通用輕量型標(biāo)圖符號設(shè)計方法研究

黃 凱，魏海平，張 昊，2，席勝明，3

（1．信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450052；2．61243部隊，甘肅 蘭州730020；3．95980部隊，湖北 襄陽441021）

計算機技術(shù)的快速發(fā)展使得地圖學(xué)發(fā)生質(zhì)的飛越，地圖產(chǎn)品不再局限于傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖，各式各樣的電子地圖已深入人們?nèi)粘；顒赢?dāng)中。地圖符號作為地圖語言的一種表現(xiàn)方式，直接影響著用戶使用地圖的認知與感受心理。高質(zhì)量的地圖符號設(shè)計不僅可以豐富地圖內(nèi)容信息，還可提高地圖的易讀性［1］。電子地圖符號與傳統(tǒng)地圖符號比較具有更靈活的設(shè)計方式，更快速的使用方式以及更人性化的更改方式。為此，本文針對電子地圖集中標(biāo)圖符號的特點提出一種實用的符號設(shè)計與使用方法。

1 電子地圖集標(biāo)圖符號設(shè)計存在的問題

電子地圖符號在設(shè)計上與傳統(tǒng)地圖符號比較要靈活，電子地圖符號更為復(fù)雜與多樣化，如何在計算機上方便快速的設(shè)計與使用地圖符號一直是地圖研究的重點和難點。

標(biāo)圖符號主要使用于態(tài)勢標(biāo)繪，它能清晰明了的標(biāo)明敵我雙方部署位置及兵力情況，符號簡單，標(biāo)繪速度快，是部隊進行戰(zhàn)斗指揮的重要手段。標(biāo)圖符號可以看做是由圖元集合組成，所謂的圖元可以分為基本線劃圖形和其他圖形?；揪€劃圖形即一般的規(guī)則集合圖形，如點、線、面等；而其他圖形多指圖片、文字等其它用來表示地圖符號的圖形。通常地圖符號設(shè)計使用的方法有3種［2］：①使用位圖文件的方式，將符號圖片放置在相應(yīng)位置，這種方式數(shù)據(jù)量大且在用戶對地圖進行縮放等操作時容易出現(xiàn)變形失真現(xiàn)象；②建立電子地圖符號模型，即為每一個符號設(shè)計專門的算法，此方法工作量大且不利于符號擴展使用；③利用專業(yè)圖形軟件進行符號的設(shè)計，該方法大大減輕了工作量、數(shù)據(jù)量，但使用時容易造成符號定位不精確或是符號大小等屬性不易改變，且該軟件一般不對公眾開放，造成用戶使用受阻。因此，要解決上述問題，需要一種開放的并且數(shù)據(jù)量較小的方式來描述標(biāo)圖符號 使得用戶無論在什么平臺或環(huán)境中都可以借鑒，以達到更為方便、通用化的符號制作效果。

2 標(biāo)圖符號語義描述方式

2．1 半結(jié)構(gòu)化的符號描述語言

異構(gòu)信息的整合使用成為信息交換的一個突出問題，XML正是為解決這個問題而提出的方案。XML又稱可擴展標(biāo)記語言（e Xtensible Mar kup Language），是由W3C組織于1998年2月發(fā)布的一種標(biāo)準，用一種開放的、自描述的方式定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。XML可以同時描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)特性，通過這些結(jié)構(gòu)特性，可以了解數(shù)據(jù)之間的語義關(guān)系［3］。

XML文檔都是由元素構(gòu)成，每個元素都具有“起始標(biāo)記”（如＜SVG＞）、“結(jié)束標(biāo)記”（如＜／SVG＞）和標(biāo)記之間的信息元素組成。元素可以擁有屬性，且可以包含其他元素和文本或者兩者的混合物。XML文檔中的元素具有樹狀結(jié)構(gòu)，可用文檔樹表示。

比較常用的解析XML文檔方法主要有兩種［4］，即SAX和DOM。SAX（可擴展標(biāo)記語言的簡單 應(yīng) 用 程 序 編 程 結(jié) 構(gòu)（Si mple API f or X ML，SAX））將XML文檔看做數(shù)據(jù)流，以此對它進行處理，由于SAX在整個處理過程中不需要在內(nèi)存中構(gòu)建樹的形式，因此它可以在較少消耗內(nèi)存的基礎(chǔ)上快速進行處理操作；DOM（Docu ment Object Model，DOM）是把一個XML文檔表示成一個節(jié)點對象樹，然后在內(nèi)存中將文檔樹生成，其中保存了各節(jié)點的關(guān)系信息以及屬性信息。因此，用DOM處理XML文檔較為方便，但若XML文檔數(shù)據(jù)較大，內(nèi)存消耗也相應(yīng)增大。

2．2 結(jié)構(gòu)化的標(biāo)圖符號描述

標(biāo)圖符號是基本線劃圖形的組合，可將這些線劃圖形稱為圖元，每一個完整的符號都可分解為最基本的圖元，每個圖元本身具有相應(yīng)的語義信息。這樣，在設(shè)計標(biāo)圖符號庫的時候，用戶可以根據(jù)線劃圖形的語義結(jié)合符號結(jié)構(gòu)特點衍生出大量的完整標(biāo)圖符號，大大減小符號庫數(shù)據(jù)存儲量的同時可提供豐富的標(biāo)圖符號滿足應(yīng)用，實現(xiàn)方式見圖1。

3 基于SVG格式的標(biāo)圖符號設(shè)計

3．1 SVG標(biāo)圖符號表達原理

圖1 標(biāo)圖符號構(gòu)建方式

SVG（Scalable Vector Graphics）是一種基于XML的用來描述二維矢量圖形或者矢量、柵格混合圖形的標(biāo)記語言［5］。SVG提供豐富的圖形對象，它不單提供文本、線段、圓、矩形、橢圓、折線、多邊形等基本元素，還提供通用的路徑元素，可以實現(xiàn)對各種復(fù)雜圖形的描述，具體圖形對象及屬性描述見表1。

表1 SVG圖形對象及屬性描述一覽

其中路徑（pat h）元素最為復(fù)雜，但由于電子地圖符號多具有不規(guī)格的圖形信息，如不規(guī)則曲線等，因此路徑元素也是最有用并且最常用的元素，它實質(zhì)上是對路徑的一系列命令操作［6］，具體的操作命令見表2。

表2 path元素命令操作對應(yīng)表

3．2 基于Illustrator軟件快速設(shè)計標(biāo)圖符號的方法

Ill ustrator是Adobe公司生產(chǎn)的矢量圖形制作軟件，它具有編輯功能強、整飾效果好、輸出功能完備的特點［7］。在Ill ustrator下使用圖形操作工具可以簡單方便的繪制圖形，最終只要將所繪圖形文件保存為SVG格式，圖形的狀態(tài)屬性便自動保存在所生成的SVG文檔中。圖2為某標(biāo)圖符號，它由矩形、直線、文字和圓形元素組成，用戶可以選擇Illustrator上所提供的圖形工具，當(dāng)繪制完畢后直接保存為SVG文件，則生成基于XML的描述語言（只保留主要部分），其中為使圖形能夠定位精確，可將設(shè)計后的圖形進行編組操作，再使用橢圓工具在需要的位置畫定位點，這樣，在起始標(biāo)識＜g＞和結(jié)束標(biāo)識＜／g＞中的語言描述為圖形的主體部分描述，而外部的＜circle＞為定位點的描述，如此便可快速生成SVG標(biāo)圖符號，供地圖軟件使用。

圖2 SVG格式旗幟符號

X ML代碼如下：

＜？x ml version＝"1．0"encoding＝"utf－8"？＞

由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法是利用訓(xùn)練過程提取因果關(guān)系，然后將它存儲到一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的連接強度上。網(wǎng)絡(luò)的自組織與學(xué)習(xí)能力消除了提取因果關(guān)系的必要性。

＜svg version＝"1．1"x＝"．．"y＝"．．"widt h＝"．．"height＝"．．"viewBox＝"．．"enable－backgr ound＝"．．"＞

＜g id＝"符號"＞

＜rect x＝"．．"y＝"．．"fill＝"．．"stroke＝"．．"str oke－widt h＝"．．"str oke－miterli mit＝"．．"width＝"．．"height＝"．．"／＞

＜pat h fill＝"．．"str oke＝"．．"str okewidt h＝"．．"str oke－miterli mit＝"．．"d＝"．．"／＞

＜line fill＝"．．"str oke＝"．．"str okewidth＝"．．"stroke－miterli mit＝"．．"x1＝"．．"y1＝"．．"x2＝"．．"y2＝"．．"／＞

＜text transf or m＝"．．"fill＝"．．"f ontfamily＝"＇．．＇"f ont－size＝"．．"＞PB＜／text＞

＜／g＞

＜g id＝"定位點"＞

＜circle fill＝"．．"cx＝"．．"cy＝"．．"r＝"．．"／＞

＜／g＞

＜／svg＞

SVG文件采用文本方式描述圖形信息，文件大小相比較其它方式的符號庫建立要小的多，此外，當(dāng)SVG描述大型的圖形文件時，如整幅地圖時，文件的大小可能會急劇增加，畢竟SVG文件中存在大量的冗余信息，此時Ill ustrator提供一種SVG文件壓縮格式，后綴名為．svgz。此格式文件僅保留SVG文件必要的繪圖信息，可以大大減小數(shù)據(jù)量，可將原SVG文件壓縮至原大小的約40%?？梢苑奖愕膶VG格式文件移植到移動平臺上使用。如一幅蘇州地圖，PDF格式下文件大小為9．18 M，而保存成SVG格式后，文件大小變成8．40 M，SVGZ格式下，文件僅有2．43 M，可見該壓縮方法對于構(gòu)建輕量級的軟件系統(tǒng)有著極為顯著的作用。當(dāng)然，本文僅利用SVG文件描述簡單的符號信息，文件大小已是相當(dāng)輕小，壓縮格式效果不明顯，僅僅提供參考。

3．3 Qt環(huán)境下標(biāo)圖符號功能設(shè)計

在Qt環(huán)境下顯示SVG文件主要有兩種方式：一種是利用Qt自帶的SVG模塊實現(xiàn)標(biāo)圖符號的加載和顯示，此種方法方便快捷，但脫離該環(huán)境就無法使用，不具有通用性；另一種方法較為通用，即將SVG文件視為符號的數(shù)據(jù)描述文檔，通過解析SVG文件實現(xiàn)標(biāo)圖符號的顯示、編輯和修改，不受編程環(huán)境的影響［8］。

普通標(biāo)圖符號的生產(chǎn)往往需要針對每一個標(biāo)圖符號進行設(shè)計，這其中包括敵方和我方標(biāo)圖符號設(shè)計，而此類符號多數(shù)僅是顏色上的區(qū)別，若重復(fù)設(shè)計必定造成大量的冗余信息 為此標(biāo)圖符號應(yīng)具備修改的功能，而Qt中提供QDomElement對象可以獲取SVG中每個節(jié)點的元素，tag Na me方法可以定位到指定的元素標(biāo)簽名位置，attribute和set Attribute方法可分別獲取標(biāo)簽名下的屬性信息和更改該屬性信息，以達到對標(biāo)圖符號進行屬性修改的目的。此外，為滿足用戶對標(biāo)圖符號的使用需求，程序還應(yīng)提供不同符號圖元合并形成新符號的功能。該功能在SVG文件格式下實現(xiàn)也較為簡便，只需將要合并的若干個圖元描述語句合并，平行的添加于新的SVG文件中，便可投入使用。具體標(biāo)圖顯示的流程如圖3所示。

4 實驗結(jié)果分析

實驗采用開源Qt4．8．5版本源代碼為基礎(chǔ)，利用上述流程圖的編程思想，在Windows XP系統(tǒng)下編譯成執(zhí)行程序。圖4為程序執(zhí)行效果。

圖3 SVG格式標(biāo)圖符號使用流程

圖4 程序執(zhí)行效果

4．1 程序調(diào)用SVG標(biāo)圖符號過程簡介

當(dāng)啟動軟件的同時，系統(tǒng)自動遍歷相應(yīng)存放SVG符號的文件夾，將文件名和文件個數(shù)保存，以按鈕的形式整齊疊放于工具條中，當(dāng)用選擇使用標(biāo)圖功能時則顯示工具條，用戶只需點擊相應(yīng)的符號按鈕便可將標(biāo)圖符號繪制于相應(yīng)的圖層上。通過雙擊已繪的符號可以調(diào)出該符號的屬性對話框，通過修改對話框可以實時更改符號的屬性信息。此外，為方便用戶快速使用自定義的標(biāo)圖符號，工具條還增加新建符號按鈕，用戶只需點擊相應(yīng)的SVG文件，便可以直接使用該SVG文件所繪的符號。如圖4所示，SVG標(biāo)圖符號可以清晰的表示出我方兵力部署及指揮進攻情況，滿足標(biāo)圖符號的使用要求，可以為一般地圖或?qū)ｎ}圖使用。

4．2 SVG標(biāo)圖符號特點分析

1）符號輕量化，減小存儲負擔(dān)。SVG標(biāo)圖符號采用文本描述圖形信息，對于標(biāo)圖符號這種多用線劃圖形組成的符號而言是非常輕型簡便的，作者利用SVG格式生成的標(biāo)圖符號均只有2 K左右大小。此外，SVG還提供一種壓縮格式，可以在不影響圖形顯示的前提下盡量多的壓縮SVG文件，而且文件越大，壓縮的效果越明顯。

2語言描述規(guī)范化 易進行屬性修改 SVG標(biāo)圖符號的每個圖元信息都有自己的屬性描述，如顏色、線寬等。用戶可以根據(jù)需要對屬性進行修改，如此一來，不僅方便符號的使用操作，還可減少大量因顏色等屬性不同造成的符號生產(chǎn)重復(fù)性勞動，同時也可大大減小符號庫存儲的數(shù)據(jù)量。

3）圖形信息矢量化，放大縮小不失真。SVG文件描述圖形信息記錄的是圖形的坐標(biāo)、線劃等基本的信息，用戶在進行圖層的放大縮小時，SVG標(biāo)圖符號相當(dāng)于根據(jù)當(dāng)前的視圖大小以及對應(yīng)的當(dāng)前坐標(biāo)將符號進行重繪。因此，即使圖層無限放大，SVG標(biāo)圖符號也不會出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象，保證符號的清晰完整。

4）文件特征半結(jié)構(gòu)化，方便信息整合。SVG文件由元素構(gòu)成，同級元素之間可以互不干擾進行整合。例如，用戶可將兩個獨立的標(biāo)圖符號整合為一個新的標(biāo)圖符號，只需將其中一個符號的元素復(fù)制于另一符號中，并自成一個元素即可。又或者用戶可以添加自己所需要的元素，例如某標(biāo)圖符號的屬性信息、圖片信息甚至是動畫信息等，可大大提高標(biāo)圖符號的表現(xiàn)力。

5）文件通用化，不受平臺限制。SVG文件繼承了XML語言的開放性特點，無論是個人電腦還是移動終端都可以使用。而且大多數(shù)開發(fā)平臺都具有對SVG文件進行操作的能力，用戶可以不用自己一點一點的解析SVG圖形，便可進行SVG文件的顯示，減少工作量。

5 結(jié) 論

本文通過Ill ustrator軟件用SVG格式對標(biāo)圖符號進行設(shè)計，可以達到快速構(gòu)建標(biāo)圖的作用，且由于SVG文件具有數(shù)據(jù)量小 圖形信息及屬性信息易修改的特點，可以大大減少符號設(shè)計的冗余，保證符號庫輕量化；利用XML語言描述標(biāo)圖符號可以使符號的結(jié)構(gòu)更加完備清晰，同時由于XML具有開放性，也使得標(biāo)圖符號可以很好為不同的圖集軟件使用，甚至也可解決標(biāo)圖符號網(wǎng)絡(luò)共享和互操作等問題。開源Qt提供了較為成熟的圖形圖像操作功能函數(shù)，不僅可以靜態(tài)標(biāo)繪，還可進行動態(tài)顯示，這毋庸置疑大大提供了符號的表現(xiàn)力，而Qt本身的跨平臺特征也將拓展標(biāo)圖符號的使用，提高標(biāo)圖符號的使用價值，為電子符號庫的建立以及符號的使用提供參考。

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