Методы чтения векторной графики на примере DXF формата

Как правило, любая инженерная графика (схемы, планы и т.п.) представляется в векторном формате. Основным преимуществами использования векторной графики являются [1] :

• -    полная и эффективная возможность редактирования как объекта в целом, так и его частей;

• -    масштабируемость без потери качества и изменения размера файла;

• -    небольшой размер файла;

• -    качество не зависит от операций редактирования;

• -    размеры обычно указаны в аппаратно-независимых единицах;

• -    редактируемый текст с произвольным размещением.

Ряд работ [2], [3] посвящён поиску нестандартных решений для представления компьютерной информации.

Однако найти недорогой редактор обработки векторной графики, предоставляющий широкие возможности кастомизации и пользовательской настройкой отдельных элементов графики на сегодняшний день не представляется возможным. В связи с этим, часто возникает задача создания своего собственного обработчика векторной графики, способного работать с один из существующих форматов векторной графики.

Оптимальным выбором является формат DXF, разработанный фирмой Autodesk в качестве универсального формата обмена чертежами между разными CAD-системами – этот формат открыт и бесплатен (в отличие, например, от формата DWG), широко распространен (практически во всех CAD-системах присутствует экспорт в формат DXF) и удобен для программного считывания [4] .

Сложность заключается в большом объеме данных, хранимых в этом формате, что требует детального анализа структуры формата и выделения из него интересующих нас частей.

DXF-файл представляет собой текстовый файл в формате ASCII, заполненный так называемыми группами. Группа является минимальной структурной единицей файла. Внутреннее представление DXF файла представлено на рисунке 1. 0

SECTION

2 HEADER 9 $ACADVER AC 1027

Рисунок 1 – Представление DXF файла

Каждые две строчки являются группой. В первой строчке записывается код группы, во второй – значение. Код группы – это идентификатор того, что эта группа описывает. Например, коды 0-9 используются для обозначения строковых данных, а коды 10-59 – данных в формате с плавающей запятой двойной точности (double). Но коды используются не только для указания типа значения группы; они также обозначают, что именно содержится в значении группы. Например, код 0 используется в строго определенных случаях – начало секции, конец секции, начало таблицы и т.д., код 2 означает, что в значении группы описано имя (секции, таблицы, примитива…). Общая структура DXF-файла представлена на рисунке 2.

DXF-файл состоит из разделов, которые называются секциями (SECTION). Каждая секция начинается с двух групп – 0:SECTION и 2:Имя_секции, и заканчивается группой 0:ENDSEC. Количество и порядок секций в различных версиях DXF формата могут меняться, в новых версиях добавляются новые разделы.

К секциям, которые можно встретить в любой версии формата DXF относятся секции HEADER (заголовок), TABLES (таблицы), ENTITIES (примитивы) и BLOCKS (блоки примитивов).

В секции HEADER хранятся различные переменные чертежа, имеющие свое имя. Например, здесь хранится название и версия программы, создавшей чертеж, положение базовой точки чертежа, максимальные и минимальные координаты в чертеже и т.д.

pkg Структура DXF файла

DXF файл

О : EOF

-............................................... -I

Рисунок 2 – Общая структура DXF файла

В секции TABLES хранятся массивы данных, такие как таблица слоев со всеми их свойствами, таблица стилей и т.д.

Особый интерес для считывания представляют секции BLOCKS и ENTITIES, в которых хранятся отображаемые объекты.

В секции ENTITIES хранятся данные о примитивах – базовых графических данных чертежа. Примитив – это какая-то геометрическая фигура, например, точка, линия, окружность, дуга и т.д. Существуют также сложные примитивы, состоящие из других примитивов, например, полилиния (POLYLINE), состоящая из вертексов, соединенных прямыми или дугами.

Начало примитива определяется группой 0:Имя_примитива, заканчивается описание примитива следующей группой 0:Имя_примитива или 0:ENDSEC. Сложные примитивы необходимо считывать по-особому, т.к. группа 0:Имя_примитива может встречаться внутри них. В этом случае конец сложного примитива будет приходиться на первую группу 0:Имя_примитива после группы 0:SEQEND.

Только для составных

___примитивов, состоящих из других, более простых* например.

POLYLINE или CURVE, состоящих ио VERTEX'oe

Рисунок 3 – Структура секции ENTITIES

Пример описания простейшего примитива – линии представлен на рисунке 4. Значение каждой строчки описано в комментариях.

В примере представлены поля, которые присутствуют в описании практически любой линии, в реальности в описании примитивов может присутствовать намного больше параметров. Полный список всех групповых кодов для примитивов и их значений представлен в DXF Reference [5] .

В секции BLOCKS также содержится описание примитивов, однако здесь они объединены в блоки. Каждый блок имеет уникальный идентификатор и название и может использоваться в секции ENTITIES с помощью примитива INSERT.

О /Начало секции SECTION

• 2    ;Се Юдин Примитивы ENTITIES

О /Начало примитива Линия LINE

• 5    /Уникальный идентификатор примитива 1ЕС

• 8    /Номер слоя, на котором расположен примитив О

• 10    /Координата X начальной точки 0.0

• 20    /Координата Y начальной точки 0.0

30 /Координата Z начальной точки 0.0

• 11    /Координата X конечной точки

  452.55480855023052

601.16555418995085

21 /Координата Y конечной точки

• 31    /Координата Z конечной точки 0.0

Рисунок 4 – Описание линии в секции ENTITIES

Таким образом, можно, один раз нарисовать сложную фигуру, объединить входящие в нее примитивы в блок, присвоить ему уникальное имя и использовать его несколько раз в секции ENTITIES, вместо повторного рисования одной и той же фигуры. Преимуществом перед методом копирования и последующей вставки группы примитивов является изменение отображения всех вхождений блока в чертеж при изменении описания этого блока в секции. Общая структура секции BLOCKS показана на рисунке 5.

Именно наличие секции BLOCKS позволяет пользовательскому редактору добавлять дополнительные настройки отдельным элементам. Все сложные элементы описываются в этой секции и имеют уникальные идентификаторы, по которым можно выделить их из графических примитивов. Считав из секции ENTITIES такой элемент, мы имеем возможность добавить в него дополнительные функции, такие как изменение состояния и т.п.

О : SECTION

2:BLOCKS

О : Имя примитива |

О : ENDBLK

Параметры блока |

О BLOCK

О ENDSEC

Рисунок 5 – Структура секции BLOCKS

За исключением заголовка, структуры отдельного блока из секции BLOCKS во многом совпадает с описанием примитивов в секции ENTITIES. Пример использования блока на рисунке 6.

Рисунок 6 – Использование блока в секции ENTITIES

Код 0 – имя команды. Код 5 – идентификатор. Код 8 – номер слоя. Код 2 – имя блока. Код 10 – смещение блока от начала координат по оси X. Код 20 – смещение блока от начала координат по оси Y. Код 30 – смещение блока от начала координат по оси Z.