CAD文件转换为SVG文件的探讨

详细剖析了CAD的图形交换格式———DXF文件的结构,分析了SVG文件的框架元素和图形元素,建立了CAD中的对象、DXF文件中的实体和SVG中的元素三者之间的对应表,并对转换中遇到的难点问题提出了解决方案,最后,通过编程实现验证了方法的可行性。

引言

　　目前CAD技术已广泛应用于建筑设计、机械设计、城市规划、交通等领域,由其主流软件AutoCAD或在之基础上二次开发的软件生成的图纸层出不穷。SVG(Scalable Vector Graphics,可缩放的矢量图形)基于XML标准,既具有开放性,文件较小,显示放缩不损失质量等优点,又有强大的动画交互功能和丰富的滤镜效果。尽管现在已有一些SVG图形的生成工具,但为了充分共享已有的CAD文件,使之能运用于WebGIS或图形发布,因此有必要探讨将CAD文件有效地转换为SVG文件的问题。

　　AutoCAD的主要图形格式为DWG文件和DXF文件,AutoCAD公司直今未公开DWG文件格式,如要直接读取DWG文件,就需要分析其二进制数据,破译其格式,这种工作相对很困难。另一种方法是利用AutoCAD的二次开发技术,使用如ADS、ObjectARX、VBA、Visual Lisp等开发语言直接访问AutoCAD提供的一组ActiveX接口,获取图形文件中各个图形对象的有用信息,然后使用SVG中相应的元素来描述这些图形对象。但这种方法不能完全脱离AutoCAD平台,应用不够灵活。现在国外对DWG格式的研究也有很多,较为著名的是OpenDWG协会的ODT软件包,该软件包为直接操作DWG文件提供了丰富的函数。但要利用此软件包必须是会员,并且需要缴费,在非盈利条件下可以免费使用。DXF是AutoCAD提供的图形交换格式,它以ASCII码格式存储文件,可以用记事本编辑,简单易读,应用广泛。DXF在表现图形的大小方面十分精确,本文主要探讨了DXF文件转换到SVG文件的一系列问题。

1　DXF格式剖析

　　DXF格式是标记AutoCAD图形文件中所包含的全部信息的一种表示方法,最小组成单位是组,每组占两行,第一行是组码,是一个整数,表明了其后数据元素的类型,也指出了数据元素对于给定对象(或记录)类型的含意;第二行是组值,数据类型根据组码的数值可以是字符串型、整型或浮点数型等。一个DXF文件分为七个区域(如图1),每个区域均由多个组组成。每个区域都是以组码0开始,其后跟随着字符串SECTION,接着是组码2和表示区域名称的字符串(例如HEADER),当出现组码0,其后跟随字符串ENDSEC时表示该区域结束。所有区域都结束后,在DXF文件的最后是组码0,后跟组值为字符串EOF作为文件的结束标志。图2是DXF文件中的HEADER区域。一个DXF文件可以只包含七个区域中的若干个区域,而不是全部区域。七个区域中,最重要的是ENTITIES区域。一个最简单的DXF文件可以只包含ENTITIES区域,而不需要包含其他任何区域,这样就大大降低了DXF文件编写的难度。

 HEADER区域

 CLASSES区域

 TABLES区域

 BLOCKS区域

 ENTITIES区域

 OBJECTS区域

 THUMBNAIL IMAGE区域

表1　DXF文件的组织结构

0 SECTION 2 HEADER	HEADER区域的开始
9 ＄<变量> <组码> <值>	重复每一头部变量
0 ENDSEC	HEADER区域结束

表2　DXF文件中的HEADER区域

　　DXF文件完整的组织结构说明如下：

• HEADER区域：包含图形的基本信息,由一个AutoCAD数据库版本号和许多系统变量组成。
• CLASSES区域：包含有关应用程序定义类的信息,这些类的实例包含在BLOCKS区域、ENTITIES区域和OBJECTS区域的数据库中。
• TABLES区域：包含一系列符号表的定义。这些符号表包括:APP ID(应用程序标识表) 、BLOCK_RECORD (块引用表) 、DIMSTYLE (标注样式表) 、LAYER (图层表) 、LTYPE (线型表) 、STYLE (文本样式表) 、UCS(用户坐标系表) 、VIEW (视图表)和VPORT(视口配置表) 。
• BLOCKS区域：包括块定义和组成图形中每个块引用的图形图元。
• ENTITIES区域：包含图形中的所有图形对象(包括点、线、面、插入块,注记文字等实体) ,其中包括块引用。
• OBJECTS区域：包含图形中的非图形对象。
• THUMBNAIL IMAGE区域:包含图形中的预览图像。

2 SVG文件的结构分析

　　SVG矢量图形具有很多优点,与目前网络流行的点阵图
像格式GIF和JPEG相比, SVG能任意对图形显示进行放缩
而保证图像质量,不会出现点阵图常见的锯齿边缘,文件容量相对较小,存储效率高,下载速度快;与矢量动画软件Flash制作的图形相比,也具有一些优势,比如Flash的文件仅能用Flash软件编辑,不利于文档的更改和维护,而SVG图形能用任意的文本编辑工具编辑; Flash的文件与通用的标准技术间缺乏互操作性,如缺乏与HTML 页面或CSS表单互动的机制,而SVG能嵌入到HTML 页面中,支持事件编程,能通过XSL或CSS的方法添加各种样式等。

　　SVG是XML的扩展,在语法和格式上是XML 规范的一部分,但不属于XML 所能解释的范畴。SVG文档区分大小
写,具有XML的基本属性 :

1. 所有的标记都有开始标记和结束标记,否则必须注明为空标记。空标记用反斜杠结束,如< line / >。
2. 标记必须正确嵌套。如果一个标记在另一个标记中开始,那么它也必须在那个标记中结束。
3. 文档必须只有一个根。一个< svg > < / svg > 元素包含了一个SVG文档的所有内容。
4. 文档应该以XML 声明< ? xml version = ”1. 0”? >开始。
5. 文档应该包含一个DOCTYPE声明, 该声明指向一个允许元素的列表。

　　SVG 1. 0 文档的DOCTYPE声明是:

 <?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图形包括框架元素和图形元素。框架元素能够包含图形元素和其他框架元素,如:<svg>、<g>、<defs>、<symbol>、<clipPath>、<mask>、<pattern>、<marker>、<a>和<switch>。<g>元素是编组元素,能分组图形对象,便于管理和使用,如对组进行变换或提供一个公共属性。<defs>元素定义可重用部件,以后可在图形主体中调用,这种重用技术最大限度地利用了HTTP的缓存功能,避免了数据的重复下载。调用<defs>元素定义的项有两种方式,一种是定义的项通过其本地URL(或URI)引用;第二种是使用<use/>元素。

　　例如: <use xlink:href="#block1"/>

　　图形元素包含路径<path>、文字<text>、图像<image>、<use>和六种基本形状:矩形<rect>、圆<circle>、椭圆<ellipse>、线<line>、折线<polyline>、多边形<polygon>,简单图形直接由基本形状构建,每个基本形状都带有位置、大小、颜色、轮廓等属性。复杂图形可以用路径<path>来描述,路径是一系列命令,用来创建作为图像一部分精确定义的形状,该形状可以是开放的或闭合的,并可以包含一条或多条线、曲线和线段,其中曲线可用圆弧、三次或两次的Bezier曲线绘制。SVG提供了对嵌入图像的支持,可以在<image>直接写入图像的二进制信息,也可以链接指向某个图像文件,还可以用滤镜中的<feImage>引入外部图像文件加以处理。SVG在字体处理上采用了CSS 2中的字体显示核心技术Web Font,保证在任何情况下看到的字体相同。SVG通过<transform>可以实现坐标转换,实现图形放缩、旋转、镜像、倾斜等效果。

3 DXF文件转换为SVG文件

　　分析DXF文件和SVG文件,发现两者在表示方式上有一定的相似之处,两者均是文本文件,通过记录图形的特征数据来描述矢量图形,比如圆,两者均记录了圆心、半径等数据。但在有些图形的描述上,记录的特征数据是不同的,比如椭圆等。所以,实现CAD文件到SVG文件的转换,不仅要分析AutoCAD中的每一类型的二维矢量图形对象在DXF文件中的对应实体描述,以及SVG中对应于DXF文件中的实体的元素,而且应针对DXF记录的特征数据利用相应的公式推导出SVG需要的数据。经过详细深入的分析,得到AutoCAD中的对象、DXF文件中的实体和SVG中的元素之间的对应如表1所示。

表1　AutoCAD中的对象、DXF文件中的实体和SVG中的元素对应表

AutoCAD中的图形对象	DXF文件中的实体	SVG中对应的元素
矩形、多边形、多段线	LWPOLYLINE	polyline
圆	CIRCLE	Circle
椭圆	ELLIPSE	ellipse、rotate
直线	LINE	line
圆弧	ARC	path
椭圆弧	ELLIPSE	path
样条曲线	SPLINE	path
图块和块引用	BLOCK、INSERT	defs、g、use等
文字	TEXT、MTEXT	text
图像	IMAGE	image
多线	MLINE	polyline
图案填充	HATCH	defs、g、use等
参照线	XLINE	line
尺寸	DIMENSION	defs、g、use等

　　在转换的过程中,会遇到一些难点,下面提出具体的解决方案:

3.1 坐标系统

　　不管是AutoCAD中的对象还是SVG中的图形都是通过坐标定位的。但是两者的坐标系统是不同的, AutoCAD的世界坐标系的原点在屏幕的左下角, X轴的正向朝右, Y轴的正向向上。SVG的坐标系的原点在初始视口(屏幕)的左上角,X轴的正向朝右, Y轴的正向朝下。两者均可以定义自己的坐标系。在DXF文件向SVG文件转换时,为保证图形显示正确,应将所有的图形进行坐标矩阵变换。在SVG中使用下面语句:

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

3.2 椭圆

　　由于在DXF文件中的椭圆记录的特征数据和SVG中的椭圆元素需要的数据是不同的, DXF文件记录了椭圆圆心、长轴的端点(相对于圆心的相对值) 、半长轴与半短轴的比例等数据。SVG中的椭圆元素需要椭圆圆心、半长轴、半短轴等数据。并且AutoCAD中的椭圆的长轴可以和水平轴成任意角度,但直接用SVG中的< ellip se >元素所绘的图形只能使椭圆的长轴平行于水平轴,因此,需要计算长轴和水平轴所成角度,再使用旋转变换。所以应利用下面公式转换:

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

　　其中sl代表椭圆的半长轴, ss代表椭圆的半短轴, aa代表椭圆的长轴与水平轴的角度, x2和y2是长轴的端点(相对于圆心的相对值) , r1是半长轴与半短轴的比例。

3.3 文字

　　对所有图形进行了坐标系统转换,但文字不同于其他图形,转换之后会出现了反转,这时应先将文字相对于原所在位置的基线进行镜像,这样能保证文字按正常状态显示。

　　转换之后,可能出现SVG中的中文不能显示的情况,这是因为SVG有3种编码形式: iso2885921 (ASCII) 、utf28和utf216, iso2885921 (ASCII)不能直接使用汉字字符, utf28和utf216是Unicode形式的编码, utf28支持多语种,每一个ASCII字符使用一个字节来表示,对于其他字符使用三个字节来表示。utf216对于任何一个字符都是使用两个字节来表示,这两种编码能正常显示汉字。在编程时,如果直接写SVG文档,则文档使用的是ASCII码,所以不能正常显示汉字。解决的方案是:

　　3.3.1 在SVG中,需要将中文字体名称进行“国际化”,即将汉字字体名称改为英文名称,下面是部分字体对照列表(表2) 。

表2　部分汉字字体与英文名称对照表

英文名称	汉字字体	英文名称	汉字字体
FangSong_GB2312	仿宋_GB2312	KaiTi_GB2312	楷体_GB2312
YouYuan	幼圆	LiSu	隶书
SimSun	宋体	SimHei	黑体

　　3.3.2 将ASCII码的文档转换成Unicode编码后写文件。下面是VB 实现的代码,将ASCII码的文档读入byte 数组mem,通过StrConv( )转换后,写入文件。

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 圆弧、椭圆弧

　　对于圆弧、椭圆弧等复杂图形,在SVG中用< Path >元素
描述,其中有椭圆弧命令:

A rx ry x2axis2rotation large2arc2flag sweep2flag x y

　　其中, rx和ry分别是半长轴和半短轴, x2axis2rotation是弧所在椭圆的X 轴与水平方向的夹角, large2arc2flag 和sweep2flag决定椭圆弧的绘制方向,如果large2arc2flag为1代表大角度弧线,为0代表小角度弧线, sweep2flag为1代表起点到终点的弧线绕椭圆中心是顺时针方向,为0是逆时针方向, x和y是椭圆弧终点坐标。这和DXF中的圆弧、椭圆弧描述的特征数据是不一样的,同样需要转换。

3.5 图块

　　为了提高绘图效率, AutoCAD中提供了图块对象。在DXF中,图块定义在TABLES 区域,在ENTITIES区域通过INSERT组码存储图块调用信息。转换成SVG时,将图块定义用<defs>来组织,图块名作为每个defs元素的ID属性,使用<use>元素调用图块信息。这种方式支持图块的嵌套。

3.6 图层

　　图层是AutoCAD中的一种非常有用的图形管理方式,将图形对象分门别类放在不同的图层中,便于用户管理、编辑和打印。在转换器中,实现了根据图层有选择转换图形,极大地增强了灵活性。

4　应用实例

　　根据上述分析,笔者利用VB编程实现了二维矢量图形从DXF文件到SVG文件的转换,实现算法如下:

1. 选择DXF文件后,进行DXF文件读,显示图形所包含的所有图层。
2. 输入目标文件名。
3. 选择要转换的图层。
4. 进行DXF文件到SVG文件的转换:

1. 首先对一个临时SVG文件进行初始化。
2. 根据从DXF文件中读出的组码和组值判断对象的类型,不同类型的对象取得不同的属性。
3. 进行必要的属性转换,对每个不同对象用SVG中相应的元素来描述。
4. 将转换后的结果写到临时的SVG文件中。
5. 将临时的SVG文件进行从ASCII码到Unicode编码的转换。
6. 将Unicode编码以二进制方式写入目标文件。

 

图1 通过转换器转换后得到的SVG图形

 

5　结语

　　本文详细剖析了DXF文件的结构,并且分析了SVG文件的基本要素和框架要素,建立了CAD中的对象、DXF文件中的实体和SVG中的元素三者之间的对应表,并对转换中遇到的坐标系统转换、文字显示、图块、复杂图形的显示等多个问题提出了解决方案,最后,通过VB编程实现验证了方法的可行性。这种转换方法完全不依赖于AutoCAD平台,灵活高效,具有一定的实用价值。