基于o b j e c t a k x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)最早最重要的應(yīng)用之一，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)發(fā) 展的主要?jiǎng)恿χ?。目前?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代各行各業(yè)不可缺少的技術(shù)基 礎(chǔ)和可持續(xù)發(fā)展的必要手段，并已創(chuàng)造出極其巨大的社會(huì)財(cái)富。而工程圖紙目前 廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，工程圖系統(tǒng)具有非常重要的作用，是工程設(shè)計(jì) c a d 軟件中最重要的模塊之一。 本文主要從事工程圖紙自動(dòng)處理技術(shù)的研究。文中首先運(yùn)用a u t o c a d 的二 次開發(fā)工具o b j e c t a r x ，建立了解決一般工程圖紙自動(dòng)處理的結(jié)構(gòu)模型；接著對 工程圖紙自動(dòng)處理進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；另外著重對工程圖紙自動(dòng)處理的關(guān)鍵部分明 細(xì)表處理，提出了明細(xì)表整體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)流程。 在分析和探討工程圖紙自動(dòng)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用二次開發(fā)工具 o b j e c t a r x ，建立了解決一般工程圖紙自動(dòng)處理的結(jié)構(gòu)模型，即繪圖環(huán)境與 圖框設(shè)置處理，訪問和操作a u t o c a d 的圖形數(shù)據(jù)庫，以及明細(xì)表處理。 對工程圖紙?zhí)幚磉M(jìn)行了功能劃分，分析了工程圖紙基本部分處理的設(shè)計(jì)思 想，提出了對工程圖紙繪圖環(huán)境初始化與圖框設(shè)置處理的算法，以及設(shè)計(jì)了 訪問和操作a u t o c a d 圖形數(shù)據(jù)庫的算法。 分析了明細(xì)表自動(dòng)處理的設(shè)計(jì)方法，提出了明細(xì)表生成的命令算法，闡述了 明細(xì)表內(nèi)容項(xiàng)目的編輯與處理，描述了明細(xì)表系統(tǒng)的管理和參數(shù)的設(shè)置，得 出了明細(xì)表自動(dòng)處理整體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)流程。 最后通過實(shí)現(xiàn)無錫華光鍋爐公司和浙大合作的項(xiàng)居中的部分內(nèi)容，利用實(shí)例 具體展示利用o b j ec t l u 技術(shù)對工程圖紙?zhí)幚淼那昂笮Ч麑Ρ茸兓?，說明所 創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型對解決當(dāng)前普遍存在的工程圖圖紙問題的實(shí)際意義。 關(guān)鍵詞：圖形處理；o b j e c t a r x ；明細(xì)表；a u t o c a d 基于o b j e e t a g x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 s t u d yo fd r a w i n ga u t o m a t i c a l l yt e c h n i c a l p r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x a b s t r a c t c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( c a d ) ，t h em o s ti m p o r t a n ta p p l i c a t i o na n dt h em a j o r m o t i v n yo f t h ec o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , h a db e e nt h ei n d i s p e n s a b l et e c h n i c a l m e a n si ne v e r yw a l ko fl i f e ，a n dh a dc o n t r i b u t e dt ot h ew o r l d sd e v e l o p m e n tg r e a t l y t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g ，p l a y i n go n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr o l eo fc a d ，h a sb e e n a p p l i e di ne a c hf i l e do f e c o n o m y 弼d e l y t h i sp a p e rs t u d i e st h et e c h n i q u eo fe n g i n e e r i n g d r a w i n g sa u t o m a t i c a l l y p r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x ，t h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d ，a n di n t r o d u c e h o wt h ee n g i n e e r i n gd r a w i n go o m ei n t ob e i n ga n dg e tt o w o r k , e s p e c i a l l yo n d e m a r c a t i o no ff u n c t i o na n d & a l i n go ff r a m e w o r k m e a n w h i l e ，t h ep a p e rs t u d i e s t h ec r u c i a ld a t a b a s eo fe n g i n e e r i n gd r a w i n ga n dl i s ta sw e l l f i r s t , i ts e t su pag e n e r a lf r a m e w o r km o d e lo fe n g i n e e r i n gd r a w i n g s a u t o m a t i c a l l yp r o c e s s i n gb a s e do no b j e c t a r x , s u c ha sc i r c u m s t a n c eo f d r a w i n g ， g r a p hd a m b a s eo fo p e r a t i n ga u t o c a d ，l i s t sp r o c e s s i n ga n ds oo n s e c o n d , i tc a r v e s 叩t h ee n g i n e e r i n g & a w i n gi nt e r mo ft h e i rf u n c t i o n s ，a n d c a r r i e st h r o u g ht h et e c h n i c a lo p e r a t i o no f e v e r yp a r to f t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g t h i r d , i tp u t sf o r w a r dt h ew h o l et e c h n i c a lf l o wo ft h el i s t sp r o c e s s i n g t h ek e y s e c to f t l ! ! ee n g i n e e r i n gd r a w i n g sa u t o m a t i c a l l yp r o c e s s i n g a tl a s t , i ti n t r o d u c e st h e c o o p e r a t i v ei t e mb e t w e e nw u x ih u a g u a n gb o i l e r c o m p a n ya n dz h e j i a n gu n i v e r s i t y t os h o we f f e c tc o n t r a s ta n dr e a l i s t i c s i g n i f i c a n c eo f n s i n go b j e e t a r xi nt h ee n g i n e e r i n gd r a w i n g sp r o c e s s i n g k e y w o r d s ：p r o c e s s i n go fd r a w i n g ，0 b j i e e t a r x , f o r mo fd a t a ，a u t o c a d 基于o b j e c t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ) 技術(shù)，就是利用計(jì)算機(jī)幫助工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)， 目前在工程圖紙的繪制工作中得到普遍使用。而工程圖紙目前在許多行業(yè)具有廣 泛應(yīng)用的實(shí)際作用與現(xiàn)實(shí)意義。隨著c a d 技術(shù)在我國的普及推廣，如何運(yùn)用c a d 技術(shù)手段來更好的操作工程圖紙，使得大大提高工作效率與經(jīng)濟(jì)效益，成為當(dāng)前 的一個(gè)焦點(diǎn)。 1 1 工程圖紙的構(gòu)成與作用 1 1 1 工程圖紙的構(gòu)成 工程圖紙利用二維圖形以及相關(guān)的標(biāo)注和說明來表達(dá)設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)、幾何 屬性以及材料屬性等相關(guān)的工程屬性 1 l l 。工程圖系統(tǒng)則為一個(gè)工程生成足夠的 圖紙，表達(dá)工程結(jié)構(gòu)和建筑材料的完整信息，用來指導(dǎo)工程施工。工程圖系統(tǒng)同 時(shí)記錄圖紙生成的相關(guān)信息，對圖紙的整個(gè)生命周期進(jìn)行維護(hù)和管理。 圖1 1 工程圖圖紙構(gòu)成 工程圖紙一般由圖形區(qū)、材料欄、圖簽欄和會(huì)簽欄組成。將在指定的視向和 視域中得到的模型中的元件經(jīng)過比例調(diào)整之后放置在圖形區(qū)。圖形區(qū)中的內(nèi)容包 括元件的圖形，元件的各種尺寸標(biāo)注及文字說明，以及反映投影方向的方向標(biāo)。 材料欄記錄圖面構(gòu)件的全部材料數(shù)量和規(guī)格說明，如果材料欄記錄太多，可以分 成多頁記錄。圖簽欄是工程設(shè)計(jì)單位的圖紙標(biāo)志，不同的設(shè)計(jì)單位圖簽欄是不同 基于o b j c c t a k x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 的。圖簽欄中一般記錄工程信息、圖紙的編號(hào)和修改歷史信息。會(huì)簽欄記錄對圖 紙進(jìn)行會(huì)審之后的作者簽名。如圖1 1 所示，是一個(gè)平面圖圖紙，它是由三個(gè)不 同標(biāo)高樓層的平面圖塊組成。 1 1 2 工程圖紙的作用 工程圖系統(tǒng)具有非常重要的作用，是工程設(shè)計(jì)c a d 軟件中最重要的模塊之 一。工程建模、計(jì)算分析、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等模塊都是對工程進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)使用的工 具。要將這些成果應(yīng)用到工程中，必須有一個(gè)完善的表達(dá)方式，也就是說需要有 一個(gè)有力的工具來支持從設(shè)計(jì)到施工的過渡，這個(gè)工具就是工程圖系統(tǒng)。工程圖 系統(tǒng)以二維圖紙的形式來表達(dá)施工中需要的完整信息。在工程設(shè)計(jì)中，工程圖紙 可以用來進(jìn)行工程統(tǒng)計(jì)、預(yù)算，使工程人員在施工之前便可以大體明確工程的工 程量和工程的造價(jià)，便于對工程進(jìn)行決策和投標(biāo)。在工程施工中，其材料加工、 建筑設(shè)計(jì)等都是直接按照圖紙中的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。根據(jù)工程圖紙可以確定工程的進(jìn) 展，設(shè)定工程中人力的配置。根據(jù)圖紙中的材料表可以預(yù)先準(zhǔn)確地知道工程建設(shè) 所需要的材料，可以確保材料足夠使用，并將材料的冗余減少到最小。 工程圖系統(tǒng)的重要性還表現(xiàn)在它成百上千倍地提高圖紙生成的速度，使用計(jì) 算機(jī)自動(dòng)生成圖紙是工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的一個(gè)飛躍，它帶來了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)效率的極大提 高。傳統(tǒng)上使用手工繪制圖紙，一般每張圖紙需要二至三天，使用計(jì)算機(jī)輔助繪 制圖紙則需要2 3 個(gè)小時(shí)，而使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成圖紙，每張圖紙只需要2 3 分鐘 甚至數(shù)秒鐘! 一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目往往要出圖紙幾萬到幾十萬張，例如我國的大型核電 項(xiàng)目秦山核電站二期工程 1 2 1 0 單是i s o 圖紙就需要繪制近4 0 0 0 0 余張，圖紙的工 作量非常大，要占去設(shè)計(jì)任務(wù)的很大一部分，并且設(shè)計(jì)工作的重復(fù)性大，另外材 料統(tǒng)計(jì)的工作量也非常大，很難統(tǒng)計(jì)精確，手工統(tǒng)計(jì)時(shí)間長而且容易造成工程材 料的不足或浪費(fèi)。而使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)的材料統(tǒng)計(jì)功能可以精確計(jì)算出實(shí)際所需要 的材料總量，極大地避免材料的浪費(fèi)。使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成圖紙還有一個(gè)重要的 性能，就是生成的圖紙易于存儲(chǔ)、修改和管理。圖紙的存儲(chǔ)和維護(hù)是工程中極費(fèi) 人力和物力的工作，需要消耗大量的資源而且效率極低，而使用計(jì)算機(jī)對圖紙進(jìn) 行存儲(chǔ)和管理將這種消耗和低效降到了最低的限度。 工程圖系統(tǒng)的應(yīng)用為工程建設(shè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和效率的提高，所以它 一直是工程設(shè)計(jì)c a d 軟件中重點(diǎn)實(shí)施的功能，并得到了持續(xù)而深入的研究。 1 2 圖紙自動(dòng)處理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自二十世紀(jì)八十年代起，由于工程圖紙文件與企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)密切相 關(guān)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，a u t o l i s p ，a d s 、a r x 、v b a 等開發(fā)軟件的問世， 人們對工程圖紙的自動(dòng)處理技術(shù)的研究逐漸深入。 2 基o b j e e t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 1 國外研究發(fā)展現(xiàn)狀 國外在圖紙自動(dòng)處理方面的研究發(fā)展已比較成熟，比如在對圖紙的文字信息 提取方面，由于設(shè)計(jì)習(xí)慣和標(biāo)準(zhǔn)的不同多采用“模塊化屬性文字”的方法。這種 方法需要先定義模塊，定義模塊其中“設(shè)計(jì)、審核、批準(zhǔn)”和線框圖形一樣已經(jīng) 事先定義在模塊中1 1 3 1 。屬性文字的位置和類別也已經(jīng)事先定義在模塊中。應(yīng)用 時(shí)候只需在事先定義好的屬性文字位置寫文字。 國外在數(shù)據(jù)信息提取，圖形圖像識(shí)別等相關(guān)領(lǐng)域研究比較深入。提取圖形文 件中的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過專家系統(tǒng)處理后應(yīng)用于生產(chǎn)加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，另外將人工 智能的方法應(yīng)用于標(biāo)題欄、明細(xì)表文字信息提取匯總等方面。 1 9 9 8 年，日本東京科技協(xié)會(huì)在未來制造系統(tǒng)與技術(shù)國際會(huì)議上探討了“基于 c a d c a m 系統(tǒng)發(fā)展”的問題。會(huì)議上具體探討了在計(jì)算機(jī)集成制造( c 玎“) 環(huán) 境下，關(guān)鍵技術(shù)c a d c a m 充分集成，對于圖紙自動(dòng)處理技術(shù)方面的應(yīng)用。闡述 了計(jì)算機(jī)輔助制圖與專家系統(tǒng)概念的合成1 1 4 1 提出計(jì)算機(jī)輔助制圖與專家系統(tǒng) 的概念是圖紙自動(dòng)處理中的信息提取分析的基礎(chǔ)。 2 0 0 0 年，日本電氣公司開發(fā)了應(yīng)用智能工程圖紙和幾何學(xué)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了工程 圖紙自動(dòng)處理的許多工程應(yīng)用功能。其中智能工程和幾何學(xué)是其中的關(guān)鍵技術(shù)， 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)直接對工程圖紙文件提取的信息進(jìn)行處理。同時(shí)系統(tǒng)在工程圖紙的矢 量化技術(shù)方面采用了基于細(xì)化的方法，達(dá)到了較高水平。 工程圖識(shí)別技術(shù)是目前國# b c a d c g 技術(shù)領(lǐng)域中的前沿課題。國外研究人員 在7 0 年代時(shí)就開始致力于這方面的研究，大多數(shù)是對工程圖識(shí)別基本途徑進(jìn)行探 討。n 8 0 年代，國外在這方面取得了一些研究成果。然而在該領(lǐng)域方面存在著較 大的難度，國外研究者大多將工程圖輸入與識(shí)別分離開來，單獨(dú)作為處理。通過 將圖像轉(zhuǎn)化為矢量形式，然后并入c a d 繪圖系統(tǒng)對矢量形式的線條進(jìn)行編輯修 改。9 0 年代以來，各國相繼推出了一些功能不一的模型或軟件，如挪威與德國 m b b 合資的s y s s c a n 、美國的a n a t e c h ，c a do v e r l a y ，e p s 、加拿大的d a t a p a s h 等 系統(tǒng)。日本松下電氣產(chǎn)業(yè)公司研制的機(jī)械圖自動(dòng)識(shí)別裝置，可以對工程圖紙的線 條與尺寸標(biāo)注之間的關(guān)系進(jìn)行一定的校驗(yàn)。德國柏林工業(yè)大學(xué)fl k r a l l $ e 教授主 持研制的c a s u s 系統(tǒng)可以識(shí)別手動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)草圖。 1 2 2 國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀 由于我國中小企業(yè)多，標(biāo)準(zhǔn)不一，工作習(xí)慣不同，很多企業(yè)都有自己的工程 圖紙標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，就會(huì)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)、格式的不同產(chǎn)生很多問題，也會(huì) 因此浪費(fèi)大量的人力、物力、時(shí)間。因此國內(nèi)在圖紙自動(dòng)處理的研究發(fā)展也比較 快。在工程圖紙生成技術(shù)、工程圖紙識(shí)別技術(shù)、工程圖矢量化技術(shù)工程圖圖檔管 基于o b j e e t h r ) ( 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 理技術(shù)等方面都取得了一系列的進(jìn)展。 1 9 9 9 年北京科學(xué)院對機(jī)械工程圖中說明文字的分離研究，通過改進(jìn)說明文字 的控制，使圖形的限制范圍的大小和圖紙中相關(guān)的圖形之間的像素密度得到增加 和改進(jìn)。說明文字不再與圖形相關(guān)聯(lián)，在控制上與圖形相互獨(dú)立。實(shí)踐證明這種 方法簡單快速、不會(huì)損壞圖形中的文字和符號(hào)，可以用于所有的線性圖形與文字、 符號(hào)的分離。 2 0 0 0 年清華大學(xué)國家工程c a d 中心進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助繪圖與報(bào)表一體化管 理的研究，將計(jì)算機(jī)輔助繪圖與圖樣中標(biāo)題欄、明細(xì)表、圖紙管理信息庫和各種 工程匯總報(bào)表有機(jī)地結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)了c a d 繪圖、圖紙管理與各種工程報(bào)表的 統(tǒng)一管理和自動(dòng)匯總，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，保證了圖紙信息與產(chǎn)品報(bào)表匯總 信息的高度一致性，并為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn) 打下了良好的基礎(chǔ) 1 5 1 其方法為“模板匹配”方式提取信息。 2 0 0 3 年浙江大學(xué)c a d & c g 國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的從c a d 工程圖自動(dòng)提取零 部件信息的方法及實(shí)現(xiàn)研究，提出了用自由表格的矩陣表示法有效地解決工程圖 中自由表格的結(jié)構(gòu)提取問題。用矩陣方式區(qū)分不同格式的標(biāo)題欄的表格數(shù)據(jù)，來 識(shí)別不同樣式的工程圖樣中的標(biāo)題欄、明細(xì)表的方法。這種方法比較靈活，但需 要保存表格數(shù)據(jù)，而且文字部分仍需定義模板，以“模板匹配”方式提取信息。 在工程圖紙識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)也已有不少單位從事掃描處理識(shí)別研究。從 8 0 年代中期起，華中理工大學(xué)、清華大學(xué)、中科院自動(dòng)化所、中國科技大學(xué)等單 位就相繼推出了圖紙識(shí)別系統(tǒng)。特別是近幾年來，隨著c a d 技術(shù)的發(fā)展和推廣， 一些公司也紛紛展開此領(lǐng)域的研究。 1 3 學(xué)位論文的主要內(nèi)容 1 3 1 課題背景 本文涉及的研究課題最初來自無錫華光鍋爐股份有限公司( 原無錫鍋爐廠) 與浙江大學(xué)合作的一個(gè)科研項(xiàng)目。 項(xiàng)目的主要內(nèi)容是關(guān)于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)軟件主要包括鋼結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、力學(xué)分析與驗(yàn)算、出圖三個(gè)部分。由于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)屬于相對特殊型，目 前還沒有專門的、比較出色的應(yīng)用于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的軟件。下圖就是一個(gè)比較典型 的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)： 4 基于o b j e c t a g x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 無錫鍋爐廠現(xiàn)在采用的是哈爾濱鍋 爐廠委托別人做的一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件， 是基于a u t o c a dr 1 4 基礎(chǔ)上開發(fā)的。工作 人員調(diào)用這個(gè)設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)好鋼結(jié)構(gòu)然 后接入a u t o c a d 進(jìn)行出圖工作。 但是由于這個(gè)軟件是哈爾濱鍋爐廠 的，標(biāo)準(zhǔn)都是按照哈爾濱鍋爐廠自己標(biāo)準(zhǔn) 來設(shè)計(jì)的。每個(gè)鍋爐廠都有自己的標(biāo)準(zhǔn)， 無錫鍋爐廠用以哈爾濱鍋爐廠標(biāo)準(zhǔn)為基 礎(chǔ)的軟件，給設(shè)計(jì)和出圖帶來了很多不 便。比如設(shè)計(jì)一個(gè)柱、梁或鋼板，顯示出 來的施工圖是符合哈爾濱鍋爐廠規(guī)范的， 圖1 2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu) 但是不符合無錫鍋爐廠的要求和規(guī)范。 例如對于一個(gè)典型的柱來說，它的前后表現(xiàn)出來的效果差異如下圖所示： 圖1 3 原標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果 圖1 4 要求的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果 工作人員需要把施工圖修改成符合無錫鍋爐廠要求和規(guī)范的，一張c a d 圖紙 基于o b j e e t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若：f - n 題的研究浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 的修改還是比較容易的，但是對于大規(guī)模設(shè)計(jì)和出圖工作來說，這個(gè)就是很麻煩 的事情了。生產(chǎn)效率因此變得較低，在這個(gè)圖紙修改的工作上花費(fèi)了主要工作時(shí) 間的5 0 ，而且當(dāng)前在工程圖圖紙領(lǐng)域，普遍存在著類似的問題。 1 3 2 本文研究的主要內(nèi)容 綜上所述，本文研究的內(nèi)容是工程圖圖紙的自動(dòng)處理技術(shù)。通過a u t o c a d 二次開發(fā)工具o b j e e t a r x ，建立解決一般工程圖紙自動(dòng)處理的結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行 具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本文主要研究內(nèi)容包括： 1 ) 分析國內(nèi)外工程圖紙自動(dòng)處理技術(shù)，探討二次開發(fā)工具，發(fā)展工程圖圖 紙自動(dòng)處理技術(shù)。 2 ) 建立解決一般工程圖紙自動(dòng)處理的結(jié)構(gòu)模型，確定采用的軟件開發(fā)環(huán)境。 3 ) 對結(jié)構(gòu)模型的各組成模塊進(jìn)行進(jìn)一步的內(nèi)容分割及技術(shù)要點(diǎn)分析，并進(jìn) 行具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 6 基于o b j c c t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章圖紙自動(dòng)處理的相關(guān)技術(shù)研究 2 1 工程圖紙生成技術(shù)的研究 2 1 1 工程圖紙生成技術(shù)的發(fā)展 從圖紙生成的質(zhì)量、速度和效率來看，可以將圖紙生成的環(huán)境分為三種：手 工繪圖、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和建立模型自動(dòng)繪圖。 在早期，由于計(jì)算機(jī)不普及以及相關(guān)的繪圖軟件很少，只能使用手工的方式， 以圓規(guī)、直尺等基本的作圖工具來繪制圖紙，手工繪制不但速度極慢，而且不利 用編輯和維護(hù)，也不利于收藏和管理。1 9 9 5 年1 月2 6 日，國務(wù)委員宋健在聽取并 視察工程設(shè)計(jì)c a d 發(fā)展情況和軟件產(chǎn)業(yè)化情況時(shí)對工程設(shè)計(jì)c a d 提出了明確的 要求：“希望工程設(shè)計(jì)c a d 做出個(gè)樣子，推動(dòng)一下，在本世紀(jì)末真正實(shí)現(xiàn)甩掉圖 板?！?以計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行圖紙生成工作是圖紙生成的一大飛躍，計(jì)算機(jī)輔助繪制圖 紙的最大優(yōu)點(diǎn)是，便于圖紙的編輯、修改，可以建立圖紙管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完全電 子化的圖紙歸檔、查詢、增加和刪除等工作。還可以建立圖形庫，將經(jīng)常出現(xiàn)的 圖形和符號(hào)放在圖形庫中，并按照一定的方式進(jìn)行組織，供以后繪圖使用。如果 將圖形庫中的圖形進(jìn)行參數(shù)化處理，使用將更加方便，并能適應(yīng)更多的情況。但 是，從本質(zhì)上來看，這種繪圖方式，只是以計(jì)算機(jī)輔助繪制圖形來替代手工繪制 圖形，最大缺點(diǎn)就是自動(dòng)化程度不夠高，工程人員需要對工程進(jìn)行分析，逐個(gè)確 定圖紙中需要出現(xiàn)的內(nèi)容，通常只能使用手工的方式將這些內(nèi)容輸入到計(jì)算機(jī)中 用來生成圖紙。而且難以在內(nèi)部建立一個(gè)整體的數(shù)據(jù)模型，對工程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行 整體的統(tǒng)計(jì)和分析。 正是由于計(jì)算機(jī)輔助生成圖紙的這些缺陷，使得工程設(shè)計(jì)人員開始著眼于工 程的整體結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)的整體角度出發(fā)，建立產(chǎn)品或者工程的模型，再從模型來 生成圖紙。這種方式具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楣こ虉D需要的數(shù)據(jù)基本上在模型中己經(jīng) 存在，所以可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行很多相關(guān)處理，如模型中的構(gòu)件的碰撞處理、模型的 荷載布置，模型的內(nèi)力分析等等。由于信息是統(tǒng)一存儲(chǔ)在模型中的，可以方便、 快速地對各種信息進(jìn)行分析和組織?？朔藞D紙中圖形、材料等信息獲取的困難， 并可以預(yù)先根據(jù)工程規(guī)范，從模型中知道需要生成圖紙的種類和數(shù)量，從而為圖 紙生成的自動(dòng)化極大提高打下了基礎(chǔ)。 7 基于o b j e e t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 2 工程圖紙生成技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容 在工程中需要生成的圖紙量非常大，如果使用傳統(tǒng)的手工繪制方式，其工作 量將占據(jù)整個(gè)工程工作量的8 0 以上。使用建模，并從模型出發(fā)生成二維圖紙可 以極大地提高圖紙生成的質(zhì)量和速度。但是，目前技術(shù)人員的注意力大部分集中 在建模研究、繪圖平臺(tái)軟件的研究、對特定工程應(yīng)用的研究等方面，對圖紙自動(dòng) 生成的技術(shù)研究得并不多。當(dāng)前國內(nèi)、外的工程應(yīng)用軟件在工程圖方面考慮得不 多，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： 1 ) 很少對圖紙中的圖形進(jìn)行處理，不考慮圖形的消隱或者使用淺陋的消隱，用 戶不得不對圖形進(jìn)行手工的修改，完成圖形的消隱工作t 1 6 1 2 ) 沒有比例處理，不能滿足工程人員對圖紙的美觀要求。 3 ) 不能設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，從而不能繪制節(jié)點(diǎn)詳圖，也不能在其它圖紙上繪制節(jié)點(diǎn)嵌入 圖。 4 ) 標(biāo)注的方式很簡單，智能化程度不高。 5 ) 很少能完成自動(dòng)標(biāo)注，且自動(dòng)標(biāo)注的效果不好。 6 ) 材料表的格式不符合要求，并且沒有一個(gè)好用的個(gè)性化材料表制作工具，不 能自動(dòng)生成材料表，或者自動(dòng)生成材料表的過程比較復(fù)雜，界面不友好。 7 ) 能自動(dòng)生成的圖紙的種類往往不能滿足實(shí)際要求。 8 ) 不能進(jìn)行全套圖紙的自動(dòng)生成。 而這些技術(shù)正是提高圖紙生成的自動(dòng)化程度，生成合理、美觀的圖紙的必要 技術(shù)。為了滿足這些要求，不僅需要對傳統(tǒng)的一些算法進(jìn)行改造，還需要使用目 前的一些新技術(shù)，并對相關(guān)的基礎(chǔ)算法進(jìn)行研究。為了對工程圖系統(tǒng)中使用的技 術(shù)有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，有必要了解目前工程圖自動(dòng)生成需要研究的技術(shù)，目前研 究的狀態(tài)，及其需要深入研究的方向。 工程圖系統(tǒng)通常包含四個(gè)方面的內(nèi)容：圖紙繪制、圖紙標(biāo)注和材料統(tǒng)計(jì)表、 圖紙管理。以下從這幾個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合工程應(yīng)用中的實(shí)際問題，分析其使用的 技術(shù)。 在圖紙繪制方面要研究圖形的消隱、碰撞處理，并研究相關(guān)的一些基本的圖 形處理算法，如圖形的輪廓求取，點(diǎn)劃線的碰撞處理等。工程圖中的圖形處理， 其特殊性在于需要滿足工程上的處理規(guī)則，這些規(guī)則是工程設(shè)計(jì)人員多年來約定 俗成的，蘊(yùn)含著人在識(shí)別和處理幾何圖形時(shí)的智能行為，帶有許多隨意性和不確 定性，經(jīng)典的處理算法已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需要，需要對這些算法進(jìn)行補(bǔ)充和修 改，或者設(shè)計(jì)新的算法。 基于工程處理規(guī)則的特殊性，可以將消隱區(qū)分為純幾何性質(zhì)的幾何消隱和基 于工程規(guī)則的工程消隱1 1 7 1 在工程中，需要處理的元件在圖紙上的形狀并不完 全是元件真實(shí)幾何形狀在圖紙平面上的直接投影，一些特殊的元件是用一些簡單 基于o b j e c t h r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 的幾何圖形來表達(dá)的，這些圖形都是工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)傳統(tǒng)約定俗成的，其消隱 方法也有相應(yīng)的規(guī)定。 圖紙中的圖形都是使用線框表示的，元件的消隱屬于線消隱，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中規(guī)定：凡可見部分均由實(shí)線顯示，可見層實(shí)體的自消隱部分用虛線顯示；被可 見層實(shí)體遮擋的第二層實(shí)體部分用虛線顯示，第二層實(shí)體的自消隱部分不顯示； 被兩層或者兩層以上的實(shí)體遮擋的實(shí)體不再顯示。鋼結(jié)構(gòu)中的元件可以使用一些 加工處理，如對元件進(jìn)行打孔、開槽、切削等，為了避免元件的面片過于破碎， 引入了虛面的概念，將虛面疊加到實(shí)面的上面來表示對元件的處理。再針對鋼結(jié) 構(gòu)中線消隱的規(guī)則，提出了隱藏度和半隱藏度的概念，從而圓滿地解決了線消隱 的問題。 在繪制圖形時(shí)，為了工程人員查閱的方便，圖紙上的圖形各個(gè)元件必須間隔 一定的距離，以避免相互遮蓋。元件內(nèi)部的平行線條不能過于緊密，需要按工程 規(guī)范將過于緊密的平行線條進(jìn)行處理，以利于觀察。這就是工程中要求的比例處 理問題。比例問題實(shí)際上是線條之間的碰撞處理問題，對圖紙的可讀性、美觀性 影響很大。對于單線圖形，圖形的種類單一，線條也很少，其比例處理b e 較容易 解決，但是在雙線表示的圖形中，圖形非常復(fù)雜，圖面線條也很多，比例處理則 顯得較為困難。目前，國內(nèi)外的工程設(shè)計(jì)軟件基本上還沒有很好地實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能。 圖形的輪廓求取是圖形學(xué)中的一個(gè)基本問題，對于不帶懸邊且封閉的圖形簡 單輪廓的求取已經(jīng)有一些算法如：射線法、獨(dú)立回路法、最小角度法、動(dòng)態(tài)坐標(biāo) 系方法等 1 8 1 。但是，在工程上經(jīng)常碰到圖形的輪廓小封閉，或者封閉的輪廓外 面有懸掛邊的情況( 稱這種情況下的輪廓為擴(kuò)展輪廓) ，使用上述算法都不能解 決問題。另外，這些算法考慮得并不周到，其算法的效率不高。 圖紙標(biāo)注算法的研究重要集中在智能化和自動(dòng)化的標(biāo)注方面。目前有一些相 關(guān)的標(biāo)注算法，大體分為三個(gè)方面：手工標(biāo)注、半自動(dòng)標(biāo)注和自動(dòng)標(biāo)注。 手工標(biāo)注研究如何減少輸入，根據(jù)標(biāo)注環(huán)境自動(dòng)確定標(biāo)注的型式和標(biāo)注的內(nèi) 容，如基于知識(shí)庫的具有聯(lián)想功能的標(biāo)注；半自動(dòng)標(biāo)注只是簡單地確定標(biāo)注的位 置，很少考慮標(biāo)注的碰撞問題，如基于區(qū)域分割的自動(dòng)標(biāo)注，這種標(biāo)注方式只能 對圖面對象較少的情況產(chǎn)生較好的效果。參數(shù)化、變量化標(biāo)注也屬于半自動(dòng)標(biāo)注， 且必須以參數(shù)化模型作為基礎(chǔ)，這種方法對零件的系列化標(biāo)注是一個(gè)很好的支 持。但是，它仍然需要解決標(biāo)注碰撞的問題。真正意義的全自動(dòng)標(biāo)注必須處理好 標(biāo)注的碰撞問題，或者使用某種策略避免、減少標(biāo)注的碰撞?；趫D面布局的標(biāo) 注空間查找算法是研究得最多，使用得也最多的全自動(dòng)標(biāo)注。黃曉劍提出基于優(yōu) 先級(jí)的標(biāo)注空間查找算法，建立了一個(gè)點(diǎn)、線一體化模型，通過標(biāo)注優(yōu)先級(jí)和求 解約束方程來得到合理的標(biāo)注空間。使用這些算法對配管軟件中的i s o 圖的自動(dòng) 標(biāo)注取得了滿意的效果。但是，配管軟件中的i s o 圖中，管線的布局，形狀比較 規(guī)整，其求解策略也相對簡單。 9 基于0 b j c c 【a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 鋼結(jié)構(gòu)工程圖中的圖紙種類很多，不同種類的圖紙差別也很大，因此需要實(shí) 施不同的標(biāo)注策略，以便在標(biāo)注的自動(dòng)化程度、速度等方面取得更好的效果。根 據(jù)標(biāo)注策略的不同，可以將標(biāo)注分為圖形型式固定的標(biāo)注：比如桿件詳圖、支架 詳圖、支撐詳圖、節(jié)點(diǎn)詳圖、支座詳圖、樓梯詳圖等，以及圖形型式不固定的標(biāo) 注如：平立面結(jié)構(gòu)布置圖、建筑立面圖、柱腳螺栓布置圖等k 1 9 1 對于形式固定 的圖塊，工程上通常有一套標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)注模式可以借鑒，如何將這種標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)注模 式在實(shí)際的情況進(jìn)行應(yīng)用，是問題的關(guān)鍵。使用參數(shù)化技術(shù)可以使標(biāo)注適用于這 類對象的系列標(biāo)注，而使用模板的技術(shù)恰好可以解決標(biāo)注方案的記錄和傳遞。為 此，首先將標(biāo)注元件進(jìn)行參數(shù)化處理，再根據(jù)標(biāo)注的模板定義，生成標(biāo)注模板， 利用標(biāo)注模板可以自動(dòng)生成實(shí)際的標(biāo)注。參數(shù)化標(biāo)注模板可以由工程人員預(yù)先制 作供今后使用，顯然，這里不存在標(biāo)注碰撞的問題。對于形式不固定的單線圖塊， 由于圖面上的圖形型式比較規(guī)整，需要標(biāo)注的對象也較少，可以使用區(qū)域劃分的 方法加以解決。 材料統(tǒng)計(jì)表是一種較為復(fù)雜的表格，需要從兩個(gè)方面對它進(jìn)行研究，首先是 表格的定制，其次表格數(shù)據(jù)的填充。當(dāng)前的表格自動(dòng)生成研究大都集中于參數(shù)化 的表格設(shè)計(jì)，但是這些參數(shù)是一些離散的變量，彼此之間沒有任何關(guān)系，從而使 得表格的編輯和維護(hù)非常困難，而且它們沒有解決表格的可定制化，難以設(shè)計(jì)出 靈活多變的復(fù)雜表格。沈軍提出將現(xiàn)有表格分成五類，由系統(tǒng)定制各種表格提交 用戶使用，這種算法不能從根本上解決表格的通用性問題。賀小華通過交互方式 讓用戶輸入絕大部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，只有像螺栓、螺母等才由系統(tǒng)自動(dòng)查庫統(tǒng)計(jì)得到。 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)只能填充到固定的表格框架中，缺乏通用性。 圖檔管理方面則主要研究圖紙的歸檔、圖紙的分類管理、圖紙的版本管理等 方面。在這方面可以借鑒數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟經(jīng)驗(yàn)，但是圖紙管理如何和圖紙生成 的過程相結(jié)合是一個(gè)值得考慮的問題，這也是可以提高工程圖自動(dòng)化程度的一個(gè) 方面。事實(shí)上，在生成圖紙時(shí)，己經(jīng)將三維模型的數(shù)據(jù)映射到二維工程圖中，并 建立了圖紙中相關(guān)的數(shù)據(jù)對象。因此，圖紙管理所使用的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)都應(yīng)該在 生成圖紙的過程中動(dòng)態(tài)地自動(dòng)建立。這樣，還可以實(shí)時(shí)指導(dǎo)圖紙的生成。完全沒 有必要在圖紙生成完畢，再由用戶手工建立圖紙管理系統(tǒng)。 針對一個(gè)三維工程c a d 模型，全自動(dòng)生成其對應(yīng)的全套工程圖檔是工程上非 常希望的功能，目前能實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的工程c a d 軟件很少見到。國內(nèi)建筑科學(xué)研 究院開發(fā)的建筑鋼筋混凝土c a d 軟件，能夠一次抽取多張鋼筋圖，但離全自動(dòng)抽 取全套工程圖檔的目標(biāo)還相差很遠(yuǎn)。 2 2 工程圖紙識(shí)別技術(shù)的研究 工程圖紙是工程技術(shù)人員描述設(shè)計(jì)對象、表達(dá)設(shè)計(jì)思想的主要工具。將這些 工程圖紙輸入計(jì)算機(jī)并轉(zhuǎn)化成為c a d 系統(tǒng)能接受的矢量格式，稱為工程圖識(shí)別。 1 0 基于o b j e c t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 工程圖紙識(shí)別技術(shù)一直是工程界及國內(nèi)外專家學(xué)者悉心關(guān)注的焦點(diǎn)，并投入了大 量的人力物力進(jìn)行研究，也形成了一些實(shí)用的軟件。成熟的算法有：基于圖形模 式快速細(xì)化算法的工程圖識(shí)別方法( 簡稱細(xì)化法) 、基于中心線跟蹤法的工程圖 識(shí)別方法( 簡稱中心線法) 、基于輪廓跟蹤算法的工程圖識(shí)別方法( 簡稱輪廓線 法) 、基于輪廓跟蹤與輪廓矢量匹配算法的工程圖識(shí)別方法( 簡稱輪廓匹配法) 。 2 2 1 細(xì)化法 圖形模式的快速細(xì)化算法就是對稱刪除二值圖線點(diǎn)陣上的輪廓邊緣點(diǎn)，使其 變成線寬只有一個(gè)像素的骨架圖線。優(yōu)點(diǎn)是細(xì)化后的骨架圖線是原有圖線的中心 線，較好地保留了原有圖線的絕大部分特征，又有利于特征提??；細(xì)化后的骨架 圖線的信息存儲(chǔ)量比原來的二值點(diǎn)陣要少得多，降低了圖形處理的工作量；細(xì)化 速度快，對計(jì)算機(jī)的內(nèi)存及交換空間要求不高1 2 0 1 。缺點(diǎn)是通過細(xì)化得到的中心 骨架含有較大的噪音，甚至?xí)a(chǎn)生新的畸變，增加了對工程圖識(shí)別的干擾和困難； 常產(chǎn)生交點(diǎn)畸變，不利于精確求交。 基于圖形模式快速細(xì)化算法的工程圖識(shí)別方法，就是在圖形模式快速細(xì)化法 的基礎(chǔ)上，對得到的中心骨架進(jìn)行搜索和跟蹤，根據(jù)線段的斜率識(shí)別和提取直線， 根據(jù)曲率識(shí)別和提取圓或圓弧，根據(jù)統(tǒng)計(jì)法或結(jié)構(gòu)法識(shí)別和提取字符。其優(yōu)點(diǎn)是 算法簡單，信息量少，對硬件環(huán)境要求不高等，可以識(shí)別直線、圓、圓弧、虛線、 中心線、自由曲線和字符。缺點(diǎn)是細(xì)化后的點(diǎn)陣信息較少，誤識(shí)別率較高；識(shí)別 出來的線型不具有線寬信息；不能識(shí)別實(shí)心體及填充區(qū)域；對復(fù)雜交線會(huì)識(shí)別城 短線碎片；產(chǎn)生交點(diǎn)畸變，難于準(zhǔn)確求交。 2 2 2 中心線法 中心線跟蹤方法就是跟蹤、搜索二值圖線點(diǎn)陣的中心像素點(diǎn)，形成一條圖線 中心多義線。與細(xì)化算法相比其優(yōu)點(diǎn)是信息儲(chǔ)存量更少，并且在以后的分析、解 剖和判斷中可以直接進(jìn)行矢量操作，提高了計(jì)算效率。 基于中心線跟蹤算法的工程識(shí)別方法，就是在中心線跟蹤算法基礎(chǔ)上，直接 對其得到的中心多義線進(jìn)行解剖、分析和判斷，分別根據(jù)各種圖素和字符的不同 特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和提取，具有運(yùn)算效率高，線寬信息全等優(yōu)點(diǎn)；但也有會(huì)忽略小于 兩個(gè)像素寬的圖線的缺點(diǎn)。 2 2 3 輪廓線法 輪廓跟蹤算法跟蹤圖線點(diǎn)陣上的邊緣像素點(diǎn)，用多義線表示，形成點(diǎn)陣圖線 輪廓矢量，能很好表現(xiàn)各種標(biāo)志、符號(hào)、字體和印刷電路等，有圖線特征信息全 基于o b j e c t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 等特點(diǎn)，但也有信息存儲(chǔ)量大，需交換空間大等缺點(diǎn)。 基于輪廓跟蹤算法的工程圖識(shí)別方法，以輪廓跟蹤算法得到的輪廓矢量為基 礎(chǔ)，對輪廓矢量進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)整和光順，能夠得到較好的視覺效果，并且可以對 輪廓矢量的中空部分進(jìn)行填充 2 1j 。缺點(diǎn)是沒有識(shí)別基本圖素，為以后c a d 系統(tǒng) 的圖形理解帶來困難，同時(shí)，矢量文件也比較大。 2 2 4 輪廓匹配法 基于輪廓跟蹤與輪廓矢量匹配算法的工程圖識(shí)別方法，在輪廓跟蹤得到的輪 廓矢量基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行字符輪廓的分割和提取，用統(tǒng)計(jì)法或結(jié)構(gòu)法提取和識(shí)別 字符；其次，對輪廓矢量進(jìn)行匹配；再次，對輪廓矢量匹配結(jié)果進(jìn)行解剖、分析 和判斷，通過圖形矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造等技術(shù)，得出具有線寬信息的各種圖素， 且通過分析他們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行精確求交。優(yōu)點(diǎn)是保留的圖形特征多，具有識(shí)別 率高，可以識(shí)別實(shí)體與填充域等特點(diǎn)，但是，也具有系統(tǒng)龐大、運(yùn)算速度低、需 要的交換空間大等缺點(diǎn)。 算法性能識(shí)別圖素 線寬特征運(yùn)算交換矢量 信息信息速度空間文件 細(xì)化法直線圓弧虛線中心無少慢少 小 自由曲線字符 中心線法直線圓弧虛線中心有少快少小 自由曲線字符 輪廓線法不識(shí)別圖素有多快多大 用輪廓矢量表示 輪廓匹配法直線圓弧虛線中心字符有多快多小 自由曲線箭頭填充域 圖2 i 工程圖紙識(shí)別算法一覽表 2 3 工程圖紙矢量化技術(shù)的研究 工程圖紙矢量化技術(shù)是圖紙自動(dòng)處理技術(shù)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。目前，矢量 化方法大致可以分為兩類：即基于細(xì)化的方法和基于非細(xì)化的方法。在基于非細(xì) 化的方法中，主要有：基于輪廓線的方法、基于游碼的方法、基于網(wǎng)格模式的方 法等1 2 2 1 0 典型的工程圖紙矢量化的基本流程如下： 1 ) 采用中心軸點(diǎn)。這是信息簡化的核心過程，獲得能表征中心軸的點(diǎn)。 1 2 基于o b j e v a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 ) 線形跟蹤。跟蹤中心軸點(diǎn)，從而產(chǎn)生每個(gè)矢量的點(diǎn)鏈。 3 ) 線段逼近。除去點(diǎn)鏈中的非關(guān)鍵點(diǎn)，對剩下的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行鏈接。 2 3 1 基于細(xì)化的方法 喜歡是一種簡化圖像的方法，在圖像處理和模式識(shí)別中得到了廣泛研究。所 謂細(xì)化就是將線條的寬度減少到只有一個(gè)像素，僅剩下能表征其特征的骨架。 細(xì)化處理的基本原則是：1 ) 細(xì)化要取原圖像的中心線，即細(xì)化過程是對稱 的。2 ) 細(xì)化不改變原圖像的連通性。3 ) 細(xì)化要保持原圖像的基本特征，比如細(xì) 化處理后的線條不能變短，拐角不能斷開或出現(xiàn)多余分支等。 基于細(xì)化的方法主要可以分為三類：邊界重復(fù)細(xì)化法、距離交換法和適當(dāng)骨 架化方法。 1 ) 邊界重復(fù)細(xì)化算法 該算法運(yùn)用不斷收縮線體輪廓( 即去除線體的外層像素) 的思想。其核心過 程就是在圖像上移動(dòng)一個(gè)窗c i ，就刪除掉所有的標(biāo)識(shí)點(diǎn)。重復(fù)進(jìn)行掃描，直到?jīng)] 有再多的點(diǎn)可被刪除。但是由于重復(fù)細(xì)化的作用，使得邊界重復(fù)細(xì)化方法在形狀 類似y 和t 的交叉處容易產(chǎn)生變形。為了克服這一缺點(diǎn)，研究人員進(jìn)一 步提出了調(diào)整邊界重復(fù)細(xì)化的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要包括調(diào)整標(biāo)識(shí)規(guī)則以及改變窗 口的尺寸等。這些修改只在速度和精確度方面獲得很少的改進(jìn)。 2 ) 距離交換法 在規(guī)律性的細(xì)化算法中，給出了更形式化的骨架的定義。點(diǎn)陣圖的距離轉(zhuǎn)換， 即通過該像素與一個(gè)白色像素之間的最小距離代替該像素值。這一轉(zhuǎn)換通過順序 的估算函數(shù)值計(jì)算得到，首先估算圖形掃描中的函數(shù)，然后估算反方向掃描中的 函數(shù)。在得到了距離函數(shù)之后，運(yùn)用局部最大操作找到骨架，該方法最主要的缺 點(diǎn)是骨架的不連續(xù)性，尤其是在交叉點(diǎn)處。但它的速度要比邊界重復(fù)細(xì)化算法快。 3 ) 適當(dāng)骨架化法 把重復(fù)細(xì)化算法所得到的骨架點(diǎn)進(jìn)行合并，得到2 個(gè)像素的骨架，然后再細(xì) 化一個(gè)像素寬的骨架。該方法與重復(fù)細(xì)化算法相比，有更高的精確度，并能保證 骨架的連續(xù)性，但所需要的計(jì)算量也很大。 基于細(xì)化方法的最主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠保持線段的連續(xù)性，最主要的缺點(diǎn)是有 很高的時(shí)間復(fù)雜度，丟失線寬信息，在交叉區(qū)域處容易產(chǎn)生變形以及錯(cuò)誤的分支。 雖然它們可以用于線形圖紙的矢量化，但主要還是用于圖像尺寸小且線寬信息不 重要的領(lǐng)域 2 2 1 0 當(dāng)工程圖紙中包含直線、圓以及基于這些基本元素并且沒有被 填實(shí)體的圖形時(shí)，也常常使用基于細(xì)化的方法。 2 3 2 基于非細(xì)化的方法 在基于非細(xì)化的方法中，基于輪廓線的方法在早期很流行，它首先獲得圖像 輪廓的邊，然后再找到兩條邊之間的中心軸。該方法能夠保存線寬信息，但是容 易使連續(xù)矢量之間產(chǎn)生間隙。基于游碼的方法，因?yàn)橛涗浟私徊嫣幍膮^(qū)域，所以 能保持線段的連續(xù)性并能保存線寬信息，但是在游碼圖形顯示的過程中，由于不 能精確地對交叉點(diǎn)進(jìn)行定位，所以容易產(chǎn)生噪音和引起交叉區(qū)域的變形。 網(wǎng)格模式是用于識(shí)別邏輯連接圖中的特征模式，它的基本思想是：首先，用 給定的正方形網(wǎng)格分割圖像，通過核對每個(gè)網(wǎng)格邊界上黑色像素的分布識(shí)別特征 模式，圖像中的每個(gè)網(wǎng)格都用它的特征模式標(biāo)識(shí)所代替，然后分析網(wǎng)格的特征模 式，對線段進(jìn)行獲取和跟蹤的操作。 在網(wǎng)格模式中，網(wǎng)格尺寸是一個(gè)很重要的參數(shù)，適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格尺寸應(yīng)大于線段 的最大線寬，并且小于圖像中兩條線段間的最小間距。對于每一個(gè)網(wǎng)格，如果它 的分布是一個(gè)已知特征模式，則用相應(yīng)的特征模式標(biāo)識(shí)代替。對于未知的情況， 則用問號(hào)進(jìn)行標(biāo)記，問號(hào)區(qū)域需要在控制圖分析期間用一個(gè)更為復(fù)雜詳盡的過程 進(jìn)行處理。該過程掃描區(qū)域中的每一個(gè)像素，并將每一個(gè)黑色像素標(biāo)識(shí)為一個(gè)特 征點(diǎn)。 為了能對問號(hào)區(qū)域進(jìn)行更為簡單可行的處理，應(yīng)用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行改進(jìn)，并把 基于網(wǎng)格模式的方法運(yùn)用到了機(jī)械工程圖的分析和識(shí)別當(dāng)中。把標(biāo)識(shí)問號(hào)的網(wǎng)格 進(jìn)一步分裂為幾個(gè)更小并且已知的特征模式網(wǎng)格，其形狀可以是任意的2 ”。另 外，為了減少網(wǎng)格的總體數(shù)目，把有同樣編碼的鄰近網(wǎng)格合并為了一個(gè)網(wǎng)格。矢 量化過程的結(jié)果就是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它用不同類型的連接段( 細(xì)線段、粗線段、 黑團(tuán)的輪廓) 和這些連接段間的交叉點(diǎn)來表達(dá)一個(gè)圖像。 在基于網(wǎng)格模式的方法中，由于只考慮網(wǎng)格邊框上的圖像信息，而忽略了網(wǎng) 格內(nèi)部的信息，使得研究問題得到了相當(dāng)?shù)睾喕５蔷W(wǎng)格尺寸很難控制，往往 會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格大小的選擇而引發(fā)一系列問題。如果網(wǎng)格尺寸太小，則容易錯(cuò)誤連接 間隙很小的斷開線以及錯(cuò)誤合并很接近的平行線等。如果網(wǎng)格尺寸太大，就會(huì)使 得網(wǎng)格內(nèi)的情況復(fù)雜而難以分析。 2 4 本章小結(jié) 本章主要探討圖紙自動(dòng)處理的相關(guān)技術(shù)研究，分析了工程圖生成技術(shù)、工程 圖紙識(shí)別技術(shù)和工程圖紙矢量化技術(shù)。主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： 1 ) 闡述了工程圖紙生成技術(shù)的發(fā)展，以及工程圖紙生成技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。 2 ) 分析了目前幾種比較成熟的工程圖紙識(shí)別技術(shù)的算法。 3 ) 描述了工程圖紙矢量化的技術(shù)要點(diǎn)。 基于o b j e c t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章圖紙自動(dòng)處理的模型描述 3 1 圖紙自動(dòng)處理的模型描述 3 1 1 結(jié)構(gòu)模型基本設(shè)計(jì)方法 無錫華光鍋爐公司存在的工程圖問題是具體的個(gè)體問題，但也是當(dāng)前普遍存 在的實(shí)際工程應(yīng)用中的圖紙?zhí)幚韱栴}。解決單個(gè)具體問題并不困難，困難的是解 決普遍問題。為此應(yīng)要把實(shí)際問題抽象化，建立抽象的圖紙?zhí)幚斫Y(jié)構(gòu)模型，使得 其可以適用于普遍存在的各類不同要求。首先建立結(jié)構(gòu)模型的主要框架體系，然 后對各主要組成部分進(jìn)行深入探討研究。 3 1 2 主要框架體系 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，圖紙一般包含圖框、附加欄、代號(hào)欄、參數(shù)欄、序號(hào)和 明細(xì)表7 個(gè)元素。前5 個(gè)是基本部分，其幾何位置通常不變，可以歸納為圖紙的基 本部分處理；而后兩個(gè)則經(jīng)常需要調(diào)整，因此對它們分別處理，特別是明細(xì)表處 理是圖紙?zhí)幚淼碾y點(diǎn)與重點(diǎn)；另外對于工程圖紙來說，a u t o c a d 圖形數(shù)據(jù)庫的實(shí) 用性高，也是一個(gè)重要組成部分。構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型體系如下圖所示： 圖3 1結(jié)構(gòu)模型的主要框架體系 3 1 3 各組成模塊 1 ) 繪圖環(huán)境與圖框設(shè)置處理 繪圖環(huán)境與圖框設(shè)置處理屬于圖紙基本部分處理，是圖紙基本部分處理的主 要內(nèi)容之一主要包含的內(nèi)容如下： a ) 繪圖環(huán)境初始化處理 b ) 圖框設(shè)置處理 c ) 圖紙?jiān)O(shè)置處理 基于o b j e e t a r x 的圖紙自動(dòng)處理技術(shù)若干問題的研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d ) 自定義欄處理 2 ) 訪問和操作a u t o c a d 圖形數(shù)據(jù)庫 對于實(shí)際應(yīng)用的工程圖圖紙來說，a u t o c a d 圖形數(shù)據(jù)庫的實(shí)用性很高，經(jīng)常 在實(shí)際操作中，需要去訪問和操作a u t o c a d 圖形數(shù)據(jù)庫。其中的主要內(nèi)容如下： a ) 訪問圖形數(shù)據(jù)庫 b ) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象 c ) 建立和保存數(shù)據(jù)庫 d ) 編輯數(shù)據(jù)庫對象 3 ) 明細(xì)表處理 明細(xì)表是工程圖紙的重要構(gòu)成部分，是表明產(chǎn)品或部件的組成部分，工程圖 紙中一般應(yīng)有明細(xì)表。其內(nèi)含的主要技術(shù)要點(diǎn)如下： a ) 明細(xì)表生成的命令算法 b ) 明細(xì)表內(nèi)容項(xiàng)目的編輯與處理 c ) 明細(xì)表系統(tǒng)的管理和參數(shù)的設(shè)置 d ) 明細(xì)表整體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)流程 3 2 二次開發(fā)工具的選擇 3 2 1a u t o c a d 二次開發(fā)工具 目前為止，a u t o d e s k 公司已經(jīng)相繼推出了三代二次開發(fā)工具，主要包括四種 二次開發(fā)手段：a u t o l i s p v i s u a ll i s p 、a d s 、v b a 2 及o b j e c t a r x1 2 4 1 下圖所示 就是a u t o c a d 二次開發(fā)工具的演變過程： 第一代第二代第三代 a o b i e c t a e t i v e x v i a l a u