基于ArcEngine 和Teigha.Net 的CAD 路徑圖輸出方法

張 靜，龔正國，梁 偉，陳慶巖，秦亞東，姚 遠(yuǎn)，王 林

（1.國網(wǎng)南陽供電公司，河南 南陽 473000；2.中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430071）

ODA 是一個非盈利的組則，在40 多個國家有1 100多個成員。ODA致力于促進(jìn)開放的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CAD數(shù)據(jù)和遺留的CAD數(shù)據(jù)的格式交換。ODA開發(fā)用于技術(shù)圖形應(yīng)用程序的核心平臺TeighaTM，Teigha支持dwg、dgn、stl、pdf之間的數(shù)據(jù)交換。Teigha支持的多個平臺包括Windows、Mac、Unix、Linux 等[1-6]。本文采用Teigha.Net實現(xiàn)dwg文件的寫入功能。

1 方法框架

本文基于ArcEngine 和Teigha.Net 的CAD 路徑圖，輸出方法構(gòu)建在統(tǒng)一的地理參考WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)下，通過ArcEngine 獲取路徑信息和底圖信息，利用Teigha.Net 寫入dwg 文件中，以此實現(xiàn)路徑圖的輸出，其原理如圖1所示。

圖1 方法原理圖

實現(xiàn)CAD路徑輸出的關(guān)鍵是不同信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，需要將ArcGIS系統(tǒng)中的路徑、材料信息和底圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAD格式的路徑圖及注記，并添加選擇的圖框樣式。ArcGIS系列軟件作為地理信息專業(yè)處理和管理系統(tǒng)，在矢量和柵格數(shù)據(jù)管理方面能力出眾，具有豐富的空間信息，CAD更加偏重于矢量數(shù)據(jù)的管理，針對柵格數(shù)據(jù)處理能力較弱，針對2 個平臺的不同要點(diǎn)，可以將對應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換分解為3 個方面：柵格、矢量和圖框分別進(jìn)行處理。針對柵格數(shù)據(jù)，利用ArcEngine中柵格數(shù)據(jù)處理模塊并結(jié)合.Net平臺自帶的圖像功能，完成柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換輸出，作為獨(dú)立數(shù)據(jù)文件關(guān)聯(lián)到最終成果中[7]。針對矢量數(shù)據(jù)，利用Teigha.Net 進(jìn)行矢量信息寫入CAD，線狀地物直接作為線實體寫入，點(diǎn)狀要素需要讀取對應(yīng)的dwg 格式的圖放入對應(yīng)位置以符號化形式顯示。針對圖框，圖框作為裁剪柵格的范圍比例，在分幅出圖的過程中使用圖框參數(shù)，最終圖框需要根據(jù)柵格數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行一定比例的縮放，疊加到CAD 圖中[8]。因此，本文設(shè)計的基于ArcEngine和Teigha.Net的CAD路徑圖輸出方法流程如圖2所示。

圖2 方法流程

2 CAD路徑圖輸出方法

基于ArcEngine和Teigha.Net的CAD路徑圖輸出方法包括柵格輸出，矢量轉(zhuǎn)換以及圖框的疊加。

2.1 柵格數(shù)據(jù)輸出

柵格數(shù)據(jù)由于來源的不同，例如衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航攝數(shù)據(jù)以及其他來源數(shù)據(jù)，大小和分辨率不一致，在柵格數(shù)據(jù)的輸出中需要根據(jù)輸出范圍的大小進(jìn)行重采樣，降低柵格數(shù)據(jù)的輸出大小。同時，由于添加了在線地圖天地圖的服務(wù)，這種數(shù)據(jù)采用自定義顯示方式，沒有繼承ArcEngine 自帶的IRasterLayer，需要采用特殊的方式進(jìn)行輸出。針對以上情況，本文實現(xiàn)3種柵格數(shù)據(jù)的輸出函數(shù)：ArcEngine 自帶函數(shù)封裝、C#自帶Bitmap操作封裝以及針對在線地圖天地圖特殊輸出處理。

針對ArcEngine 自帶柵格數(shù)據(jù)的輸出函數(shù)，可以進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的輸出，優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，例如柵格數(shù)據(jù)的重采樣，缺點(diǎn)也很明顯，功能復(fù)雜輸出速度慢。封裝的函數(shù)中，設(shè)置輸出的圖層源、輸出范圍、存儲定義以及輸出像素的個數(shù)（int x, int y）。輸出像素的個數(shù)決定了重采樣的比例，例如輸出柵格范圍內(nèi)的像素個數(shù)為10 000×10 000，而輸出像素設(shè)置為1 000×1 000，那么最終的影像個數(shù)為1 000×1 000，這些值會根據(jù)10 000×10 000 個像素進(jìn)行重采樣得來的。本文考慮到像素過多最終CAD顯示的影響以及輸出效率的問題，會將影像進(jìn)行重采樣設(shè)置，控制影像的范圍[1]。判斷的依據(jù)是輸出柵格范圍內(nèi)的影像的寬度或者高度。

針對C#自帶Bitmap的操作函數(shù)，也可以用于柵格數(shù)據(jù)的寫入，需要自己獲取每一個點(diǎn)像素值，逐像素寫入。其優(yōu)點(diǎn)是寫入快效率高，缺點(diǎn)是無法處理大范圍影像，影像過大會導(dǎo)致程序內(nèi)存占用過高。首先申請一個對應(yīng)影像大小的Bitmap 以及對應(yīng)的BitmapData，設(shè)置對應(yīng)大小的byte。根據(jù)RasterLayer 的數(shù)據(jù)組織格式，將輸出范圍劃分成128×128大小的塊，分別讀取對應(yīng)像素值寫入對應(yīng)byte中。直到所有的信息都寫入byte 之后，一次性將所有信息拷貝進(jìn)BitmapData對象中，最后寫入影像文件。需要注意的是，bmpData.Stride 應(yīng)該等于bmpWidth，但實際上往往不相等，要差幾個字節(jié)，因為bmpData.Stride 必須是4 的倍數(shù)，如果不足，則補(bǔ)上幾個字節(jié)，讓bmpData.Stride是4的倍數(shù)，這些多余的字節(jié)不會存儲任何顏色數(shù)據(jù)，如果直接令bmpData.Stride=bmpWidth，會導(dǎo)致影像集體右偏移。針對大柵格數(shù)據(jù)寫入導(dǎo)致的內(nèi)存不足問題，主要是在.NET 中，所有大對象都是分配在另外一個特別的連續(xù)內(nèi)存（LOH）中的，而且，每個大對象在創(chuàng)建時即屬于G2，也就是說只有在進(jìn)行Generation 2的垃圾回收時，才會處理LOH，而且在對LOH 進(jìn)行垃圾回收時不會壓縮內(nèi)存。更進(jìn)一步，LOH 上空間的使用方式也很特殊。當(dāng)分配一個大對象時，運(yùn)行時會優(yōu)先嘗試在LOH 的尾部進(jìn)行分配，如果尾部空間不足，就會嘗試向操作系統(tǒng)請求更多的內(nèi)存空間，只有在這一步也失敗時，才會重新搜索之前無效對象留下的內(nèi)存空隙。如果這一步也失敗，就會出現(xiàn)內(nèi)存不足的錯誤。

在線地圖天地圖是國家基礎(chǔ)地理信息中心建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)化地理信息共享與服務(wù)門戶，向各類用戶提供權(quán)威、標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的在線地理信息綜合服務(wù)。本平臺可以調(diào)用天地圖影像服務(wù)和地名服務(wù)作為底圖，進(jìn)行線路規(guī)劃。天地圖作為獨(dú)立在線地圖的提供方，ArcEngine 中并沒有直接的辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，需要自定義擴(kuò)展天地圖的顯示，擴(kuò)展的核心理念是利用當(dāng)前地圖控件范圍的空間位置，根據(jù)分辨率計算對應(yīng)的天地圖切片數(shù)據(jù)圖塊，通過網(wǎng)絡(luò)請求獲取對應(yīng)的影像，繪制在地圖控件上。由于天地圖數(shù)據(jù)是自定義實現(xiàn)顯示，沒有實現(xiàn)IRasterLayer 對應(yīng)接口，不能采用ArcEngine 自帶函數(shù)或者.Net 自帶函數(shù)進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的輸出，.Net 自帶函數(shù)也利用了IRasterLayer 的像素獲取功能。本文利用地圖控件的打印輸出功能順利解決這個問題。在天地圖柵格數(shù)據(jù)輸出前只顯示天地圖數(shù)據(jù)，然后地圖控件將輸出范圍的影像輸出為影像文件，之后將其他圖層再顯示在地圖控件上。

3 種柵格輸出都有優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的范圍，根據(jù)柵格數(shù)據(jù)判斷是否是天地圖，確定是，則采用天地圖輸出方法，不是就根據(jù)影像的范圍再次進(jìn)行判斷，范圍過大采用ArcEngine 自帶封裝函數(shù)輸出，否則就采用C#自動函數(shù)輸出。

2.2 矢量輸出

矢量輸出考慮的關(guān)鍵點(diǎn)是找到ArcGIS平臺和CAD平臺對矢量圖層組織方式的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，找到數(shù)據(jù)在兩者之間轉(zhuǎn)換的對應(yīng)關(guān)系。在ArcGIS中，單一圖層里有很多種樣式。在CAD中，只能分散到各層，每個層一個樣式。這樣轉(zhuǎn)出來以后，圖層會比ArcGIS中的要多。根據(jù)分析，進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的輸出可以分解為①在CAD 中建立圖層樣式；②根據(jù)數(shù)據(jù)的樣式不同，將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的圖層。

在建立圖層樣式之前，需要初始化CAD 對象，這是采用Teigha.Net 封裝的CAD 文件管理類，可以操縱CAD 文件，包括創(chuàng)建圖層和寫入數(shù)據(jù)等。建立圖層樣式就是將單一ArcGIS 圖層多個樣式映射到多個CAD 圖層過程，由于本文渲染是根據(jù)某一個屬性字段來進(jìn)行的，只需要根據(jù)不同的屬性字段值建立對應(yīng)的圖層即可，創(chuàng)建的圖層還需要根據(jù)ArcGIS圖層矢量類型設(shè)置CAD 圖層對應(yīng)的線寬和顏色等屬性。

建立完圖層樣式，就需要將數(shù)據(jù)寫入圖層。遍歷圖層，獲取要素，根據(jù)要素的渲染字段找到對應(yīng)的圖層，寫入矢量數(shù)據(jù)。要素分為點(diǎn)線面，在本文應(yīng)用中暫時只用到了點(diǎn)和線數(shù)據(jù)，針對點(diǎn)和線數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。針對線數(shù)據(jù)，將要素轉(zhuǎn)換為點(diǎn)集合，定義CAD 中線對象OdDb2dPolyline，將點(diǎn)集合存入對象中，設(shè)置線型。針對點(diǎn)對象，獲取點(diǎn)的渲染名稱，根據(jù)名稱獲取dwg格式的圖塊，將圖塊寫入對應(yīng)的CAD圖層中。

標(biāo)注的擺放位置，由于路徑圖的走向不固定，無法設(shè)定唯一的標(biāo)注傾斜方向，需要根據(jù)路徑的方向?qū)崟r計算結(jié)果。同時，針對點(diǎn)要素，如果存在鄰接的線，需要根據(jù)鄰接的線方向作為點(diǎn)要素標(biāo)注的放置方向。需要特別注意的是，選擇的Teigha.Net 平臺存在角度達(dá)到臨界值之后，就是靠近PI∕4.0，會導(dǎo)致計算的偏移靠近直線；如果給角度加上PI∕2，會導(dǎo)致靠近角度和坐標(biāo)軸的點(diǎn)靠近直線，只能通過判斷角度來重新生成角度規(guī)避。

2.3 圖框疊加

圖框的疊加就是將提前選好的dwg 圖框插入對應(yīng)的dwg 中，主要需要考慮比例的縮放，將圖框放到對應(yīng)的位置[9]。

圖框邊框分為外邊框和內(nèi)邊框和數(shù)據(jù)疊加的范圍是內(nèi)邊框范圍，示意圖如圖3 所示。內(nèi)邊框從左下角起始點(diǎn)整個貼合柵格底圖，縮放比例按照內(nèi)邊框的范圍和影像的范圍來計算，具體公式為：

圖3 圖框示意

式中，scaleX為X方向縮放系數(shù)如式（1）；scaleY為Y方向縮放系數(shù)如式（2）；imageWidth 和imageHeight為影像范圍的地理坐標(biāo)寬度和高度；frameWidth 和frameHeight為圖框在CAD代表的寬度和高度。生成結(jié)果可以在AutoCAD正常打開，編輯等操作也正常。

3 結(jié) 論

本文提出基于ArcEngine 和Teigha.Net 的CAD 路徑圖輸出方法，根據(jù)ArcGIS 平臺的數(shù)據(jù)利用Teigha.Net 生成CAD 路徑圖，首先根據(jù)柵格數(shù)據(jù)，導(dǎo)出影像地圖，接著轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)，最后添加圖框。結(jié)果表明，本文方法能有效解決沒有AutoCAD 環(huán)境下的CAD 路徑圖輸出的問題，減少了配網(wǎng)軟件中對其他組件的依賴。后續(xù)需要進(jìn)一步優(yōu)化輸出細(xì)節(jié)及生成速度。