基于鐵路選線(xiàn)CAD系統的圖形接口方法與交互技術(shù)

　　摘要：運用Visual c++ 2005和0bjeetARX 2008開(kāi)發(fā)工具，探討圖形實(shí)體的創(chuàng )建與實(shí)體屬性的設置方法。

　　利用結果緩沖區、DXF接口方法和ObjectARX類(lèi)函數，實(shí)現圖形數據自動(dòng)提取和圖形交互功能。以此為基礎開(kāi)發(fā)的線(xiàn)路設計系統，在一些設計單位完成了多項線(xiàn)路工程設計，取得良好的經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞：計算機輔助設計;鐵路選線(xiàn);ObjeetARX開(kāi)發(fā)工具;圖形交換文件

　　隨著(zhù)計算機圖形學(xué)理論和技術(shù)的迅猛發(fā)展，針對各行備業(yè)出現了多種計算機繪圖和計算機輔助設計CAD(computer aided design)的軟件和開(kāi)發(fā)工具，為工程設計人員提供了現代化的設計手段，提高了設計效率和繪圖質(zhì)量，使設計圖紙更加規范化。

　　20世紀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(mǎn)足設計人員的要求。為此，利用面向對象的程序設計方法，采用繪圖軟件的開(kāi)發(fā)工具包，開(kāi)發(fā)人工智能和自動(dòng)繪圖的計算機輔助設計軟件，已成為設計自動(dòng)化的發(fā)展趨勢。

　　近年來(lái)，土木、建筑、機械制造與設計行業(yè)在計算機輔助設計方面的研究工作取得了重要成果。

　　隨著(zhù)航測和遙感技術(shù)的發(fā)展，出現了航測地形圖、遙感影像圖及數字地面模型等數字和圖像產(chǎn)品，為鐵路選線(xiàn)設計自動(dòng)化和可視化奠定了基礎。本文基于A(yíng)utoCAD 2008繪圖平臺和ObjectARX 2008開(kāi)發(fā)工具，運用Visual c++ 2005語(yǔ)言，探討鐵路選線(xiàn)設計圖形接口方法和交互技術(shù)，通過(guò)對AutoCAD圖形數據庫的操作，在前臺進(jìn)行線(xiàn)路的平、縱斷面的交互設計，在后臺自動(dòng)獲取并存儲設計數據，最后調用設計數據自動(dòng)繪制線(xiàn)路平面、縱斷面設計圖。這種鐵路選線(xiàn)CAD系統的實(shí)現，可為設計部門(mén)提供實(shí)用、快捷、方便的現代化設計工具，大大提高設計效率和圖面質(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。在線(xiàn)路設計圖中包括幾何屬性和非幾何屬性，圖形實(shí)體有直線(xiàn)、圓、圓弧及文字等，圖形非幾何屬性有圖層、顏色、線(xiàn)型等。所以，建立生成圖形的基本圖元和屬性設置接口，是圖形生成的前提。

　　1.1 圖形接口的建立

　　1.1.1 結果緩沖區接口方法

　　(1)結果緩沖區結構在A(yíng)utoCAD中，實(shí)體數據描述表存儲在結果緩沖區中，結果緩沖區的結構為：

　　struct resbuf{struct resbuf rbnext;\\~向下一個(gè)結果緩沖區的指針變量short restype;\\用來(lái)指明resval值的類(lèi)型union ads U val resval;\\“結果緩沖區”節點(diǎn)值的resval變量);resval變量是個(gè)同位union ads U val類(lèi)型，成員變量有ads— real rreal，rpoint[3];short rint;charrstring等。結果緩沖區的restype字段，用來(lái)指明返回值resval的類(lèi)型。ADS函數處理實(shí)體時(shí)，其返回結果緩沖區的restype字段常常是DXF(drawingexchange file)實(shí)體代碼。

　　(2)利用結果緩沖區創(chuàng )建實(shí)體的方法定義結果緩沖區結構：struct resbuf entlist;創(chuàng )建實(shí)體數據描述表：不同的實(shí)體數據描述表的參數不同，以下為直線(xiàn)、圓和文字的數據描述表的構建方法，其他實(shí)體的數據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)體描述表添加到結果緩沖區中：status—ads— — entmake(entlist);釋放結果緩沖區：ads relrb(entlist);1.1.2 用創(chuàng )建類(lèi)對象的方法建立接口一幅AutoCAD的圖形是存儲在一個(gè)數據庫中的對象的集合。創(chuàng )建實(shí)體的過(guò)程就是向數據庫中添加對象的過(guò)程。不同的對象有其對應的子類(lèi)，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);設置實(shí)體顏色和圖層：pNewPline一>setColor—Index(color);pNewPline——>setLayer(1ayer);以讀的方式打開(kāi)當前圖形數據庫中的塊表，建立指向塊表的指針。

　　acdbHostApplicationServices()——>workingData--base()->getSymbolTable(pBlockTable，AcDb：：kForRead);以寫(xiě)的方式打開(kāi)模型空間，將塊表記錄指針指向模型空間數據庫。

　　pBlockTable->getAt(ACDB—MODEL—SPACE，pBlockTableRecord，AcDb：：kForWrite);將實(shí)體添加到圖形數據庫的塊表記錄中，返回對象標識。

　　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 )建可依據上述方法實(shí)現。

　　1.2 圖形非幾何特性設置為了便于圖形管理和符合制圖標準，在繪制設計圖時(shí)需設置圖形的非幾何特性，主要包括圖層、顏色、線(xiàn)型和線(xiàn)寬等。

　　1.2.1 建立圖層若不設置圖層，則圖形畫(huà)在“0”層中。當建立圖層時(shí) 可設置圖層的顏色、線(xiàn)型及圖層狀態(tài)(關(guān)閉、打開(kāi)，凍結等)等特性，將設計圖中不同內容繪制在各自的圖層中，便于圖形管理。方法如下：

　　(1)函數定義接口函數：AcDbObjectId addLayer(char layer.namell00]，char linetype[100]，int layer—color);

　　(2)加載線(xiàn)型在當前工作空間中，加載標準線(xiàn)型庫文件aca—diso.1in中的指定線(xiàn)型。acdbLoadLineTypeFne(hnetype，“…\\acadiso.1in”，pDb);

　　(3)建立新的層表記錄：AcDbLayerTableRe—cord pLayerTblRcd= new AcDbLayerTableRecord;

　　(4)設置層名：pLayerTblRcd一>setName(1ayer—name);

　　(5)設置圖層顏色：pLayerTblRcd一>setColor(color);f61設置線(xiàn)型在線(xiàn)型表中獲取線(xiàn)型標識：pLinetypeTbl一>getAt(1inetype，ltId);在層表記錄中設置線(xiàn)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)體非幾何特性設置實(shí)體的非幾何特性包括所屬的圖層、顯示的顏色、線(xiàn)型、線(xiàn)寬和線(xiàn)型比例等 設置方法如下：

　　(1)當前圖層設置在A(yíng)utoCAD環(huán)境下，圖形是畫(huà)在當前層中，所以，在繪圖時(shí)要先設置當前圖層，方法為：pDb一>setClayer(pLayerld)。

　　(2)設置線(xiàn)型比例在A(yíng)utoCAD 的模型空間設置線(xiàn)型總體比例方法如下：打開(kāi)當前數據庫：AcDbDatabase pDb—acdbHostApplicationSerVices()一>workingDatabase();設置線(xiàn)型總體比例：pDb一>setLtsca1e(Ltscale)。

　　(3)設置實(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)體顏色的設置方法為：pEntity一>setCo1orIndexfnewColor)。

　　(4)設置實(shí)體圖層：如果一個(gè)實(shí)體已經(jīng)指定了圖層，那么當前數據庫的圖層值會(huì )被忽略。設置實(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 矢量圖的主要內容

　　(1)工程設計圖中的幾何實(shí)體包括：點(diǎn)、直線(xiàn)、圓和圓弧、多段線(xiàn)(POLYLINE)、文字、尺寸標注等，其幾何屬性有離散點(diǎn)的坐標，直線(xiàn)的端點(diǎn)坐標和線(xiàn)段的長(cháng)度，圓的圓心坐標及半徑，多段線(xiàn)(POLYLINE)的各頂點(diǎn)坐標、線(xiàn)段的長(cháng)度和面積及文字的起點(diǎn)坐標等。

　　(2)圖形的非幾何信息有圖層、顏色、線(xiàn)型、線(xiàn)寬及層的狀態(tài)等。

　　2.1.2 實(shí)體信息提取原理利用結果緩沖區和DXF接口方法，結合Obje—ctARX工具的實(shí)體獲取技術(shù)，可提取對象的坐標、圖層、線(xiàn)型、顏色等信息。

　　結果緩沖區用于存儲實(shí)體信息，根據緩沖區變量restype的返回值，結合DXF組代碼來(lái)判斷組值的類(lèi)型，實(shí)體信息分類(lèi)如下：

　　(1)DXF圖形交換文件由7個(gè)節(Section)組成，每節由0組和其組值Section開(kāi)始，中間是若干個(gè)組，每組由組代碼和組值構成，節尾由0組和其組值ENDSEC組成。不同的組代碼對應的組值可為字符串、整型數、浮點(diǎn)數等。

　　(2)組代碼是0 9的整數，則返回值類(lèi)型為字符串(RTSTR)，組值為實(shí)體名稱(chēng)、圖層名和線(xiàn)型等。

　　(3)組代碼是10~19之間的整數時(shí)，返回值的類(lèi)型為RT3DPOINT，這種返回值為點(diǎn)的坐標：adsreal rpoint~3]，由此可獲得圖形中的散點(diǎn)坐標值。

　　(4)組代碼為38~59的整數時(shí)，其返回值的類(lèi)型為RTREAL，其值為實(shí)型數，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(xiàn)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A(yíng)utoCAD模型空間中，圖形為矢量圖，各對象有其對應的子類(lèi)，在DXF接口中，實(shí)體的幾何與屬性信息對應不同的組代碼和組值，根據子類(lèi)的不同可提取相應實(shí)體的幾何和屬性信息。多段線(xiàn)POLYLINE的子類(lèi)為AcDbPolyline，DXF的組碼為0，組值為POLYLINE，以多段線(xiàn)的頂點(diǎn)信息提取為例，說(shuō)明對象信息提取的原理和方法如下：

　　(1)獲取圖形實(shí)體運用ObjectARX開(kāi)發(fā)工具中的acedSSGet(“a”，NULL，NULL，NULL，ads name all entities)函數獲取圖形數據實(shí)體，然后，用acedSSLength(ads_name aii entities，long entities count)函數獲取選擇集中的實(shí)體數目。

　　(2)獲取實(shí)體名稱(chēng)利用acedSSName(ads name all entities，longi，ads name entity)函數，獲取all entities實(shí)體集合中第i個(gè)實(shí)體的名稱(chēng)并存放于參數entity中。

　　(3)實(shí)體數據描述表在結果緩沖區中獲取實(shí)體數據的描述表：struct resbuf entitybuf=ads— entget(entity)。

　　獲取結果緩沖區中所存儲的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)函數獲取POLYLINE實(shí)體標識符，再用該標識符對POLYLINE實(shí)體進(jìn)行遍歷，獲取頂點(diǎn)個(gè)數和坐標：pLine一>getPointAt(n，data—plineIn])，并將頂點(diǎn)坐標存人數據文件中【5】。

　　3、圖形交互技術(shù)在線(xiàn)路平面和縱斷面設計線(xiàn)完成后，經(jīng)常需要對線(xiàn)路平面圖的交點(diǎn)或縱斷面變坡點(diǎn)進(jìn)行交互調整和修改，交互修改包括插入、刪除和移動(dòng)點(diǎn)等方式。此處采用結構、指針，鏈表、實(shí)體數據獲取和操作等技術(shù)完成。

　　(1)獲取初始數據獲取工作路徑下的初始數據：設計標準、斷前和斷后里程、高程、繪圖比例等。

　　(2)建立縱斷面坡度線(xiàn)的數據結構為了便于存儲和操作坡度線(xiàn)的數據信息，坡度線(xiàn)的頂點(diǎn)結構體定義如下：struct podu{double k，X，h，h—Y，r;struct podu next;struct podu prior;}成員變量說(shuō)明： 為變坡點(diǎn)連續里程，k 為變坡點(diǎn)X坐標，h是變坡點(diǎn)高程，h Y是變坡點(diǎn)Y坐標，r是豎曲線(xiàn)半徑。

　　(3)獲取坡度線(xiàn)數據：先選擇對象：ads entsel(“\n請選擇坡段，然后根據需要移動(dòng)變坡點(diǎn)：\n”，pd— line，p0);再獲取實(shí)體標識：acdbGetObjectId(plineObjId，pd_ line);遍歷實(shí)體PP—iterate(plineObjId);設置結構首地址podu：podu start.

　　(4)判斷所選多段線(xiàn)是否為坡度線(xiàn)根據已存儲的設計坡段數據與所獲取的多段線(xiàn)頂點(diǎn)鏈表數據比較，運用while(podu){}循環(huán)判斷所選多段線(xiàn)是否為坡度線(xiàn)。若是坡度線(xiàn)，則進(jìn)行插入操作。

　　(5)首先判斷該段坡度是否滿(mǎn)足最大限坡的要求，若滿(mǎn)足條件，則建立坡度線(xiàn)鏈表。根據坡長(cháng)和坡度計算插入點(diǎn)的坐標，判斷插入點(diǎn)在鏈表中的位置，再將該點(diǎn)插入坡度線(xiàn)鏈表中，然后將鏈表中的數據寫(xiě)入數據文件中，以備后用。

　　(6)獲取結果緩沖區中的實(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：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(xiàn)根據重新生成的坡度線(xiàn)數據，利用坡度線(xiàn)繪圖接口畫(huà)出新的坡度線(xiàn)，接口函數如下：draw— pd(path—name—pd，n—dl，dl，h～scale，st—ic，orientation，hum—dg，dg—SZ，bz～ jj);

　　4、應用實(shí)例運用以上圖形接口方法和圖形數據提取技術(shù)開(kāi)發(fā)了鐵路選線(xiàn)CAD系統，圖1為該系統生成的一段鐵路縱斷面圖[6].系統主要特點(diǎn)如下：

　　(1)實(shí)現了線(xiàn)路平面和豎向設計可視化設計功能，由設計過(guò)程產(chǎn)生設計數據和設計文件，根據設計數據生成平面、縱斷面和橫斷面圖，改變了其他軟件必須由人工輸入設計數據而后產(chǎn)生設計圖的做法，真正實(shí)現了計算機輔助設計的功能[7]_

　　(2)針對選線(xiàn)中的地形圖和數字地模(DEM)，實(shí)現了數字地面模型形成與格式轉換。

　　(3)在平面和豎向設計過(guò)程中自動(dòng)產(chǎn)生設計數據，實(shí)現了設計圖和數據的聯(lián)動(dòng)、插入、移動(dòng)、合并和刪除等修改功能，實(shí)現了線(xiàn)路中的斷鏈處理等功能

　　5、結束語(yǔ)

　　在計算機輔助設計中，軟件平臺和開(kāi)發(fā)工具雖多種多樣，但圖形接口、交互技術(shù)、數據提取和存儲是CAD開(kāi)發(fā)的主要研究?jì)热�。本文采用VisualC++2005語(yǔ)言和強大的ObjectARX 2008二次開(kāi)發(fā)工具，直接對圖形數據庫進(jìn)行操作，結合鐵路選線(xiàn)設計原理、過(guò)程和設計經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)了符合實(shí)際設計要求的選線(xiàn)設計CAD系統，解決了勘測設計的實(shí)際問(wèn)題和難題，為勘測設計人員快速有效地實(shí)施設計思想提供了現代化的設計手段，極大地減輕了設計人員的勞動(dòng)強度，提高了設計效率。

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