圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法研究與比較

【摘 要】現(xiàn)在許多行業(yè)用到繪圖軟件，如建筑、機(jī)械、電氣等，為了提高工作效率，常常需要將兩種圖形進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，本文綜合介紹了四種圖形數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換方法，并對(duì)這四種方法進(jìn)行了研究與比較，分析了每種圖形轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為需求者提供了選擇圖形轉(zhuǎn)換方法的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)；空間數(shù)據(jù)互操作；數(shù)據(jù)共享

0.引言

現(xiàn)今隨著計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，圖形處理軟件的使用日益廣泛，出現(xiàn)了針對(duì)不用性能、不同需求的圖形處理軟件，這些軟件很少為彼此提供交互接口[1]。雖然一些實(shí)力雄厚的圖形處理軟件公司積極地開發(fā)平臺(tái)接口，提供基于平臺(tái)的轉(zhuǎn)換功能，但是大部分圖形軟件間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。即使是具有這種功能的圖形處理軟件，也是根據(jù)對(duì)該軟件的個(gè)人理解，為特定的用戶，特定的應(yīng)用目的設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。不同的圖形軟件自成體系致使圖形處理軟件領(lǐng)域局部有序但是整體無(wú)序。

圖形數(shù)據(jù)不同于事務(wù)管理數(shù)據(jù)，事務(wù)管理數(shù)據(jù)也稱屬性數(shù)據(jù)，有幾種固定的數(shù)據(jù)模型。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)提供讀寫數(shù)據(jù)的函數(shù)，但是由于對(duì)圖形對(duì)象的理解不同，導(dǎo)致它們的表達(dá)、定義以及存儲(chǔ)方式的差異，使得圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換難度極大，因此在圖形軟件系統(tǒng)開發(fā)中，解決多種圖形格式間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換已成為重要問(wèn)題，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)共享的模式主要有直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式、空間數(shù)據(jù)互操作模式、空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、圖形數(shù)據(jù)共享平臺(tái)四種[2]，下面對(duì)這四種圖形數(shù)據(jù)共享模式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式

直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式是指將一個(gè)圖形軟件系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)文件直接轉(zhuǎn)換成另外一種圖形軟件系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)文件（如圖1所示），使用一個(gè)圖形軟件，用戶就可以存取多種數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)的優(yōu)勢(shì)有，在用戶不具有某數(shù)據(jù)格式的宿主軟件時(shí)，就可以在某一個(gè)圖形軟件中訪問(wèn)其他圖形軟件的數(shù)據(jù)格式，并且不需要運(yùn)行宿主軟件，這種方法還避免了冗繁的數(shù)據(jù)交換，由此可知，直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)是一種較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的多源數(shù)據(jù)共享模式。

在本質(zhì)上，直接存取方法也是一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，圖形軟件系統(tǒng)直接讀取不屬于本系統(tǒng)格式的空間圖形數(shù)據(jù)時(shí)，事實(shí)上這也是一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程[3]。

2.空間數(shù)據(jù)互操作模式

OGC制定了數(shù)據(jù)互操作模式（如圖2所示）規(guī)范來(lái)解決一種圖形軟件無(wú)法直接操縱其它圖形軟件的數(shù)據(jù)這一問(wèn)題，也就是需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖形軟件互操作模式是指在圖形軟件的用戶相互理解的基礎(chǔ)上，分布計(jì)算和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下能夠透明的獲取所需要的信息。在OGC頒布的規(guī)范中，把提供數(shù)據(jù)源的軟件叫做數(shù)據(jù)服務(wù)器（Data Server），把使用數(shù)據(jù)的軟件叫做數(shù)據(jù)客戶（Data Client），發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求并由數(shù)據(jù)服務(wù)器提供服務(wù)的過(guò)程就是數(shù)據(jù)客戶使用某數(shù)據(jù)的過(guò)程，它的最終目的就是使數(shù)據(jù)客戶能夠讀取由任意數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的空間數(shù)據(jù)。OGC規(guī)范是基于Microsoft的OLE/COM、OMG的CORBA和SQL等，為實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)之間客戶端與服務(wù)器的服務(wù)和數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供了一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議。OGC規(guī)范得到了ISO和OMG的承認(rèn)，逐漸成為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被更多的研究者和圖形軟件系統(tǒng)所接受和采納，但是目前還沒(méi)有商業(yè)化的圖形軟件完全支持這種規(guī)范[4]。

3.空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式

空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式是指直接讀寫其它圖形軟件的外部格式、由它轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)格式以及內(nèi)部格式，這是一種間接的數(shù)據(jù)交換方式，經(jīng)專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序?qū)⒁环N數(shù)據(jù)格式進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，存儲(chǔ)到當(dāng)前系統(tǒng)的文件或數(shù)據(jù)庫(kù)中[5]。

在空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式中，各個(gè)圖形系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一般需要經(jīng)過(guò)兩次或者三次轉(zhuǎn)換（如圖3所示）。從圖形系統(tǒng)M到N，首先需要從M的內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到它的外部交換文件，然后分為兩種情況：第一種如果N圖形系統(tǒng)能夠直接讀M圖形系統(tǒng)的外部交換文件，則可由圖形系統(tǒng)M的外部交換文件直接轉(zhuǎn)換為圖形系統(tǒng)N的內(nèi)部數(shù)據(jù)，此時(shí)共需要轉(zhuǎn)換兩次；第二種情況為N圖形系統(tǒng)無(wú)法直接讀M圖形系統(tǒng)的外部交換文件，那么需要完成兩次轉(zhuǎn)換，首先由圖形系統(tǒng)M的外部交換文件轉(zhuǎn)換為圖形系統(tǒng)N的外部交換文件，再由N的外部交換文件轉(zhuǎn)換為它的內(nèi)部數(shù)據(jù)文件，此時(shí)共經(jīng)過(guò)三次轉(zhuǎn)換。

因?yàn)閳D形軟件系統(tǒng)繁多，它們不可能為所有商用圖形軟件提供讀寫外部數(shù)據(jù)文件的程序。為了標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的進(jìn)行空間數(shù)據(jù)交換，很多組織制定了空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲D(zhuǎn)GIwG的數(shù)字圖形信息交換標(biāo)準(zhǔn)（DIGEST），美國(guó)的空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（SDTS）等，我國(guó)也制定了相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)（CNSDTF）[5]。有了這些標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)系統(tǒng)都提供讀寫該標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)格式的程序，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換僅需兩次，避免了大量的編程工作，如圖4所示。

4.圖形數(shù)據(jù)共享平臺(tái)

圖形數(shù)據(jù)共享平臺(tái)采用C/S結(jié)構(gòu)。一個(gè)部門的每個(gè)應(yīng)用軟件模塊和全部的圖形數(shù)據(jù)都共享一個(gè)平臺(tái)，每個(gè)應(yīng)用軟件都有一個(gè)Client端的程序，全部的圖形數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在Server上，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)向Server中存取數(shù)據(jù)。這種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是避免了數(shù)據(jù)的不一致性問(wèn)題，因?yàn)槿魏螒?yīng)用程序所做的數(shù)據(jù)更新都會(huì)及時(shí)的反映到數(shù)據(jù)庫(kù)中[6]。

5.圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法比較

直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式采用直接存取的方法，在實(shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)表達(dá)歧義性和精度損失的情況，這是直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)共享時(shí)存在的弊病[3]。

空間數(shù)據(jù)互操作模式將圖形軟件帶入開放時(shí)代，它為數(shù)據(jù)交換方法提供了新規(guī)范和新思路，為空間數(shù)據(jù)共享以及集中式管理提供了操作依據(jù)。

但是在應(yīng)用時(shí)，這種轉(zhuǎn)換方法有一定的局限性：

（1）在一定時(shí)期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)每種格式的宿主軟件全部按照統(tǒng)一的規(guī)范實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，但這是實(shí)現(xiàn)圖形格式數(shù)據(jù)間互操作的前提。

（2）用戶必須同時(shí)安裝這兩種圖形處理軟件，并同時(shí)運(yùn)行才能完成數(shù)據(jù)互操作過(guò)程。

（3）OGC標(biāo)準(zhǔn)考慮更多的是采用了OpenGIS協(xié)議的空間數(shù)據(jù)客戶軟件和空間數(shù)據(jù)服務(wù)軟件，對(duì)于那些大量歷史存在的非OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式的處理方法仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，而從目前來(lái)看非OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式依舊占據(jù)已有數(shù)據(jù)的主體。

（4）圖形軟件存儲(chǔ)了不同的空間信息導(dǎo)致API函數(shù)提供的信息可能是最小的。

（5）一般情況下圖形軟件間操縱的數(shù)據(jù)不包含工程數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)仍然由其自身系統(tǒng)進(jìn)行管理，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的不一致性問(wèn)題的出現(xiàn)[4]。

空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式中的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上解決了不同數(shù)據(jù)格式間缺乏統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)描述基礎(chǔ)的問(wèn)題，但是兩種圖形數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)從源圖形數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)，再由標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)到目標(biāo)圖形數(shù)據(jù)間的兩次轉(zhuǎn)換才能完成，這樣可能會(huì)增加磁盤荷載，產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，因此這種轉(zhuǎn)換方法也有它的局限性[5]。

圖形數(shù)據(jù)共享平臺(tái)雖然是一種比較好的空間數(shù)據(jù)共享模式，但是目前實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分困難。由于現(xiàn)在的圖形處理軟件非常多，每一種圖形軟件都不想失去自身的底層，去采用一個(gè)公共的平臺(tái)。只有當(dāng)某個(gè)圖形軟件的底層Server絕對(duì)優(yōu)于其它系統(tǒng)，并且該Server又管理著大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，才有可能實(shí)現(xiàn)共享平臺(tái)[6]。

對(duì)以上四種圖形轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行研究比較之后發(fā)現(xiàn)，直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式與現(xiàn)實(shí)的資金條件和技術(shù)條件相符，在具體的工程應(yīng)用中具有現(xiàn)實(shí)性和可操作性；空間數(shù)據(jù)互操作模式為數(shù)據(jù)交換方法提供了新規(guī)范和新思路，但是這種方法的要求比較高，局限性比較大；空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式產(chǎn)生了大量的冗余數(shù)據(jù)，增加磁盤荷載；圖形數(shù)據(jù)共享平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享較為理想但實(shí)現(xiàn)難度較大的方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃建梅.基于深度圖像的快速反求系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2005.

[2]汲旭生.空間數(shù)據(jù)交換格式的設(shè)計(jì)思想和原則[J].測(cè)繪與空間地理信息，2009（3）：76～77.

[3]楊燦.電子政務(wù)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)安全交換體系研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2011（5）：83～84.

[4]張蓓等.船舶設(shè)計(jì)制造中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中國(guó)造船，2009（3）：23～25.

[5]奚凌云.基于ArcGIS Data Interoperability的空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（3）：55～56.

[6]郭敏.基于Arcobjects的GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換研究[D].西安科技大學(xué)，2009.

作者簡(jiǎn)介：

王麗麗（1987-），女，碩士研究生，克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與智能系統(tǒng)。