基于VB.NET 語言的雙縱軸多曲線平面曲線控件

鄭國勛，張 華，張曉賢，趙 亮，王若金

（1.長春工程學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程學(xué)院；2.吉林省招生委員會(huì)辦公室；3.吉林省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春130012）

0 引言

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線的繪制與顯示，是各種測控系統(tǒng)的重要功能。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線能夠?qū)崟r(shí)、直觀地反應(yīng)數(shù)據(jù)的變化趨勢。但是，很多開發(fā)語言都沒有提供數(shù)據(jù)曲線工具，而提供數(shù)據(jù)曲線繪制功能的軟件（如：Matlab）又難于實(shí)現(xiàn)軟件集成化。因此，開發(fā)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線功能的軟件，通常會(huì)使用第三方控件。在第三方繪制曲線控件中比較常用的是微軟的Graph OLE組件，它的功能完善，易于操作使用，但使用它需要付費(fèi)購買Microsoft Office辦公軟件，且在處理大數(shù)據(jù)時(shí)性能不佳。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到50 000條時(shí)，Graph OLE組件加載、刷新一次曲線大約需要1min，這樣的刷新速率對實(shí)時(shí)性要求較高的測控軟件是不適用的。

本文在Microsoft Visual Studio平臺(tái)上，使用VB.NET語言，采用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)曲線控件，把動(dòng)態(tài)曲線的繪制封裝在一個(gè)用戶自定義控件類中，通過可視化界面配置相關(guān)屬性，簡化了圖形坐標(biāo)系統(tǒng)的繪制和標(biāo)識(shí)，同時(shí)提高了代碼的可重用性，便于在各種系統(tǒng)中使用。

1 曲線控件的整體設(shè)計(jì)思路

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線繪制與靜態(tài)圖形繪制不同點(diǎn)主要在于繪制動(dòng)態(tài)曲線的數(shù)據(jù)是逐步得到的，在繪制過程中必須保證實(shí)時(shí)性，即獲取數(shù)據(jù)與繪制曲線必須是同步的。因此，在軟件的設(shè)計(jì)過程中，必須注意繪制圖形的效率，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線的繪制一般要考慮到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值的范圍和數(shù)據(jù)的采樣頻率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線一般的形式是Y方向軸表示監(jiān)測數(shù)據(jù)的大小，X方向軸表示時(shí)間。隨著時(shí)間的變化，動(dòng)態(tài)曲線不斷更新變化。常用的實(shí)現(xiàn)曲線顯示方法有2種：一種是把已繪制的圖形擦除，重新從左向右繪制；另一種方式稱為平推式，把已有圖形向左方或右方平移。在平推式中，最需要解決的問題是圖形刷新的問題，以免在采樣頻率較高的情況下圖形閃爍嚴(yán)重。

本文采用的方法是：利用VB.NET的Bitmap對象在內(nèi)存中進(jìn)行坐標(biāo)軸及曲線的繪制，Picture－Box控件作為曲線的顯示載體，將Bitmap對象賦值給PictureBox控件。通過這種方法，可以避免曲線直接繪制在PictureBox控件上而將產(chǎn)生的閃爍問題以及窗體被置于下層時(shí)曲線被擦除的問題。

2 編制曲線控件的方法

2.1 坐標(biāo)系的建立

Microsoft Visual Studio平臺(tái)中默認(rèn)坐標(biāo)系統(tǒng)是容器的左上角坐標(biāo)為（0，0），Y 方向軸向右，X方向軸向下，容器右下角坐標(biāo)為（Width，Height）（注：Width為容器寬度，Height為容器高度）。因此，在繪制曲線前必須自定義絕對坐標(biāo)系，自定義絕對坐標(biāo)系規(guī)則如下：

1）Y方向軸的最大值和最小值由曲線數(shù)據(jù)確定，分別記作u、l；

2）Y方向軸刻度由曲線數(shù)據(jù)的最大值、最小值及它們之間的差值確定，分別記作Dmax、Dmin、t＝Dmax－Dmin。當(dāng)t＝0時(shí)曲線是一條平行于X方向軸的線段；

3）Y方向軸單位長度記作s，刻度數(shù)記作m；

4）定義函數(shù)f（x）為小于x的最大整數(shù)，c（x）為大于x的最小整數(shù)。

通過計(jì)算可以得到：

為了提高復(fù)用性，文中把實(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)曲線的繪制封裝成一個(gè)自定義控件類，用類的方法分別實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)繪制、動(dòng)態(tài)曲線繪制等操作。自定義控件類的屬性見表1。

表1 自定義控件類的屬性

2.2 曲線的繪制

按上述規(guī)則建立了自定義坐標(biāo)系后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線的繪制了。坐標(biāo)系是否顯示右側(cè)Y軸由控件的EnableRightYAxis屬性決定。多條數(shù)據(jù)曲線由傳入數(shù)據(jù)的二維數(shù)據(jù)決定。曲線控件繪制曲線的具體步驟如下：

1）通過LastLeftDataArray屬性獲取曲線數(shù)據(jù)；

2）利用傳入的數(shù)據(jù)和公式（1）～（3）計(jì)算求得坐標(biāo)軸刻度的單位長度、最小刻度值、最大刻度值及刻度數(shù)；

3）繪制坐標(biāo)軸、刻度線、更新坐標(biāo)系文本；

4）利用坐標(biāo)軸相關(guān)參數(shù)將曲線數(shù)據(jù)真實(shí)值換算為Microsoft Visual Studio平臺(tái)中默認(rèn)坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值；

5）在Bitmap對象中繪制曲線，并將Bitmap對象賦值給PictureBox控件。

3 運(yùn)行界面

該自定義曲線控件通常要與開發(fā)工具的時(shí)間控件配合使用，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線功能。在Microsoft Visual Studio平臺(tái)上可以通過使用BeginInvoke方法實(shí)現(xiàn)多線程對曲線控件的調(diào)用。使用多線程技術(shù)調(diào)用曲線控件，可以有效地避免程序在運(yùn)行過程中窗體出現(xiàn)假死情況，程序運(yùn)行后如圖1所示。

圖1 曲線控件運(yùn)行后畫面

4 結(jié)語

本文介紹了確定坐標(biāo)系、坐標(biāo)軸刻度和繪制平面曲線的方法，使用VB.NET語言編寫了平面雙縱軸曲線控件。該控件計(jì)算坐標(biāo)軸刻度的方法計(jì)算效率高，繪制的刻度線、刻度分布更為合理。實(shí)現(xiàn)了雙縱軸顯示曲線，并且可以顯示不同顏色的多條數(shù)據(jù)曲線，具有很好的通用性。

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［2］王林，劉子英，蔣仕林.基于Ajax技術(shù)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)曲線研究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（1）：77－79.

［3］翟世磊，李明波，李福，等.實(shí)時(shí)曲線的繪制方法探索［J］.科技信息，2009（36）：521－522.