓多头 绣花机，就是将缝纫机头在电脑系统控制下进行缝纫和刺绣的自动操 作。一台绣花机上有多个机头，每个机头都可以独立进行刺绣操作。 每个机头又有很多根针( 俗称几种颜色) ，机头上的针数决定了绣图 所拥有的颜色的数目。目前以1 4 针居多。电脑多头刺绣机的生产全 部采用自动化作业，实现自动换针( 换不同颜色的绣线) 、自动切线、 自动移图等作业，基本摆脱了手工操作，极大地提高了生产力。 电脑刺绣机的控制系统组成大多是采用双c p u 微处理器构成的 计算机控制系统，微处理器一般由8 位数据处理的c p u 构成，两片协 处理器分别担当数据处理和机械控制的作用。通过内存扩展板得到可 存储几十万针脚信息的内存储量。总线结构突出了标准性和通用性选 用s t d 总线搭载c p u 和各项外设接口。步进电机通电方式选用五相十 拍，增加了输出转矩，以小的步进角换取最大的启动转矩、启动频率 和控制精度。为保证可靠启停而不失步，采用分级调速等控制规律。 c p u 处理的机械信息主要包括步进驱动量、断线信号、换色信号、选 针信号、主电机驱动、剪线信号、电磁铁驱动以及一些极限量的设定 等。在机械方面传动装置采用齿轮多级转换，保证了刺绣的精度要求。 目前在国内外多头绣花机市场占据主导地位的主要是日本、德国 等国家的产品，著名的厂商有日本的田岛( t a j i m a ) 、百灵达( b a r u d a n ) 株式会社、幸福( h a p p y ) 、兄弟( b r o t h e r ) 德国的绣丽( z s k ) 公司、 德国的百福( p f a f f ) 公司等。它们的产品凭借着完善的功能，可靠 浙江大学硕士学位论文 的质量，优良的机械制造工艺和领先的技术等博得了国内许多用户的 青睐，但是也存在着价格过高，维护不方便的缺点。 近年来国内的多头绣花机研制也取得了较大的发展，如浙江佳轮 电脑绣花机厂、青岛缝纫机厂、武汉美佳集团股份有限公司、苏州市 新信科技服务中心等许多企业都在进行这方面的研究工作。它们的产 品以较好的性能价格比，维护方便等优点也得到了众多用户的喜欢。 ( 二) 电脑绣花花版编辑c a d 系统 随着刺绣机的普及和人们对刺绣产品要求的提高，电脑绣花花版 编辑c a d 系统的地位也日益突出。毕竟电脑绣花机只能完成一些机械 动作，它不具备创造性功能，所有的创造性都是在花版编辑c a d 系统 中得到体现。刺绣产品最终能否为广大用户所喜欢和接受在很大程度 上取决于设计人员设计出来的花样是否具有独创性、新颖性和时效 性。固然，设计的好坏与设计者的业务水平有很大的关系，但花版编 辑c a d 系统( 又称自动打版系统) 的优劣也会直接影响到设计出来的 花样，因为设计者的构思必须通过自动打版系统才能转化为刺绣机所 能识别的机械信号，自动打版系统能否如实、快速、准确地反映出设 计者的构思，并给设计者一个良好的修改操作环境，对输出花版信息 将会有很大的影响，进而影响到刺绣产品的最终质量。 目前在国内外市场上有许多厂家都在进行这方面的研究工作，比 较著名的有香港的京华公司、天虹公司、意大利普洛尔( p r o w i n ) 有 限公司、南京大学的天木、日本的田岛等，它们的产品一般都具有较 好的兼容性，能与世界上许多著名多头绣花机厂商的花版格式相匹 配。 二、电脑刺绣系统的发展趋势 由于本项目主要是针对绣花花版c a d 系统，因此将对其发展趋势 作一较为详细的讨论，而对电脑多头绣花机的发展趋势只作一概述。 ( 一) 电脑多头绣花机发展趋势 随着科技的进步，未来电脑绣花机将朝着多功能、高效率、低噪 声等方向发展。一台对头绣花机即可完成读多工作，如既可绣真皮， 也可绣丝绸面料，既能做平绣，又可做特种绣等，使得用户可获得更 高的性能价格比。 ( 二) 花版编辑c a d 系统的发展趋势 浙江大学硕士学位论文 l 、实现图像智能化自动编针，针法更加多样化 目前的花稿c a d 系统普遍采用的方法是先用投影仪将花稿放大 到合适尺寸，然后用数字化仪人工输入，费时又费工，且其精度难以 保证。花稿输入的发展趋势是扫描仪输入数字图像，通过图像处理识 别各个图像区域，选择针法对每个区域编针。 2 、实现汉字和英文字的自动编针 在一般的刺绣编程系统中，汉字的编针都是作为普通的花稿处 理，而对刺绣花稿的输入一直是个瓶颈过程。对汉字编针比较好的方 法是利用w i n d o w s 等操作系统中自代的矢量字库，其中包含字体的特 征点，取得特征点后选用针法，自动编针汉字。 3 、刺绣花稿的模拟输出 在以前的绣花花稿c a d 系统中，判断设计成功与否往往要通过刺 绣机绣出样品后才可以加以判断，如有缺点则必须对原来设计进行修 改，修改后再进行实验，再比较，直至得出满意结果，这种处理方法 即浪费时间，又浪费了材料。随着计算机性能的提高和彩色打印机的 广泛使用，在计算机显示器上动态模拟刺绣物的实际效果，或在打印 机上模拟输出绣花图案的效果成为可能，这种方法使得设计与生产可 以完全独立的分开操作，而且设计者可以根据模拟效果对设计进行实 时修改，大大缩短了设计的周期，提高了产品的竞争力。 4 、图库管理和通信功能的扩展 由于系统中可能保存着大量的花稿，系统应该提供方便的花稿管 理方式，便于方便的查找所要的花稿。同时随着计算机网络的普及， 要求绣花花版c a d 系统必须具有能在网络上传送数据的功能，这样一 方面可以避免许多重复劳动；另一方面也使得产品的设计周期大大缩 短。一幅花稿的设计甚至可以由几个地方的几个不同设计人员来共同 完成。 第三节刺绣的常用针法与绣法 在刺绣中有两种非常重要的知识：针法和绣法。针法用来表示刺 绣中重复出现的最小单元的走针序列，每一种针法又可以有各种不同 的珠花和纹理。绣法知识是指在给定区域和针法知识的情况下，确定 编针的最佳组织形式和路径的知识，所有的绣品都是按照一定的针法 并采用不同的绣法来完成的。 浙江大学硕士学位论文 一、常用针法 根据电脑刺绣的特点，可以将针法分为四大类：线绣、带绣、面 绣和符号绣。 ( 一) 线绣 线绣是根据给定的轮廓基线，自动编针的一类针法。 1 、单针：单针是刺绣针法中最基本的，即移动一端距离下一针，如 此反复，单针的不同排列组合会产生许多不同的刺绣效果，从而有许 多组合针法的提出。 2 、拉针：用于图案外边的走线，又单线法、三线法等，用以增强图 案立体感，还用于区别图案局部的关系，一般走线以深于图案的颜色 为多。 3 、e 字绣：沿图案边以“e ”字型绣制，可产生毛发效果。 4 、连串复板：以某种形状图案沿曲线逐一绣制，使产品显得精巧丰 满，富有变化和动感。 5 、乱针绣：用色线交叉排列变化。特点使乱而不繁，乱中有律，色 彩丰富，立体感强，空间感好，由于它层层交叉加色，运用得当可表 现油画，水粉画丰富而微妙的色彩关系。 6 、插针：其他针法的变种。特点使图案边缘不平整，按指定方法或 随机伸出或缩进，用以表现毛发。 ( 二) 带绣 7 、包针：又称换针，是一种最常用的针法。规定两边的曲线形状可 绣制各种图案，只规定中心线形状，则适于文字、字母等管状形状的 绣制，但受其宽度影响，一般在l 毫米到1 2 毫米之间，以3 至6 毫 米最佳。包针有全包针、半包针之分。 ( 三) 面绣 8 、满绣：打制外形，不规则形状可一次打完。 9 、席纹针：又称缎纹针，榻榻米针，也是常用的针法，适于绣制面 积较大的花瓣、人物脸部、服装、动物的身体以及大面积的底纹和图 案等。 ( 四) 符号绣 1 0 、汉字绣：为了编针汉字，可以读取t r u e t y p e 字体数据( 包含轮 廓信息) ，然后采用区域分块填充并自动压底线算法来编针成席纹， 这个问题将很容易解决。 第四节u m l 语言和r a t i o n a lr o s e 简介 良好的软件编程规范是开发优秀的大型软件必须遵循的，此电脑 刺绣花版c a d 系统就是由多个模块和两人同时开发的，为了使开发过 程规范化，便于以后的维护和继续开发。我们使用了u m l 建模语言对 整个系统建模，指导系统的开发。 一、u m l 面向对象的分析与设计( o o a & d ) 方法的发展到8 0 年代末至9 0 年代中期时出现了一个高潮，u m l 是这个高潮的产物。它不仅统一了 b o o t h 、r u m b a u g h 和j a e o b s o n 的表示方法，而且对其作了进一步的 发展，并最终统一为大众所接受的标准建模语言。 ( 一) u m l 的出现 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍使用的建模语 言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域 不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开 发的全过程。 标准建模语言的出现是面向对象技术的重要成果，在美国，截止 1 9 9 6 年1 0 月，u m l 获得了工业界、科技界和应用界的广泛支持，已 有7 0 0 多个公司表示支持u b l l 作为建模语言。1 9 9 6 年底，u b i l 已稳占 面向对象技术市场的8 5 ，成为可视化建模语言事实上的工业标准。 1 9 9 7 年1 1 月，o m g 采纳了u m l i 1 作为基于面向对象技术的标准建模 语言。u m l 代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向，具有广 阔的市场前景。 ( 二) u m l 的内容 利用u b l l 可以开发几种不同的可视框图，这些模型框图表示系统 的不同方面。它共分4 层模型，即用例模型，逻辑模型，组件模型和 部署模型。下面简单介绍这四种模型。 1 、u s ec a s e 框图 u s ec a s e 框图显示使用案例与角色间的交互。使用案例表示从 用户角度对系统的要求，因此表示系统功能。角色是系统的主体。这 些框图显示哪个角色启动使用案例，并小时角色间的交互。 u s ec a s e 框图显示系统的总体功能。用户、项目管理员、分析 人员、质量保证工程师和任何对系统感兴趣的人都可以浏览这个框 浙江大学硕士学位论文 图。 2 、s e q u e n c e 框图 s e q u e n c e 框图显示使用案例中的功能流程。框图的定部显示涉 及的角色和完成使用案例所需的对象。每个肩头表示角色与对象或对 象与对象之间为完成所需功能而传递的消息。例外s e q u e n c e 框图要 说明的另一点是，它只显示对象而不显示类，类表示对象的类型。 s e q u e n c e 框图演示使用案例的全过程。用户可以从这个框图看 到业务过程的细节。分析人员从s e q u e n c e 框图可以看到处理流程。 开发人员看到需要开发的对象和这些对象的操作。质量保证工程师可 以看到过程的细节。并根据这个过程开发使用案例。s e q u e n c e 框图 对项目的各方面人员都有用。 3 、c l a s s 框图 c l a s s 框图显示系统中类与类之间的交互。类是对象的设计图。 类包含信息和处理信息的功能。c l a s s 框图中的类是对s e q u e n c e 框 图中每种对象生成的。连接类的直线显示类之间的关系。 开发人员用c l a s s 框图开发类。r o s e 之类的工具产生类的框架 代码，然后开发人员用所选语言填充代码细节。分析人员用c l a s s 框 图显示系统细节。 4 、c o m p o n e n t 框图 c o m p o n e n t 框图显示模型的物理试图。c o m p o n e n t 框图显示系统 中的软件组件及其相互关系。卡中有两种组件：执行组建和代码库。 在r o s e 中，模型中的每个类映射到源代码组件。一旦生成组件， 就加紧c o m p o n e n t 框图中，然后画出组件间的相关性。组件间的相关 性包括编译相关性和运行相关性。 编译系统的人员要使用c o m p o n e n t 框图。c o m p o n e n t 框图显示组 件应以什么顺序编译，框图还显示编译时会生成哪些运行组件。 c o m p o n e n t 框图显示类与实现组件之间的映射。这些卡还启动代码生 成。 二、r a t i o n a lr o s e r a t i o n a l 公司是目前世界上c a s e ( 计算机辅助软件工程) 领域 的领导者。它紧跟软件科学发展的主流，在软件工程化思想日益深入 和面向对象技术( o o a 、o o d 、o o p ) 逐步完善和成熟的背景下，提出 自动化的、科学的、基于组件的软件开发模式并提供相应的理论、技 术和产品，覆盖了软件工程化的各个环节( 需求挂你了、可视化建模、 浙江大学硕士学位论文 软件质量自动保证、过程自动化、软件配置管理和开发工具等) 。 ( 一) r a t i o n a lr o s e 简介 r a t i o n a lr o s e 是r a t i o n a l 全面解决方案的一个软件模块，一 个可视化的面向对象分析和设计的建模工具，为项目提供可视化建模 适合于管理项目开发的需求分析、概要设计、详细设计。r a t i o n a l r o s e 支持统一建模语言( u m l ) 和逆向( 反向) 双向工程。另外， 它与多种开发语言紧密继承( v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、j a v a 、a d a 、 s m a l i t a l k 、d e l p h i 等) ，支持关系数据库逻辑模型的生成，它可以 运行在w i n d o w s9 5 2 0 0 0 和各种u n i x 平台上。 r o s e 的设计基于面向对象的技术。r o s e 提供景泰动态的逻辑视 图和物理视图，来帮助用户提取在o o a 和o o d 过程中的结果。采用某 种标记方法( 如u m l ) ，r o s e 使得用户在一个表示问题域和软件系统 的统一模型中创建和修改各种视图。统一模型由各种模型元素( 类、 用例、对象、逻辑包、操作、组件包、组件、处理其和设备等) 以及 各元素之间的关系组成。为了可视化地操作这些模型元素以及各元素 之间的关系组成。为了可视化地操作这些模型元素及其关系，模型中 采用了图( d i a g r a m s ) 和规格说明( s p e c i f i c a t i o n s ) 。 ( 二) r o s e 模型的四个视图 r o s e 模型的四个视图是u s ec a s e 视图、l o g i c a l 视图、c o m p o n e n t 视图和d e p l o y m e n t 视图。每个视图针对不同的对象，具有不同用途。 1 、u s ec a s e 视图 u s ec a s e 视图包括系统中的所有角色、使用案例和u s ec a s e 框 图，还可能包括一些s e q u e n c e 和c o l l a b o r a t i o n 框图。u s ec a s e 视 图是系统中与实现无关的视图，关注系统功能的高层形状，而不关注 系统的具体实现方法。 项目开发时，u s ec a s e 视图的主要使用者时可户、分析人员和 项目管理员。这些人员利用使用案例、u s ec a s e 框图和使用案例文 档来确定系统的高层视图。这个系统只关注系统的作用，而不关注其 实现细节。 一旦合乎同意了角色使用案例，就确定了系统范围。然后可以 在l o g i c a l 使用中继续开发，关注系统能够如何实现使用案例中提出 的功能。 2 、l o g i c a l 视图 l o g i c a l 视图关注系统如何实现使用案例中提出的功能。它提供 浙江大学硕士学位论文 系统的详细图形，描述组件间如何关联。l o g i c a l 包括需要的特定类、 c l a s s 框图。利用这些细节元素，开发人员可以构造系统的详细设计。 l o g i c a l 视图关注的焦点是系统的逻辑结构。在这个视图中，要 表示系统组件，检查系统的信息和功能，检查组件之间的关系。这里 重复使用是一个主要目的。通过认真指定类的信息和行为，组合类， 以及检查类和包之间的关系，就可以确定重复使用的类和包。完成多 个项目后，你就可以将新类和包加进重复使用库中，今后的项目可以 组装现有的类和包。而不必一切从头开始。 几乎小组中每个人都会用到l o g i c a l 视图中的信息，但主要用户 是开发人员和建筑师。开发人员关心生成什么类，每个类包含的信息 和功能。项目管理员通过类和框图确定系统构造是否合理，并估计系 统的复杂程度。 一旦标记类并画出框图后，就可以转入c o m p o n e n t 视图，了解物 理结构。 3 、c o m p o n e n t 视图 c o m p o n e n t 视图包含模型代码库、执行文件、运行库和其他组件 的信息。组件是代码的实际模块。 c o m p o n e n t 视图的主要用户是负责控制代码和编译部署应用程序 的人。有些组件是代码库，有些是运行组件，如执行文件或动态链接 库( d l l ) 文件。开发人员也用c o m p o n e n t 视图显示已经生成的代码 库和每个代码库中包含的类。 4 、d e p l o y m e n t 视图 d e p l o y m e n t 视图关注系统的实际部署，可能与系统的逻辑结构 有所不同。 d e p l o y m e n t 视图显示网络上的进程和设备及其相互间的实际连 接。d e p l o y m e n t 框图还显示进程，哪个进程在哪台机器上运行。 整个小组都用d e p l o y m e n t 视图了解系统部署，但主要用户是发 布应用程序的人员。 浙江大学硕士学位论文 第二章刺绣花版编辑c a d 系统的总体方案 第一节 电脑刺绣系统总体配置方案 电脑刺绣花版编辑c a d 系统由输入、处理、输出三大部分组成。 如图2 1 所示： l 扫描仪i 叫花版编辑c a d 部分卜_ 一磁盘卜 高林电脑绣花机 ll 输入输出 图2 - 1 电脑刺绣花版编辑c a d 系统 一、输入部分 输入部分是指将设计好的花样输入计算机，目前常用的有扫描仪 输入和数字化仪输入两种方法。 1 、扫描仪输入 扫描仪是通过光点设备直接将图稿上的线条，色块读入，花版编 辑c a d 系统在此底图上标记关键点，选择针法，生成绣品。因此其输 入相当简洁迅速，花稿、图纸、照片甚至刺绣产品都可以作为输入稿， 极大的缩短了用户的产品设计周期。 2 、数字化仪输入 数字化仪由图板和鼠标组成。鼠标上的线圈发出电磁信号与图板 中线圈作用，标记出鼠标的位置。这样通过输入设计花样轮廓的特征 点，就可以完成花样信息的提取。数字化仪的原理决定了它比扫描仪 输入相对烦琐，而且特征点标记的是否合理将影响花稿的美观度。 目前，随着扫描仪的价格的不断下降，扫描输入的优点越来越突 出。因此我们根据用户的要求选择了使用扫描输入的方法。通过扫描 输入的图像文件，可以在花版c a d 软件中打开，作为编针的底图。 二、输出部分 电脑刺绣花版编辑c a d 系统的输出是指将设计好的花样的针迹 浙江大学硕士学位论文 信息通过什么方式传送给电脑绣花机。花版信息的输出一般有两种途 径。 1 、联机方式 联机方式即将花版编辑系统生成的针迹信息直接传送到电脑刺 绣机。这种方式的好处是科技根据刺绣效果对花版实施实时修改，而 且可以通过增加i o 口实现机多控。联机方式减少了信息产地的中 间环节，节省了硬件开支，这种方式实际已成为世界上生产制造的流 行方式。 2 、脱机方式 脱机方式是利用磁盘、纸带、e p r o m 等媒介物存放花版信息，在 由电脑刺绣机所附的读取设备读取使用。相比之下，几种媒介物中磁 盘方式较为可靠而且便于携带，由很好的前景。 本项目中我们只负责花版编辑c a d 部分，无法与电脑刺绣机连 接，不能使用联机方式，采用了生成田岛格式的磁盘输出方式。 三、花版编辑c a d 部分 这部分是刺绣c a d 系统中最为重要的一个部分。系统的硬件环境 为奔腾以上主机，显示器分辨率设置为8 0 0 * 6 0 0 。 第二节软件的开发过程 由于客户需要在我们设计的基础上进行进一步开发，为了保证设 计的软件达到软件工程要求的可靠性、可读性等要求，在软件设计过 程中使用了u m l 建模整个系统。 ( 一) u m l 建模过程高层视图 系统的建模过程的的一个高层视图如图2 - 2 所示： 图2 - 2 开发过程简图 此过程是一个迭代递增的开发过程。使用此方法，不是在项目结 束时一次性提交软件，而是分块逐次开发和提交。构造阶段由多次迭 代组成，每一次迭代都包含编码、测试和继承，所得产品应满足项目 浙江大学硕士学位论文 的某一子集，或提交给用户，或纯粹是内部提交。每次迭代都包含了 软件生命周期得所有阶段。同时，每次迭代都要增加一些新的工程， 以解决一些新的问题。 事实上，涉及实际建模工作的微过程存在于上述的每次迭代中。 迭代式开发式项目成功的重要保证。 ( 二) u m l 的实际建模过程 每次迭代都分为以下几个阶段。 1 、需求分析 花版编辑c a d 系统的需求规格说明由系统的最终用户提供，内容 主要是系统的基本功能需求，输入输出的要求。大致描述如下： ( 1 ) 图像编针：系统可以打开常用格式的图像，以图像为底图标记 图像中物体的轮廓，选择适当的针法对图像编针。 ( 2 ) 英文字编针：系统可以对输入的英文字自动的编针。 ( 3 ) 图库管理：对编针好的花样可以存如数据库，系统应该提供方 便的管理花样的方法，便于查询、删除、添加等操作。 ( 4 ) 电子邮件功能：系统生成的绣品可以方便的通过电子邮件传送。 由于基于u m l 的开发采取增量和迭代方式，刺绣花版编辑c a d 系 统可以方便得添加其他的功能。 2 、分析 分析的任务是找出系统的所有需求并加以描述，同时建立模型， 以定义系统中的关键领域类，由系统用户和开发人员合作完成。这一 阶段不拘泥于设计细节和技术方案。 ( 1 ) 需求分析 分析的第一部是定义用例( u s ec a s e ) ，以描述所开发系统的外 部功能需求。用例分析包括阅读和分析需求说明，此时需要与系统的 潜在用户进行讨论。用例模型的主要构件是用例、角色和系统边界。 用例用于描述每个功能需求，系统边界用于确定系统功能范围，而角 色用于描述与系统功能有关的外部试题，它可以是用户、也可以是外 部系统。 在本项目中。通过分析，先确认绣花编辑c a d 系统的角色有打版 工艺师( 对图像或文字编针) 、查询人员( 查询图库中已有的花样) 。 系统的使用案例主要是图像编针、文字编针、图库管理、发送花样。 图2 3 是系统的u s ec a s e 图。 3 、设计 浙江大学硕士学位论文 设计阶段的任务是用过综合考虑所有的技术限制，以扩展和细化 分析阶段的模型。设计的目的是指明一种易转化成代码的工作方案， 是对分析工作的细化、即进一步细化分析阶段所提取的类( 包括其操 作和属性) ，并且增加新类以处理诸如数据库、用户接口等技术领域 的问题。 设计阶段可以分为两个部分：结构设计是高层设计，其任务是定 义包( 子系统) ，包括包间的依赖性和主要的通讯机制。我们希望得 到尽可能简单和清晰的结构，各部分之间的依赖尽可能的少，并尽可 能的减少双向的依赖关系。 一。、 o 一一，一、7 可、一：图像编针 、 打版人员、。y 一、 一7 文字编针 4 、 军。_ 一一一洽i i | h 目。 查磊爻员、- 、_ 一一、查询人员。丫、 一 电子邮件传送 图2 - 3 系统的u s e c e 图 第二部分是详细设计，细化包的内容，是编程人员得到所有类的 一个足够清晰的描述。同时u m l 中的动态模型，描述特定情况下这些 类的实例之间的行为。 4 、实现 构造或实现阶段是对类进行编程的过程。可以选择某种面向对象 编程语言( 如我们选择的是v c 和d e l p h i ) 作为实现系统的软件环境。 编码期间也可能会发现设计模型的缺陷。这时需要开发者修改设计模 型。修改设计模型时一定要包次色即模型与编码的一致性，以便于将 来易于维护。 5 、测试和配置 完成系统编码后，需要对系统进行测试，通常包括：单元测试、 继承测试、系统测试和验收测试。在单元测试中使用类图和类的规格 2 0 浙江大学硕士学位论文 说明，对单独的类或一组类进行测试；在集成测试中，使用组件图和 合作图，对个组件的合作情况进行测试；在系统测试中，使用例图， 以检验所开发的系统是否满足例图所描述的需求。 第三节 软件的运行环境与编程语言 、刺绣花版编辑软件的运行环境 软件的运行在w i n d o w s 9 x 环境下。w i n d o w s 9 x 是目前使用最广泛 的桌面操作系统。 在w i n d o w s 9 x 下的程序设计的特点是以窗口为核心的用户界面、 以事件驱动为动力的程序运行机制以及将程序代码与用户界面分开 处理的程序开发手段。其中的的关键是理解其消息处理机制，下面简 单介绍其特点： w i n d o w s 应用程序的运行需要依靠外部发生的事件来驱动，秒素 事件发生的信息成为消息。所谓事件驱动，是指w i n d o w s 应用程序的 执行顺序取决于事件发生的顺序，事件驱动程序设计是围绕着消息的 产生与处理而展开的。w i n d o w s 应用程序在运行时不断获得任何可能 的输入消息，进行判断，然后再作适当的处理。 如果把应用程序获得的各种消息分类，则可以氛围由硬件设备产 生的输入消息和来自w i n d o w s 系统的窗口管理消息。 应用程序通过输入消息来接受输入，鼠标移动或键盘被按下都将 产生输入消息。w i n d o w s 系统负责监视所有输入设备并将输入消息放 入一个先进先出的队列中，该队列时系统定义的用于临时存储消息的 内存块，成为系统消息队列。再w i n d o w s 环境下同一事件可以运行多 个应用程序，每个应用程序都由自己的消息队列，称为应用程序队列。 当用户移动鼠标或敲击键盘时，产生的消息首先进入系统消息队 列。接着，w i n d o w s 从系统消息队列中每次移走一条消息，确定目的 窗口，并将消息送入创建该窗口的应用程序的消息队列中。应用程序 通过应用程序队列来接受输入，它通过一个称为消息循环的控制结构 从应用程序队列中检索消息，并将所到的消息发送给相应的窗口，由 该窗口的窗口函数负责对消息进行判断，并进行相应的处理。这一过 程如图2 - 3 所示： 窗口管理消息与输入消息不同，w i n d o w s 直接将它发送给有关窗 口函数，而不通过系统消息队列和应用程序队列。w i n d w o s 系统通过 浙江大学硕士学位论文 这种方式直接将影响某窗口的时间通知窗口。例如，当用户激活一个 应用程序窗口时，w i n d o w s 系统就会向该窗口直接发送响应的消息。 w i n d o w s 应用程序l i 谁件蝓入 j 主赫消自r l 别 一w i n m a i n 函数 7 7 消息循环 q 应用程序队列1 剧垫!l i 数一 应用程序n _ jw i n m a i n 函数 叫应用程序队列ne玉 习消息循霖一 阿网 图2 - 4w i n d o w s 中的消息机制 二、系统使用的编程语言 本项目由两个人合作开发，根据个人的情况我选择了d e l p h i 为 程序设计工具，下面简单介绍此编程工具的特点： 1 、可视化 d e l p h i 是运行于w i n d o w s 平台下基于组件的可视化编程工具。通 过d e l p h i 提供的可视化工具，软件人员可以很容易地观察系统界面 设计中的动态变化，从而使程序员专注应用逻辑的实现。 2 、强大的底层编程语言 d e l p h i 实际上是p a s c a l 语言的一种版本，即o b j e c tp a s c a l 。 但是它与传统的p a s c a l 、c + + 语言等具有o o p 性能的程序语言有着天 壤之别。o b j e c tp a s c a l 是一种高层编译、强类型的编程语言。它支 持结构化和面向对象设计，而且代码易于阅读，编译速度快，能够使 用多个有标准部件编程的库单元文件。 3 、强大的组件开发能力 d e l p h i 提供了可视化组件库( v cl ) ，它是一种分层的类结构， 浙江大学硕士学位论文 是d e l p h i 可视化编程的核心部分。v c l 类库使用户可以从中任意继 承对象，从而生成自己的新对象，以实现特定的功能。d e l p h i 的所 有部件，无论使可视部件还是非可视部件，都是v c l 的一部分。 4 、响应几乎所有wi n d o w s 消息 d e l p h i 通过为一个应用程序中所有组件类型注册一个名为 m a i n w n d p r o c 的方法，将其作为窗体过程来进行消息流追踪，提供了 对w i n d o w s 消息处理的方法。它为每种不同类型的消息都定义了一种 特定的记录类型，并使每个参数都有一个便于记忆的名字，从而方便 了消息的处理。 第四节程序的总体结构 本系统是一种专为电脑绣花机进行花型设计的c a d 产品。通过 本系统可以辅助设计师进行设计、分析、优化及绘图。将设计师设计 的花样转化为绣花机的针法，从而在生成绣花机能够识别的磁盘文 件。 一、系统的组成模块 刺绣花版编辑c a d 系统功能模块图如图2 4 所示，系统中心功 能模块分为四大模块：制版与修版模块、组合文字模块、图库管理模 块、电子邮寄模块。 图2 - 5 花版编辑c a d 系统模块图 ( 一) 制版与修版模块 此模块是系统的核心模块，将制版功能与修版功能结合在一起， 主要功能是接受扫描输入的图像，标记图像轮廓，选择针法对图像编 针、保存图像至图库。模块的主要特点是： 1 、针法丰富 塑望查兰堡主兰垡丝奎 ( 1 ) 平针：平针是最能自由表现绣品而无打法限制。用途：绣平针 外框，垫底针，过境线，填补缝隙，加强尖锐形状。 ( 2 ) 直包针：文字、图案内有需直包针用之，连续数段短的直包针 可模拟曲包针。 ( 3 ) 曲包针：用于文字包针及弯曲包针图案。 ( 4 ) 直单线包针：一条直线即可做出包针，提升打版速度，并保持 包针宽度均匀。 ( 5 ) 曲单线包针：一条曲线即可做出曲包针，提升打版速度，并保 持包针宽度均匀。 ( 6 ) 应用包针：快速以一点绕外框一圈，或指定头尾两点做区段局 部，自动做包针边框线。可在榻榻米或包针之外围自动做出包 针。 ( 7 ) 复合满绣：打制外形，不规则形状可一次打完。 ( 8 ) 扇形满绣：若有一弯曲扇形范围需要满绣纹路时用之。 ( 9 ) a b 满绣：此为传统之满绣打法，a 、b 二侧之端点要求是相互 平行的。 ( 1 0 ) 羽毛绣：表现熊、虎、鸟类等动物身上的毛层。另外，有时包 针太宽，则用二层羽毛绣完成。 ( 1 1 ) 珠串绣：是一种装饰性绣法，进入更丰富的绣图设计变化领域。 ( 1 2 ) 珠串满绣：比一般满绣之针数用量少。珠串图库内有多种珠串 式样，可从中挑选适合的式样使用之。 ( 1 3 ) 曲单针：单针边框轮廓线，用于衬托图案。例如，鸟类的大羽 毛打制深色轮廓线。 ( 1 4 ) 应用曲单针：快速以一点( 绕外框一圈) 或指定头尾两点( 做区 段局部) 自动做单针边框轮廓线，可在榻榻米或包针之外围自 动做出平针( 单针) 滚边线。 2 、功能丰富 ( 1 ) 切( 剪) 线跳针：使绣花机做剪线动作，代替人工剪线，在打版 途中，剪线之后一定是跳针至另一处，此时已无绣线残留，绣 品看起来很洁净。 ( 2 ) 换色：使绣花机换针棒绣另一色线，换色也有停车作用。此讯 号视作停车或视作换色系依据机台操作状态而定。 ( 3 ) 空针：空针一般常用作锁线针，在绣花( x ，