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基于鐵路選線CAD系統(tǒng)的圖形接口方法與交互技術(shù)
摘要：運(yùn)用Visual c++ 2005和0bjeetARX 2008開發(fā)工具，探討圖形實(shí)體的創(chuàng)建與實(shí)體屬性的設(shè)置方法。
利用結(jié)果緩沖區(qū)、DXF接口方法和ObjectARX類函數(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)自動(dòng)提取和圖形交互功能。以此為基礎(chǔ)開發(fā)的線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在一些設(shè)計(jì)單位完成了多項(xiàng)線路工程設(shè)計(jì)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);鐵路選線;ObjeetARX開發(fā)工具;圖形交換文件
隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論和技術(shù)的迅猛發(fā)展，針對各行備業(yè)出現(xiàn)了多種計(jì)算機(jī)繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(computer aided design)的軟件和開發(fā)工具，為工程設(shè)計(jì)人員提供了現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段，提高了設(shè)計(jì)效率和繪圖質(zhì)量，使設(shè)計(jì)圖紙更加規(guī)范化。
20世紀(jì)90年代利用AutoCAD等軟件的交互式繪圖，已經(jīng)為工程技術(shù)和科技工作者繪圖提供了很大的便利，但繪圖速度和效率仍不能滿足設(shè)計(jì)人員的要求。為此，利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，采用繪圖軟件的開發(fā)工具包，開發(fā)人工智能和自動(dòng)繪圖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，已成為設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢。
近年來，土木、建筑、機(jī)械制造與設(shè)計(jì)行業(yè)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的研究工作取得了重要成果。
隨著航測和遙感技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了航測地形圖、遙感影像圖及數(shù)字地面模型等數(shù)字和圖像產(chǎn)品，為鐵路選線設(shè)計(jì)自動(dòng)化和可視化奠定了基礎(chǔ)。本文基于AutoCAD 2008繪圖平臺(tái)和ObjectARX 2008開發(fā)工具，運(yùn)用Visual c++ 2005語言，探討鐵路選線設(shè)計(jì)圖形接口方法和交互技術(shù)，通過對AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫的操作，在前臺(tái)進(jìn)行線路的平、縱斷面的交互設(shè)計(jì)，在后臺(tái)自動(dòng)獲取并存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，最后調(diào)用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制線路平面、縱斷面設(shè)計(jì)圖。這種鐵路選線CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可為設(shè)計(jì)部門提供實(shí)用、快捷、方便的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具，大大提高設(shè)計(jì)效率和圖面質(zhì)量。
1、圖形接口方法
基于Visual C++ 2005和ObjectARX的圖形接口的建立是圖形生成的基礎(chǔ)。在線路設(shè)計(jì)圖中包括幾何屬性和非幾何屬性，圖形實(shí)體有直線、圓、圓弧及文字等，圖形非幾何屬性有圖層、顏色、線型等。所以，建立生成圖形的基本圖元和屬性設(shè)置接口，是圖形生成的前提。
1.1 圖形接口的建立
1.1.1 結(jié)果緩沖區(qū)接口方法
(1)結(jié)果緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)在AutoCAD中，實(shí)體數(shù)據(jù)描述表存儲(chǔ)在結(jié)果緩沖區(qū)中，結(jié)果緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)為：
struct resbuf{struct resbuf rbnext;\\~向下一個(gè)結(jié)果緩沖區(qū)的指針變量short restype;\\用來指明resval值的類型union ads U val resval;\\“結(jié)果緩沖區(qū)”節(jié)點(diǎn)值的resval變量);resval變量是個(gè)同位union ads U val類型，成員變量有ads— real rreal，rpoint[3];short rint;charrstring等。結(jié)果緩沖區(qū)的restype字段，用來指明返回值resval的類型。ADS函數(shù)處理實(shí)體時(shí)，其返回結(jié)果緩沖區(qū)的restype字段常常是DXF(drawingexchange file)實(shí)體代碼。
(2)利用結(jié)果緩沖區(qū)創(chuàng)建實(shí)體的方法定義結(jié)果緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)：struct resbuf entlist;創(chuàng)建實(shí)體數(shù)據(jù)描述表：不同的實(shí)體數(shù)據(jù)描述表的參數(shù)不同，以下為直線、圓和文字的數(shù)據(jù)描述表的構(gòu)建方法，其他實(shí)體的數(shù)據(jù)描述表也可依此方法建立?1.entlist— ads— buildlist(RTDXF0，“LINE”，10，S—tartp，11，endp，RTNONE);entlist= ads— buildlist(RTDXF0，“CIRCLE”，10，centerp，40，r，62，color，RTNONE);將實(shí)體描述表添加到結(jié)果緩沖區(qū)中：status—ads— — entmake(entlist);釋放結(jié)果緩沖區(qū)：ads relrb(entlist);1.1.2 用創(chuàng)建類對象的方法建立接口一幅AutoCAD的圖形是存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中的對象的集合。創(chuàng)建實(shí)體的過程就是向數(shù)據(jù)庫中添加對象的過程。不同的對象有其對應(yīng)的子類，如AcDbLine，AcDbCircle，AcDbArc，AcDb2dPolyline，AcDbText等。以AcDb2dPolyline對象的創(chuàng)建方法為例，建立POLYLINE實(shí)體接口函數(shù)的方法如下：
圖形接口定義：
void createPolyline(AcGePoint3dArray ptArr，double width，int color，char layer)創(chuàng)建實(shí)體對象：
AcDb2dPolyline pNewPline=new AcDb2dPoly—line(AcDb：：k2dSimplePoly，ptArr，0.0，Adesk：：kFalse，width，width，NULL);設(shè)置實(shí)體顏色和圖層：pNewPline一>setColor—Index(color);pNewPline——>setLayer(1ayer);以讀的方式打開當(dāng)前圖形數(shù)據(jù)庫中的塊表，建立指向塊表的指針。
acdbHostApplicationServices()——>workingData--base()->getSymbolTable(pBlockTable，AcDb：：kForRead);以寫的方式打開模型空間，將塊表記錄指針指向模型空間數(shù)據(jù)庫。
pBlockTable->getAt(ACDB—MODEL—SPACE，pBlockTableRecord，AcDb：：kForWrite);將實(shí)體添加到圖形數(shù)據(jù)庫的塊表記錄中，返回對象標(biāo)識(shí)。
pBlockTableRecord——>appendAcDbEntity(pline·-ObjId，pNewPline);關(guān)閉塊表指針、塊表記錄指針和對象指針。如關(guān)閉塊表指針：pBlockTable->close()[ ];其他實(shí)體創(chuàng)建可依據(jù)上述方法實(shí)現(xiàn)。
1.2 圖形非幾何特性設(shè)置為了便于圖形管理和符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，在繪制設(shè)計(jì)圖時(shí)需設(shè)置圖形的非幾何特性，主要包括圖層、顏色、線型和線寬等。
1.2.1 建立圖層若不設(shè)置圖層，則圖形畫在“0”層中。當(dāng)建立圖層時(shí) 可設(shè)置圖層的顏色、線型及圖層狀態(tài)(關(guān)閉、打開，凍結(jié)等)等特性，將設(shè)計(jì)圖中不同內(nèi)容繪制在各自的圖層中，便于圖形管理。方法如下：
(1)函數(shù)定義接口函數(shù)：AcDbObjectId addLayer(char layer.namell00]，char linetype[100]，int layer—color);
(2)加載線型在當(dāng)前工作空間中，加載標(biāo)準(zhǔn)線型庫文件aca—diso.1in中的指定線型。acdbLoadLineTypeFne(hnetype，“…\\acadiso.1in”，pDb);
(3)建立新的層表記錄：AcDbLayerTableRe—cord pLayerTblRcd= new AcDbLayerTableRecord;
(4)設(shè)置層名：pLayerTblRcd一>setName(1ayer—name);
(5)設(shè)置圖層顏色：pLayerTblRcd一>setColor(color);f61設(shè)置線型在線型表中獲取線型標(biāo)識(shí)：pLinetypeTbl一>getAt(1inetype，ltId);在層表記錄中設(shè)置線型：pLayerTblRcd一>set—LinetypeObjectId(1tId);將層表記錄添加到層表中：pLayerTbl一>add(pLayerId，pLayerTblRcd);(7)關(guān)閉層表指針，返回層表的ID[3].
1.2.2 實(shí)體非幾何特性設(shè)置實(shí)體的非幾何特性包括所屬的圖層、顯示的顏色、線型、線寬和線型比例等 設(shè)置方法如下：
(1)當(dāng)前圖層設(shè)置在AutoCAD環(huán)境下，圖形是畫在當(dāng)前層中，所以，在繪圖時(shí)要先設(shè)置當(dāng)前圖層，方法為：pDb一>setClayer(pLayerld)。
(2)設(shè)置線型比例在AutoCAD 的模型空間設(shè)置線型總體比例方法如下：打開當(dāng)前數(shù)據(jù)庫：AcDbDatabase pDb—acdbHostApplicationSerVices()一>workingDatabase();設(shè)置線型總體比例：pDb一>setLtsca1e(Ltscale)。
(3)設(shè)置實(shí)體顏色：實(shí)體的顏色可與所在層不同，如果顏色值不是256(BYLAYER)，則實(shí)體與它所在圖層的顏色不一致。實(shí)體顏色的設(shè)置方法為：pEntity一>setCo1orIndexfnewColor)。
(4)設(shè)置實(shí)體圖層：如果一個(gè)實(shí)體已經(jīng)指定了圖層，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的圖層值會(huì)被忽略。設(shè)置實(shí)體圖層的方法為：pEntity一>setLayer(pLayerId)。
2、圖形信息的提取原理和方法
2.1 圖形信息及提取原理
2.1.1 矢量圖的主要內(nèi)容
(1)工程設(shè)計(jì)圖中的幾何實(shí)體包括：點(diǎn)、直線、圓和圓弧、多段線(POLYLINE)、文字、尺寸標(biāo)注等，其幾何屬性有離散點(diǎn)的坐標(biāo)，直線的端點(diǎn)坐標(biāo)和線段的長度，圓的圓心坐標(biāo)及半徑，多段線(POLYLINE)的各頂點(diǎn)坐標(biāo)、線段的長度和面積及文字的起點(diǎn)坐標(biāo)等。
(2)圖形的非幾何信息有圖層、顏色、線型、線寬及層的狀態(tài)等。
2.1.2 實(shí)體信息提取原理利用結(jié)果緩沖區(qū)和DXF接口方法，結(jié)合Obje—ctARX工具的實(shí)體獲取技術(shù)，可提取對象的坐標(biāo)、圖層、線型、顏色等信息。
結(jié)果緩沖區(qū)用于存儲(chǔ)實(shí)體信息，根據(jù)緩沖區(qū)變量restype的返回值，結(jié)合DXF組代碼來判斷組值的類型，實(shí)體信息分類如下：
(1)DXF圖形交換文件由7個(gè)節(jié)(Section)組成，每節(jié)由0組和其組值Section開始，中間是若干個(gè)組，每組由組代碼和組值構(gòu)成，節(jié)尾由0組和其組值ENDSEC組成。不同的組代碼對應(yīng)的組值可為字符串、整型數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等。
(2)組代碼是0 9的整數(shù)，則返回值類型為字符串(RTSTR)，組值為實(shí)體名稱、圖層名和線型等。
(3)組代碼是10~19之間的整數(shù)時(shí)，返回值的類型為RT3DPOINT，這種返回值為點(diǎn)的坐標(biāo)：adsreal rpoint~3]，由此可獲得圖形中的散點(diǎn)坐標(biāo)值。
(4)組代碼為38~59的整數(shù)時(shí)，其返回值的類型為RTREAL，其值為實(shí)型數(shù)，其中，組代碼39的組值為厚度(thickness)、組代碼40的組值為高度(如等高線的高程)、半徑等，其他組代碼的組值為角度等。
(5)組代碼是60~79的整數(shù)時(shí)，返回值為短整型RTSHORT，如顏色號碼及對齊方式等。
2.2 實(shí)體信息提取方法在AutoCAD模型空間中，圖形為矢量圖，各對象有其對應(yīng)的子類，在DXF接口中，實(shí)體的幾何與屬性信息對應(yīng)不同的組代碼和組值，根據(jù)子類的不同可提取相應(yīng)實(shí)體的幾何和屬性信息。多段線POLYLINE的子類為AcDbPolyline，DXF的組碼為0，組值為POLYLINE，以多段線的頂點(diǎn)信息提取為例，說明對象信息提取的原理和方法如下：
(1)獲取圖形實(shí)體運(yùn)用ObjectARX開發(fā)工具中的acedSSGet(“a”，NULL，NULL，NULL，ads name all entities)函數(shù)獲取圖形數(shù)據(jù)實(shí)體，然后，用acedSSLength(ads_name aii entities，long entities count)函數(shù)獲取選擇集中的實(shí)體數(shù)目。
(2)獲取實(shí)體名稱利用acedSSName(ads name all entities，longi，ads name entity)函數(shù)，獲取all entities實(shí)體集合中第i個(gè)實(shí)體的名稱并存放于參數(shù)entity中。
(3)實(shí)體數(shù)據(jù)描述表在結(jié)果緩沖區(qū)中獲取實(shí)體數(shù)據(jù)的描述表：struct resbuf entitybuf=ads— entget(entity)。
獲取結(jié)果緩沖區(qū)中所存儲(chǔ)的entitybuf->restype為實(shí)體的DXF組代碼，entitybuf->resva1.rstring為組值，組代碼和組值分別為0和“POLYLINE”時(shí)，則該實(shí)體為P0n LINE.用acdbGetObjectId(AcDbObjectId plineObjIdads name entity)函數(shù)獲取POLYLINE實(shí)體標(biāo)識(shí)符，再用該標(biāo)識(shí)符對POLYLINE實(shí)體進(jìn)行遍歷，獲取頂點(diǎn)個(gè)數(shù)和坐標(biāo)：pLine一>getPointAt(n，data—plineIn])，并將頂點(diǎn)坐標(biāo)存人數(shù)據(jù)文件中【5】。
3、圖形交互技術(shù)在線路平面和縱斷面設(shè)計(jì)線完成后，經(jīng)常需要對線路平面圖的交點(diǎn)或縱斷面變坡點(diǎn)進(jìn)行交互調(diào)整和修改，交互修改包括插入、刪除和移動(dòng)點(diǎn)等方式。此處采用結(jié)構(gòu)、指針，鏈表、實(shí)體數(shù)據(jù)獲取和操作等技術(shù)完成。
(1)獲取初始數(shù)據(jù)獲取工作路徑下的初始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、斷前和斷后里程、高程、繪圖比例等。
(2)建立縱斷面坡度線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為了便于存儲(chǔ)和操作坡度線的數(shù)據(jù)信息，坡度線的頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)體定義如下：struct podu{double k，X，h，h—Y，r;struct podu next;struct podu prior;}成員變量說明： 為變坡點(diǎn)連續(xù)里程，k 為變坡點(diǎn)X坐標(biāo)，h是變坡點(diǎn)高程，h Y是變坡點(diǎn)Y坐標(biāo)，r是豎曲線半徑。
(3)獲取坡度線數(shù)據(jù)：先選擇對象：ads entsel(“\n請選擇坡段，然后根據(jù)需要移動(dòng)變坡點(diǎn)：\n”，pd— line，p0);再獲取實(shí)體標(biāo)識(shí)：acdbGetObjectId(plineObjId，pd_ line);遍歷實(shí)體PP—iterate(plineObjId);設(shè)置結(jié)構(gòu)首地址podu：podu start.
(4)判斷所選多段線是否為坡度線根據(jù)已存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)坡段數(shù)據(jù)與所獲取的多段線頂點(diǎn)鏈表數(shù)據(jù)比較，運(yùn)用while(podu){}循環(huán)判斷所選多段線是否為坡度線。若是坡度線，則進(jìn)行插入操作。
(5)首先判斷該段坡度是否滿足最大限坡的要求，若滿足條件，則建立坡度線鏈表。根據(jù)坡長和坡度計(jì)算插入點(diǎn)的坐標(biāo)，判斷插入點(diǎn)在鏈表中的位置，再將該點(diǎn)插入坡度線鏈表中，然后將鏈表中的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)文件中，以備后用。
(6)獲取結(jié)果緩沖區(qū)中的實(shí)體選擇集：ads SS—get(“X”，NULL，NULL，&ebl，ssname);測量選擇集中的實(shí)體個(gè)數(shù)：ads— sslength(ssname，&ilast);在選擇集中逐個(gè)刪除實(shí)體：for(k：0;
(7)重新生成坡度線根據(jù)重新生成的坡度線數(shù)據(jù)，利用坡度線繪圖接口畫出新的坡度線，接口函數(shù)如下：draw— pd(path—name—pd，n—dl，dl，h～scale，st—ic，orientation，hum—dg，dg—SZ，bz～ jj);
4、應(yīng)用實(shí)例運(yùn)用以上圖形接口方法和圖形數(shù)據(jù)提取技術(shù)開發(fā)了鐵路選線CAD系統(tǒng)，圖1為該系統(tǒng)生成的一段鐵路縱斷面圖[6].系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：
(1)實(shí)現(xiàn)了線路平面和豎向設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)功能，由設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)文件，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)生成平面、縱斷面和橫斷面圖，改變了其他軟件必須由人工輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)而后產(chǎn)生設(shè)計(jì)圖的做法，真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能[7]_
(2)針對選線中的地形圖和數(shù)字地模(DEM)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地面模型形成與格式轉(zhuǎn)換。
(3)在平面和豎向設(shè)計(jì)過程中自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖和數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)、插入、移動(dòng)、合并和刪除等修改功能，實(shí)現(xiàn)了線路中的斷鏈處理等功能
5、結(jié)束語
在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，軟件平臺(tái)和開發(fā)工具雖多種多樣，但圖形接口、交互技術(shù)、數(shù)據(jù)提取和存儲(chǔ)是CAD開發(fā)的主要研究內(nèi)容。本文采用VisualC++2005語言和強(qiáng)大的ObjectARX 2008二次開發(fā)工具，直接對圖形數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，結(jié)合鐵路選線設(shè)計(jì)原理、過程和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求的選線設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，解決了勘測設(shè)計(jì)的實(shí)際問題和難題，為勘測設(shè)計(jì)人員快速有效地實(shí)施設(shè)計(jì)思想提供了現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段，極大地減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)效率。
參考文獻(xiàn)
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