跨平臺地圖SVG標(biāo)圖方法研究

李 艷，胡慶武，龔書林

(1.長安大學(xué)信息工程學(xué)院，西安 710064;2.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，武漢 430079;3.武漢立得空間信息技術(shù)有限公司，武漢 430074)

0 引言

應(yīng)急指揮、多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)或演習(xí)要求基于地圖一體化共享態(tài)勢。標(biāo)圖必須具有易讀性、可縮放性以及與平臺無關(guān)性，能在指揮中心、工作站和現(xiàn)場終端上快速傳遞、無縫交換和共享［1－2］。通常態(tài)勢圖標(biāo)圖方法有3種:一是使用位圖文件，但數(shù)據(jù)量大，支持縮放和旋轉(zhuǎn)易變形失真;二是建立標(biāo)圖符號模型，每一個標(biāo)圖符號由專門符號算法庫實現(xiàn)，不利于標(biāo)圖人員擴展標(biāo)圖符號;三是使用SVG(Scalable Vector Graphic)，以適應(yīng)以XML標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸共享，符號擴展容易，在很多標(biāo)圖系統(tǒng)中得到使用［3－7］。隨著網(wǎng)絡(luò)化地圖態(tài)勢標(biāo)圖和信息分發(fā)系統(tǒng)的不斷擴展，各種嵌入式終端引入帶來了終端操作系統(tǒng)的多樣性，如WinCE、Windows Mobile、Palm OS、Symbian、Android、iPhone 等，給地圖標(biāo)圖技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。地圖標(biāo)圖需要解決在各種桌面系統(tǒng)和移動終端下跨平臺傳輸、顯示和交互的問題，開源Qt以其強大的功能、良好的可移植性成為一種被廣泛使用的圖形圖像開發(fā)平臺［8－10］。本文提出了基于開源Qt和SVG的跨平臺地圖標(biāo)圖方法。結(jié)合SVG和Qt特點，提出了基于Qt的SVG結(jié)構(gòu)化標(biāo)圖符號描述模型，設(shè)計了基于開源Qt的跨平臺SVG標(biāo)圖符號體系，進一步提出了動態(tài)標(biāo)圖方法，采用同一個標(biāo)圖內(nèi)核編譯了不同操作系統(tǒng)下的標(biāo)圖原型，解決了不同操作系統(tǒng)下地圖標(biāo)圖應(yīng)用，顯示效率和效果均能滿足智能應(yīng)用要求。

1 跨平臺地圖標(biāo)圖需求與Qt SVG

標(biāo)圖要解決兩方面問題:一是跨部門快速網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換;二是跨操作系統(tǒng)共享、表達和使用?；诮Y(jié)構(gòu)化XML的SVG是一種可縮放矢量圖形標(biāo)準(zhǔn)，其擴展性強，易于交換，可解決標(biāo)圖在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中快速傳輸及在不同應(yīng)用系統(tǒng)中交換共享問題［11］。對于不同終端中標(biāo)圖符號的共享與表達，一般可設(shè)計不同操作系統(tǒng)下的支持類庫，其結(jié)果是標(biāo)圖符號開發(fā)、維護和使用不便。開源Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面庫，基于Qt構(gòu)建的應(yīng)用程序可部署在多個桌面和嵌入式設(shè)備上，而無需重寫源代碼;同時，Qt是一個開源的應(yīng)用程序框架，將Qt編譯框架和SVG標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合［11］，可以解決地圖標(biāo)圖符號網(wǎng)絡(luò)化、跨平臺傳輸和共享問題，這也是本文提出基于Qt和SVG相結(jié)合解決跨平臺標(biāo)圖技術(shù)途徑。Qt支持XML跨平臺解析，在Qt 4.1版本后通過一個 Qt SVG模塊支持 SVG 1.1、SVG 1.2的解析，通過二維圖形模塊繪制，可實現(xiàn)對SVG支持，其實現(xiàn)邏輯如圖1所示。如圖1所示，Qt通過對其XML擴展模塊Qt SVG來支持SVG解析，實現(xiàn)對SVG標(biāo)圖符號支持，然后利用Qt跨平臺繪圖模塊完成對SVG表征符號的繪制。

圖1 基于Qt的SVG支持實現(xiàn)邏輯Fig.1 Qt extension principle to support SVG

2 基于Qt的SVG標(biāo)圖設(shè)計

綜合SVG矢量圖形數(shù)據(jù)格式優(yōu)點和Qt跨平臺編譯能力，可利用QtSVG模塊設(shè)計地圖標(biāo)圖符號體系，包括基于SVG的標(biāo)圖符號數(shù)據(jù)組織存儲和基于Qt的標(biāo)圖符號操作。

2.1 基于SVG的標(biāo)圖數(shù)字組織存儲

采用SVG 1.2格式存儲每個標(biāo)圖符號，每個SVG文件代表一個符號，常規(guī)的標(biāo)圖符號采用標(biāo)準(zhǔn)SVG格式，非常規(guī)標(biāo)圖符號采用擴展SVG格式存儲，SVG文件按標(biāo)圖編碼命名。SVG標(biāo)圖符號的數(shù)據(jù)模型如圖2所示。

圖2 SVG標(biāo)圖符號數(shù)據(jù)模型Fig.2 Data model of SVG based on map plotting symbol

每一個標(biāo)圖符號可按照圖2所示的SVG物理模型定義其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，包括符號尺寸、可見性、填充和符號中圖元對象。圖3給出了基于SVG格式定義的一組典型的標(biāo)圖符號(海軍(點)、進攻方向(線)和配置區(qū)域(面))顯示效果。

圖3 不同類型的標(biāo)圖符號Fig.3 Different types of map plotting symbol

標(biāo)圖文檔同樣按照XML格式自定義組織，為了提高解析效率，每一個標(biāo)圖文檔中包含的標(biāo)圖符號通過編碼區(qū)分，一個標(biāo)圖文檔可以按照如下示例格式定義。

其中，Items結(jié)點存儲當(dāng)前文檔包含所有標(biāo)圖對象列表，Item結(jié)點存儲每個標(biāo)圖符號對象，其屬性包括code(標(biāo)圖符號編碼)、x＆y(標(biāo)注坐標(biāo))、scale(符號縮放參數(shù))、rotation(符號旋轉(zhuǎn)角度)。每一個Item對應(yīng)一個CPlottingPointItem或者CPlottingLineItem實體對象。

標(biāo)圖符號制作可在支持SVG文檔編輯的二維矢量制圖軟件中完成，通常可采用AutoCAD、SVGDeveloper等軟件工具。

2.2 基于Qt的標(biāo)圖符號操作

Qt SVG模塊可實現(xiàn)標(biāo)圖符號的加載、顯示和編輯操作，其中標(biāo)圖符號編輯功能包括標(biāo)圖符號的增、刪、改、縮放、旋轉(zhuǎn)等。實際上，Qt平臺下地圖標(biāo)圖符號直接繼承GDI+繪制機制，利用Qt對GDI+的跨平臺編譯能力實現(xiàn)在此框架上的標(biāo)圖操作。一個基于Qt的標(biāo)圖符號組件包含兩層結(jié)構(gòu):一是數(shù)據(jù)交互層，實現(xiàn)標(biāo)圖符號存取;二是用戶交互層，提供用戶編輯交互接口，包括鼠標(biāo)和鍵盤操作，并將用戶編輯結(jié)果保存，其對象體系如圖4所示。

圖4 基于Qt的標(biāo)圖操作對象體系Fig.4 Object architecture of map plotting operation based on Qt

圖4中，CPlottingDocument對象實現(xiàn)標(biāo)圖文檔管理，CSvgItem對象完成標(biāo)圖SVG文件及XML文檔解析及繪制，CPlottingItem對象繼承于Qt的QGraphicsSvgItem，實現(xiàn)標(biāo)圖編輯。

3 動態(tài)標(biāo)圖實現(xiàn)技術(shù)

動態(tài)標(biāo)圖對于豐富標(biāo)圖形式、提高標(biāo)圖效果和擴展標(biāo)圖應(yīng)用非常有效。采用SVG組織的標(biāo)圖符號可利用Qt的圖形顯示框架實現(xiàn)在不同平臺中的標(biāo)圖動態(tài)推演，其基本原理是利用Qt提供的QGraphicsItem-Animationhes對象與SVG標(biāo)圖符號關(guān)聯(lián)，該對象具有改變位置、旋轉(zhuǎn)、尺寸縮放和裁剪等方法，允許以時間線方式讓動畫在視圖上以一個穩(wěn)定的速度操作。本文提出可采用Qt中時間觸發(fā)管理對象QTimeLine來控制動畫時間參數(shù)。為了實現(xiàn)以上標(biāo)圖動畫過程，本文基于開源Qt提供的圖形顯示框架在開源Qt的基礎(chǔ)上擴展一個CSvgAnimation對象，該對象繼承于QgraphicsItemAnimationhes對象，但根據(jù)與時間控制對象的結(jié)合重寫相應(yīng)接口，具備了特定動畫幀管理方實現(xiàn)標(biāo)圖符號的動畫播放，達到動態(tài)標(biāo)圖目的。如圖5所示為線狀標(biāo)圖動態(tài)推演流程圖。

圖5 標(biāo)圖符號動態(tài)推演流程圖Fig.5 Dynamic deduction flow chart of map plotting

4 實驗結(jié)果分析

為驗證基于開源Qt的跨平臺標(biāo)圖技術(shù)合理性，以本文設(shè)計的標(biāo)圖符號模型在SVGDeveloper軟件中設(shè)計了238種標(biāo)圖符號。以開源Qt 4.1.5版本源代碼為基礎(chǔ)，以本文提出的標(biāo)圖技術(shù)和符號體系分別編譯了Qt for WindowsXP和 Qt for Windows Mobile 5.0兩套執(zhí)行程序。如圖6所示為兩套軟件導(dǎo)入同樣標(biāo)圖文檔和地圖數(shù)據(jù)運行效果。

圖6 不同平臺下的標(biāo)圖效果Fig.6 Map plotting result of different operation systems

由圖6可見，本文提出的標(biāo)圖符號技術(shù)能夠適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)平臺，并且與標(biāo)圖系統(tǒng)顯示界面的配置無關(guān)，充分體現(xiàn)了SVG共享交換特點和開源Qt的跨平臺編譯能力，具有較好的通用性。在這種體系下，地圖標(biāo)圖可以在不同的桌面系統(tǒng)和移動終端間進行傳輸、顯示和交互，無需單獨的符號庫支持，只需通過標(biāo)圖編碼即可實現(xiàn)標(biāo)圖意圖的共享，降低了在不同系統(tǒng)間共享信息的安全性和對通信網(wǎng)絡(luò)的要求。

圖7給出了基于本文動態(tài)標(biāo)圖技術(shù)實現(xiàn)的標(biāo)圖推演中3個關(guān)鍵幀效果。

圖7 動態(tài)標(biāo)圖推演效果Fig.7 Deduction result of dynamic map plotting

由圖7可見，本文設(shè)計的動態(tài)標(biāo)圖技術(shù)充分利用了Qt的二維動畫圖形框架和Qt對時間的控制管理，SVG標(biāo)圖能夠按照設(shè)計的推演路徑平滑運動，并且可以利用SVG文件中初始旋轉(zhuǎn)矩陣與路徑矢量進行矩陣變換，實現(xiàn)了在推演過程中不同狀態(tài)參數(shù)的設(shè)置和顯示。

5 結(jié)論

SVG以其不斷完善的標(biāo)準(zhǔn)使得標(biāo)圖符號的表達規(guī)范具有結(jié)構(gòu)性、完備性等特點，為標(biāo)圖符號的網(wǎng)絡(luò)共享和互操作提供一個基礎(chǔ)解決方案。開源Qt為標(biāo)圖系統(tǒng)的跨平臺編譯應(yīng)用提供了支持環(huán)境，本文將開源Qt和SVG相結(jié)合，提出了一種面向多形式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下標(biāo)圖技術(shù)，該方法通過跨平臺SVG標(biāo)圖技術(shù)實現(xiàn)地圖標(biāo)圖在不同桌面操作系統(tǒng)和移動終端間的傳輸、顯示進而交互，只需通過標(biāo)圖編碼即可實現(xiàn)標(biāo)圖意圖的共享，對于利用標(biāo)圖進行指揮與響應(yīng)信息的快速分發(fā)、共享和應(yīng)用提供了技術(shù)手段，有利于多終端網(wǎng)絡(luò)標(biāo)圖系統(tǒng)標(biāo)圖操作、擴展和軟件系統(tǒng)的維護，可有效地提高標(biāo)圖信息的安全性，降低標(biāo)圖意圖傳遞的網(wǎng)絡(luò)要求，對于提高標(biāo)圖能力和擴展標(biāo)圖應(yīng)用具有較高的實用價值。

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