詳細剖析了CAD的圖形交換格式———DXF文件的結構,分析了SVG文件的框架元素和圖形元素,建立了CAD中的對象、DXF文件中的實體和SVG中的元素三者之間的對應表,并對轉換中遇到的難點問題提出了解決方案,最后,通過編程實現驗證了方法的可行性。

引言

　　目前CAD技術已廣泛應用于建筑設計、機械設計、城市規劃、交通等領域,由其主流軟件AutoCAD或在之基礎上二次開發的軟件生成的圖紙層出不窮。SVG(Scalable Vector Graphics,可縮放的矢量圖形)基于XML標準,既具有開放性,文件較小,顯示放縮不損失質量等優點,又有強大的動畫交互功能和豐富的濾鏡效果。盡管現在已有一些SVG圖形的生成工具,但為了充分共享已有的CAD文件,使之能運用于WebGIS或圖形發布,因此有必要探討將CAD文件有效地轉換為SVG文件的問題。

　　AutoCAD的主要圖形格式為DWG文件和DXF文件,AutoCAD公司直今未公開DWG文件格式,如要直接讀取DWG文件,就需要分析其二進制數據,破譯其格式,這種工作相對很困難。另一種方法是利用AutoCAD的二次開發技術,使用如ADS、ObjectARX、VBA、Visual Lisp等開發語言直接訪問AutoCAD提供的一組ActiveX接口,獲取圖形文件中各個圖形對象的有用信息,然后使用SVG中相應的元素來描述這些圖形對象。但這種方法不能完全脫離AutoCAD平臺,應用不夠靈活。現在國外對DWG格式的研究也有很多,較為著名的是OpenDWG協會的ODT軟件包,該軟件包為直接操作DWG文件提供了豐富的函數。但要利用此軟件包必須是會員,并且需要繳費,在非盈利條件下可以免費使用。DXF是AutoCAD提供的圖形交換格式,它以ASCII碼格式存儲文件,可以用記事本編輯,簡單易讀,應用廣泛。DXF在表現圖形的大小方面十分精確,本文主要探討了DXF文件轉換到SVG文件的一系列問題。

1　DXF格式剖析

　　DXF格式是標記AutoCAD圖形文件中所包含的全部信息的一種表示方法,最小組成單位是組,每組占兩行,第一行是組碼,是一個整數,表明了其后數據元素的類型,也指出了數據元素對于給定對象(或記錄)類型的含意;第二行是組值,數據類型根據組碼的數值可以是字符串型、整型或浮點數型等。一個DXF文件分為七個區域(如圖1),每個區域均由多個組組成。每個區域都是以組碼0開始,其后跟隨著字符串SECTION,接著是組碼2和表示區域名稱的字符串(例如HEADER),當出現組碼0,其后跟隨字符串ENDSEC時表示該區域結束。所有區域都結束后,在DXF文件的最后是組碼0,后跟組值為字符串EOF作為文件的結束標志。圖2是DXF文件中的HEADER區域。一個DXF文件可以只包含七個區域中的若干個區域,而不是全部區域。七個區域中,最重要的是ENTITIES區域。一個最簡單的DXF文件可以只包含ENTITIES區域,而不需要包含其他任何區域,這樣就大大降低了DXF文件編寫的難度。

表1　DXF文件的組織結構

表2　DXF文件中的HEADER區域

　　DXF文件完整的組織結構說明如下：

• HEADER區域：包含圖形的基本信息,由一個AutoCAD數據庫版本號和許多系統變量組成。
• CLASSES區域：包含有關應用程序定義類的信息,這些類的實例包含在BLOCKS區域、ENTITIES區域和OBJECTS區域的數據庫中。
• TABLES區域：包含一系列符號表的定義。這些符號表包括:APP ID(應用程序標識表) 、BLOCK_RECORD (塊引用表) 、DIMSTYLE (標注樣式表) 、LAYER (圖層表) 、LTYPE (線型表) 、STYLE (文本樣式表) 、UCS(用戶坐標系表) 、VIEW (視圖表)和VPORT(視口配置表) 。
• BLOCKS區域：包括塊定義和組成圖形中每個塊引用的圖形圖元。
• ENTITIES區域：包含圖形中的所有圖形對象(包括點、線、面、插入塊,注記文字等實體) ,其中包括塊引用。
• OBJECTS區域：包含圖形中的非圖形對象。
• THUMBNAIL IMAGE區域:包含圖形中的預覽圖像。

2 SVG文件的結構分析

　　SVG矢量圖形具有很多優點,與目前網絡流行的點陣圖
像格式GIF和JPEG相比, SVG能任意對圖形顯示進行放縮
而保證圖像質量,不會出現點陣圖常見的鋸齒邊緣,文件容量相對較小,存儲效率高,下載速度快;與矢量動畫軟件Flash制作的圖形相比,也具有一些優勢,比如Flash的文件僅能用Flash軟件編輯,不利于文檔的更改和維護,而SVG圖形能用任意的文本編輯工具編輯; Flash的文件與通用的標準技術間缺乏互操作性,如缺乏與HTML 頁面或CSS表單互動的機制,而SVG能嵌入到HTML 頁面中,支持事件編程,能通過XSL或CSS的方法添加各種樣式等。

　　SVG是XML的擴展,在語法和格式上是XML 規范的一部分,但不屬于XML 所能解釋的范疇。SVG文檔區分大小
寫,具有XML的基本屬性 :

1. 所有的標記都有開始標記和結束標記,否則必須注明為空標記。空標記用反斜杠結束,如< line / >。
2. 標記必須正確嵌套。如果一個標記在另一個標記中開始,那么它也必須在那個標記中結束。
3. 文檔必須只有一個根。一個< svg > < / svg > 元素包含了一個SVG文檔的所有內容。
4. 文檔應該以XML 聲明< ? xml version = ”1. 0”? >開始。
5. 文檔應該包含一個DOCTYPE聲明, 該聲明指向一個允許元素的列表。

　　SVG 1. 0 文檔的DOCTYPE聲明是:

 <?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTDSVG1.0//EN"" http://www.w3.org/TR/2001/REC2SVG220010904/DTD/svg10.dtd">
<svg width="800" height="600" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
</svg>

　　SVG圖形包括框架元素和圖形元素。框架元素能夠包含圖形元素和其他框架元素,如:<svg>、<g>、<defs>、<symbol>、<clipPath>、<mask>、<pattern>、<marker>、<a>和<switch>。<g>元素是編組元素,能分組圖形對象,便于管理和使用,如對組進行變換或提供一個公共屬性。<defs>元素定義可重用部件,以后可在圖形主體中調用,這種重用技術最大限度地利用了HTTP的緩存功能,避免了數據的重復下載。調用<defs>元素定義的項有兩種方式,一種是定義的項通過其本地URL(或URI)引用;第二種是使用<use/>元素。

　　例如: <use xlink:href="#block1"/>

　　圖形元素包含路徑<path>、文字<text>、圖像<image>、<use>和六種基本形狀:矩形<rect>、圓<circle>、橢圓<ellipse>、線<line>、折線<polyline>、多邊形<polygon>,簡單圖形直接由基本形狀構建,每個基本形狀都帶有位置、大小、顏色、輪廓等屬性。復雜圖形可以用路徑<path>來描述,路徑是一系列命令,用來創建作為圖像一部分精確定義的形狀,該形狀可以是開放的或閉合的,并可以包含一條或多條線、曲線和線段,其中曲線可用圓弧、三次或兩次的Bezier曲線繪制。SVG提供了對嵌入圖像的支持,可以在<image>直接寫入圖像的二進制信息,也可以鏈接指向某個圖像文件,還可以用濾鏡中的<feImage>引入外部圖像文件加以處理。SVG在字體處理上采用了CSS 2中的字體顯示核心技術Web Font,保證在任何情況下看到的字體相同。SVG通過<transform>可以實現坐標轉換,實現圖形放縮、旋轉、鏡像、傾斜等效果。

3 DXF文件轉換為SVG文件

　　分析DXF文件和SVG文件,發現兩者在表示方式上有一定的相似之處,兩者均是文本文件,通過記錄圖形的特征數據來描述矢量圖形,比如圓,兩者均記錄了圓心、半徑等數據。但在有些圖形的描述上,記錄的特征數據是不同的,比如橢圓等。所以,實現CAD文件到SVG文件的轉換,不僅要分析AutoCAD中的每一類型的二維矢量圖形對象在DXF文件中的對應實體描述,以及SVG中對應于DXF文件中的實體的元素,而且應針對DXF記錄的特征數據利用相應的公式推導出SVG需要的數據。經過詳細深入的分析,得到AutoCAD中的對象、DXF文件中的實體和SVG中的元素之間的對應如表1所示。

表1　AutoCAD中的對象、DXF文件中的實體和SVG中的元素對應表

　　在轉換的過程中,會遇到一些難點,下面提出具體的解決方案:

3.1 坐標系統

　　不管是AutoCAD中的對象還是SVG中的圖形都是通過坐標定位的。但是兩者的坐標系統是不同的, AutoCAD的世界坐標系的原點在屏幕的左下角, X軸的正向朝右, Y軸的正向向上。SVG的坐標系的原點在初始視口(屏幕)的左上角,X軸的正向朝右, Y軸的正向朝下。兩者均可以定義自己的坐標系。在DXF文件向SVG文件轉換時,為保證圖形顯示正確,應將所有的圖形進行坐標矩陣變換。在SVG中使用下面語句:

<g transform="matrix(1 0 0 21 0 600)">
</g>

3.2 橢圓

　　由于在DXF文件中的橢圓記錄的特征數據和SVG中的橢圓元素需要的數據是不同的, DXF文件記錄了橢圓圓心、長軸的端點(相對于圓心的相對值) 、半長軸與半短軸的比例等數據。SVG中的橢圓元素需要橢圓圓心、半長軸、半短軸等數據。并且AutoCAD中的橢圓的長軸可以和水平軸成任意角度,但直接用SVG中的< ellip se >元素所繪的圖形只能使橢圓的長軸平行于水平軸,因此,需要計算長軸和水平軸所成角度,再使用旋轉變換。所以應利用下面公式轉換:

sl = S qr( x23 x2 + y23 y2)
ss = sl3 r1
aa = A tn ( y2 / x2) 3 180 /3. 141 592 6

　　其中sl代表橢圓的半長軸, ss代表橢圓的半短軸, aa代表橢圓的長軸與水平軸的角度, x2和y2是長軸的端點(相對于圓心的相對值) , r1是半長軸與半短軸的比例。

3.3 文字

　　對所有圖形進行了坐標系統轉換,但文字不同于其他圖形,轉換之后會出現了反轉,這時應先將文字相對于原所在位置的基線進行鏡像,這樣能保證文字按正常狀態顯示。

　　轉換之后,可能出現SVG中的中文不能顯示的情況,這是因為SVG有3種編碼形式: iso2885921 (ASCII) 、utf28和utf216, iso2885921 (ASCII)不能直接使用漢字字符, utf28和utf216是Unicode形式的編碼, utf28支持多語種,每一個ASCII字符使用一個字節來表示,對于其他字符使用三個字節來表示。utf216對于任何一個字符都是使用兩個字節來表示,這兩種編碼能正常顯示漢字。在編程時,如果直接寫SVG文檔,則文檔使用的是ASCII碼,所以不能正常顯示漢字。解決的方案是:

　　3.3.1 在SVG中,需要將中文字體名稱進行“國際化”,即將漢字字體名稱改為英文名稱,下面是部分字體對照列表(表2) 。

表2　部分漢字字體與英文名稱對照表

　　3.3.2 將ASCII碼的文檔轉換成Unicode編碼后寫文件。下面是VB 實現的代碼,將ASCII碼的文檔讀入byte 數組mem,通過StrConv( )轉換后,寫入文件。

fLength = FileLen (" c: / svg1. svg" )
ReDim mem (fLength) AsByte
Open "c: / svg1. svg" For Binary As #2
Get #2, , mem
Close #2
mem = StrConv(mem, vbUnicode, &H804)
Open svgfilename For Binary As #3
Put #3, , mem
Close #3

3.4 圓弧、橢圓弧

　　對于圓弧、橢圓弧等復雜圖形,在SVG中用< Path >元素
描述,其中有橢圓弧命令:

A rx ry x2axis2rotation large2arc2flag sweep2flag x y

　　其中, rx和ry分別是半長軸和半短軸, x2axis2rotation是弧所在橢圓的X 軸與水平方向的夾角, large2arc2flag 和sweep2flag決定橢圓弧的繪制方向,如果large2arc2flag為1代表大角度弧線,為0代表小角度弧線, sweep2flag為1代表起點到終點的弧線繞橢圓中心是順時針方向,為0是逆時針方向, x和y是橢圓弧終點坐標。這和DXF中的圓弧、橢圓弧描述的特征數據是不一樣的,同樣需要轉換。

3.5 圖塊

　　為了提高繪圖效率, AutoCAD中提供了圖塊對象。在DXF中,圖塊定義在TABLES 區域,在ENTITIES區域通過INSERT組碼存儲圖塊調用信息。轉換成SVG時,將圖塊定義用<defs>來組織,圖塊名作為每個defs元素的ID屬性,使用<use>元素調用圖塊信息。這種方式支持圖塊的嵌套。

3.6 圖層

　　圖層是AutoCAD中的一種非常有用的圖形管理方式,將圖形對象分門別類放在不同的圖層中,便于用戶管理、編輯和打印。在轉換器中,實現了根據圖層有選擇轉換圖形,極大地增強了靈活性。

4　應用實例

　　根據上述分析,筆者利用VB編程實現了二維矢量圖形從DXF文件到SVG文件的轉換,實現算法如下:

1. 選擇DXF文件后,進行DXF文件讀,顯示圖形所包含的所有圖層。
2. 輸入目標文件名。
3. 選擇要轉換的圖層。
4. 進行DXF文件到SVG文件的轉換:

1. 首先對一個臨時SVG文件進行初始化。
2. 根據從DXF文件中讀出的組碼和組值判斷對象的類型,不同類型的對象取得不同的屬性。
3. 進行必要的屬性轉換,對每個不同對象用SVG中相應的元素來描述。
4. 將轉換后的結果寫到臨時的SVG文件中。
5. 將臨時的SVG文件進行從ASCII碼到Unicode編碼的轉換。
6. 將Unicode編碼以二進制方式寫入目標文件。

圖1 通過轉換器轉換后得到的SVG圖形

5　結語

　　本文詳細剖析了DXF文件的結構,并且分析了SVG文件的基本要素和框架要素,建立了CAD中的對象、DXF文件中的實體和SVG中的元素三者之間的對應表,并對轉換中遇到的坐標系統轉換、文字顯示、圖塊、復雜圖形的顯示等多個問題提出了解決方案,最后,通過VB編程實現驗證了方法的可行性。這種轉換方法完全不依賴于AutoCAD平臺,靈活高效,具有一定的實用價值。