一種用戶(hù)程序的自動(dòng)布局算法

孔 金，戴曉華，汪宏毅，劉 威

（浙江中控技術(shù)股份有限公司，杭州 310053）

0 引言

功能塊語(yǔ)言源于信號(hào)處理領(lǐng)域，它將各種功能塊連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的控制功能，其圖形元素由功能、功能塊和連接元素組成[1]。功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）編程軟件是工業(yè)控制系統(tǒng)中最主要的控制策略組態(tài)工具之一，提供FBD的編程和調(diào)試功能。用戶(hù)程序畫(huà)布存在功能塊重疊、布局局部緊湊等問(wèn)題，這導(dǎo)致該軟件存在布局耗時(shí)久、審核圖紙難、調(diào)試維護(hù)工作量大等易用性問(wèn)題。為了解決該類(lèi)問(wèn)題，在保持FBD程序軟件現(xiàn)有功能和不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)邏輯的基礎(chǔ)上，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整控件尺寸、自動(dòng)調(diào)整控件位置、自動(dòng)調(diào)整控件間距等方法，對(duì)布局效果進(jìn)行優(yōu)化，既能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互方便操作，又能有效地減少功能塊邊的交叉數(shù)[2]。

1 自動(dòng)調(diào)整控件尺寸

用戶(hù)程序中由于采用了固定大小顯示功能塊，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)位號(hào)名顯示不全、功能塊名稱(chēng)顯示不全、功能塊位號(hào)名稱(chēng)顯示不全、功能塊參數(shù)重疊等問(wèn)題。因此，為了解決顯示問(wèn)題，并保證最佳顯示風(fēng)格，現(xiàn)提供方法支持自動(dòng)調(diào)整控件尺寸。

將控件類(lèi)型分為數(shù)據(jù)引用控件和功能塊兩種，因此計(jì)算控件尺寸的方法，根據(jù)控件類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，共有兩種方式。

1.1 數(shù)據(jù)引用控件

用戶(hù)程序?qū)嵗摽丶?，先獲取其位號(hào)名，并計(jì)算位號(hào)名文本寬度。然后，獲取位號(hào)名文本寬度和控件文本硬編碼寬度的最大值。最后，根據(jù)該值調(diào)整控件尺寸。

獲取位號(hào)名文本寬度和控件文本硬編碼寬度的最大值方法為比較兩個(gè)值，若位號(hào)名文本寬度不大于控件文本硬編碼寬度，則最大值為控件文本硬編碼寬度；若位號(hào)名文本寬度大于控件文本硬編碼寬度，則最大值為位號(hào)名文本寬度。

1.2 功能塊

用戶(hù)程序?qū)嵗摽丶?，依次?jì)算功能塊名稱(chēng)文本寬度、功能塊位號(hào)名文本寬度、功能塊同行參數(shù)名稱(chēng)最大行文本寬度，并獲取三者之間的最大值作為控件文本寬度。然后，獲取控件文本寬度與控件文本硬編碼寬度的最大值。最后，根據(jù)最大值調(diào)整控件尺寸。

獲取功能塊文本寬度方法是先獲取功能塊名稱(chēng)，然后根據(jù)每個(gè)字節(jié)所占文本寬度進(jìn)行計(jì)算。

獲取功能塊位號(hào)名文本寬度方法是先獲取功能塊位號(hào)名，然后根據(jù)每個(gè)字節(jié)所占文本寬度進(jìn)行計(jì)算。

獲取功能塊同行參數(shù)名稱(chēng)最大行的文本寬度的方法是先依次獲取同序號(hào)的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的名稱(chēng)，再根據(jù)每個(gè)字節(jié)所占文本寬度，依次計(jì)算輸入?yún)?shù)文本寬度和輸出參數(shù)文本寬度，并計(jì)算兩者之和后保存；然后，根據(jù)序號(hào)遍歷保存的值進(jìn)行比較，獲取最大值即可。

獲取控件文本寬度和控件文本硬編碼寬度的最大值方法為：比較兩個(gè)值，若控件文本寬度不大于控件文本硬編碼寬度，則最大值為控件文本硬編碼寬度；若控件文本寬度大于控件文本硬編碼寬度，則最大值為位號(hào)名文本寬度。

2 自動(dòng)調(diào)整控件位置

用戶(hù)程序可以通過(guò)導(dǎo)入CSV和XML文件新建FBD用戶(hù)程序，但是數(shù)據(jù)引用控件和功能塊的位置都是軟件硬編碼的，當(dāng)超過(guò)一定數(shù)量后，就會(huì)出現(xiàn)功能塊重疊問(wèn)題。因此，為了解決重疊問(wèn)題，現(xiàn)提供方法支持自動(dòng)調(diào)整控件位置。

2.1 計(jì)算控件位置

計(jì)算控件位置的方法是進(jìn)行遍歷所有控件，每獲取一個(gè)控件位置后，再遍歷除了自己以及遍歷過(guò)的控件之外的其他所有控件，若發(fā)現(xiàn)重疊，則進(jìn)行偏移。

2.2 計(jì)算重疊

圖1 控件位置計(jì)算過(guò)程Fig.1 Control position calculation process

圖2 控件區(qū)域定義Fig.2 Control area definition

計(jì)算重疊的方法是獲取兩個(gè)控件的最小矩形區(qū)域，若兩個(gè)區(qū)域相交，則認(rèn)為重疊；若兩個(gè)區(qū)域不相交，則認(rèn)為不重疊。

判斷區(qū)域相交算法，如下所示：

控件區(qū)域定義為rect（min，max），min和max是二維點(diǎn)（x，y）組成，如圖2所示。

兩個(gè)控件a(mina, maxa)和b（minb, maxb)的交集c（minc，maxc）滿(mǎn)足：

minc.x = max(mina.x, minb.x)

minc.y = max(mina.y, minb.y)

maxc.x = min(maxa.x, maxb.x)

maxc.y = min(maxa.y, maxb.y)

若滿(mǎn)足以下情形，則a和b相交，否則a和b不相交。

minc.x <= maxc.x且minc.y <= maxc.y

3 自動(dòng)調(diào)整控件間距

用戶(hù)程序支持通過(guò)導(dǎo)入XML文件新建FBD用戶(hù)程序，但是XML文件中坐標(biāo)的單位是mm，用戶(hù)程序坐標(biāo)的單位是像素，且紙張大小與FBD用戶(hù)程序畫(huà)布大小不一致，因此轉(zhuǎn)化后，該軟件存在布局緊湊等問(wèn)題。雖然自動(dòng)調(diào)整控件尺寸解決了顯示不全問(wèn)題，自動(dòng)調(diào)整控件位置解決了重疊問(wèn)題，但是會(huì)存在控件緊湊在局部區(qū)域，其他區(qū)域空白較多，影響用戶(hù)體驗(yàn)。因此，為了解決該問(wèn)題，現(xiàn)提供自動(dòng)調(diào)整控件間距方法。該方法在圖中的控件較多時(shí)，可以盡量減少圖中的交叉線，并且在進(jìn)行深度搜索時(shí)充分考慮到相鄰控件的布局，使畫(huà)布的可讀性比較好[3]。

3.1 計(jì)算控件間距

計(jì)算控件間距的方法為先獲取所有控件的最小有效區(qū)域，然后獲取畫(huà)布顯示有效區(qū)域，再計(jì)算最小有效區(qū)域和畫(huà)布顯示有效區(qū)域的縮放比，最后根據(jù)縮放比獲取控件間距。

圖3 控件最小區(qū)域計(jì)算方法Fig.3 The calculation method of the minimum area of the control

圖4 調(diào)整前用戶(hù)程序畫(huà)布顯示效果Fig.4 User program canvas display effect before adjustment

3.2 獲取所有控件有效區(qū)域

獲取所有控件有效區(qū)域的方法為遍歷所有控件位置，先記錄第一個(gè)獲取的控件位置為最小有效區(qū)域，然后繼續(xù)遍歷，獲取該控件位置后，并與最小有效區(qū)域值進(jìn)行比較，若該控件位置不在最小有效區(qū)域內(nèi)，則根據(jù)該控件位置調(diào)整最小有效區(qū)域范圍。

控件區(qū)域定義為 rect（min，max），min和 max是二維點(diǎn)（x，y）組成。兩個(gè)控件分別是a（mina, maxa）和b（minb, maxb），則這兩個(gè)控件的最小有效區(qū)域是（mina，maxb）。

3.3 計(jì)算畫(huà)布顯示有效區(qū)域

計(jì)算畫(huà)布顯示有效區(qū)域的方法為：根據(jù)用戶(hù)程序的畫(huà)布大小獲取顯示控件位置區(qū)域。

3.4 計(jì)算最小有效區(qū)域和畫(huà)布顯示區(qū)域的縮放比

計(jì)算最小有效區(qū)域和畫(huà)布顯示區(qū)域的縮放比方法是先依次獲取最小有效區(qū)域的寬度和高度以及畫(huà)布顯示區(qū)域的寬度和高度，然后依次將最小有效區(qū)域的寬度和畫(huà)布顯示區(qū)域的寬度相除獲取寬度縮放比，將最小有效區(qū)域的高度和畫(huà)布顯示區(qū)域的高度相除獲取高度縮放比。

3.5 計(jì)算控件間距

計(jì)算控件間距的方法是遍歷所有控件，獲取控件位置信息后，依次分別乘以寬度縮放比和高度縮放比，獲取最終控件位置，該值與相鄰控件位置之差就是間距值。

4 方案驗(yàn)證

以用戶(hù)程序的導(dǎo)入XML文件功能為例，畫(huà)布使用該方法前后的顯示對(duì)比效果如下所示：

1）未使用該成果，用戶(hù)程序畫(huà)布顯示效果如圖4所示。

圖5 調(diào)整后用戶(hù)程序畫(huà)布顯示效果Fig.5 User program canvas display effect after adjustment

2）使用該成果后，用戶(hù)程序畫(huà)布顯示效果如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)軟件的用戶(hù)程序布局易用性問(wèn)題，本文從自動(dòng)調(diào)整控件尺寸、自定義調(diào)整控件位置、自定義調(diào)整布局等幾個(gè)方面進(jìn)行了嘗試，取得了良好的效果。使用該方法后，對(duì)于工程實(shí)施人員而言，無(wú)論是對(duì)于組態(tài)實(shí)施，還是組態(tài)調(diào)試，效率都有明顯提升；對(duì)于用戶(hù)而言，不管是在線查看組態(tài)，還是審核圖紙，體驗(yàn)都有明顯改善。