VC++小型矢量圖系統(tǒng)設(shè)計研究①

吳 晶

(東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的飛速發(fā)展，矢量圖工具的使用日益廣泛。不論是在理論還是在應(yīng)用上，今天的GIS都處在一個日新月異的時期，并呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。利用其MFC類便開發(fā)出來的功能強(qiáng)大的矢量圖形系統(tǒng)在測繪、地質(zhì)等工程領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，這個以VC++6.0為開發(fā)平臺的產(chǎn)品憑借其體積小、速度快等優(yōu)點，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展潮流，實現(xiàn)繪制地圖功能，展現(xiàn)VC++編程的優(yōu)越性[1]。

1 矢量圖系統(tǒng)概述

1.1 矢量圖概念

矢量圖(Vector Graph)是根據(jù)一組指令集合來描述圖形的內(nèi)容，在數(shù)學(xué)上可定義為一系列由線連接的點，它由矢量定義的直線、曲線等組成，其包括圖形元素的位置、維數(shù)和形狀。矢量圖是以數(shù)學(xué)公式的方式記錄圖像信息的，這就使得矢量圖具有兩個優(yōu)點：一是圖像質(zhì)量與分辨率無關(guān)，矢量圖任意放大或縮小也不會出現(xiàn)模糊或鋸齒現(xiàn)象，這是其與位圖最大的區(qū)別；二是矢量圖像文件數(shù)據(jù)量很小。

矢量圖常以像素方式顯示，根據(jù)輪廓的幾何特性進(jìn)行描述。矢量圖像的優(yōu)點不僅在于可以把矢量圖與位圖進(jìn)行集成，也可將矢量圖與矢量信息集成在一起從而產(chǎn)生更完美的圖像[2]。

1.2 矢量圖系統(tǒng)功能

不同領(lǐng)域所使用的GIS系統(tǒng)，對矢量圖系統(tǒng)功能的要求也有所不同。一個基本的矢量圖模塊所應(yīng)具備的功能如下[3]：

(1)繪制完善的矢量圖并標(biāo)注文本；

(2)編輯完善的圖形；

(3)可進(jìn)行對矢量圖的修改、縮放等操作；

(4)可實現(xiàn)鼠標(biāo)選中、放棄選中、圖形刪除等功能。

(5)相對完善的圖形I/O與編輯功能

包括書本交互繪圖、編輯、數(shù)字化儀輸入、編輯，與其他流行GIS開發(fā)工具及相關(guān)軟件的圖形數(shù)據(jù)接口、繪圖功能等；

(6)圖層管理：按圖層進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的管理，能夠設(shè)置層集合的可顯示、可選擇、可編輯等不同的工作狀態(tài)；

(7)實現(xiàn)圖形參數(shù)的設(shè)置和多邊形區(qū)域渲染功能；

(8)較大的存儲容量；

(9)較強(qiáng)的容錯能力和可恢復(fù)性；

(10)較高的處理速度。

2 小型矢量圖形系統(tǒng)設(shè)計

2.1 圖形元素繼承關(guān)系

在矢量圖形系統(tǒng)中，功能上選擇了圖元組織對象，用ClassWizard增加一個新的類CDraw，作為圖形元素的基類，對直線(L)、連續(xù)直線(P)、多邊形區(qū)域(R)、圓(C)、圓形區(qū)域(C1)、圓弧(A)和標(biāo)注文本(T)分別組織建立。如圖1所示這個類的父類是CObject。

圖1 圖形元素的繼承關(guān)系圖

從圖1中可知：增加新類CDraw類作為基本圖形類,其父類是CObject，可用于存儲圖形的顏色、層等相關(guān)信息。然后分別創(chuàng)建一個管理直線的類Cline和管理一個圓的類圓類CCircle其基類均為CDraw。注意創(chuàng)建圓弧類CArc類時其基類是CCircle以及連續(xù)直線和多邊形區(qū)域類CPline和創(chuàng)建一個管理標(biāo)注文本的CText類，其基類均是CDraw。

在各個圖象元素中分別加入Draw函數(shù)的實現(xiàn)代碼，以直線為類，在CLine類的實現(xiàn)文件drawDOc.cpp中加入Draw函數(shù)的實現(xiàn)代碼為：

void CLine::Draw(CDC *pDC,int m_DrawMode,int m_DrawMode1,

short BackColor)

{

int x1,y1,x2,y2;

if(b_Delete)

return;

short LineType=m_LineType;

short LineWide=max(1,DLtoVL(m_LineWide));

short ColorPen=m_ColorPen;

if(m_DrawMode1==1)

{

if(m_LineType!=2)

LineType=2;

else

LineType++;

}

else if(m_DrawMode1==2)

ColorPen=BackColor;

CPen pen(LineType, m_LineWide,p_GraphPara->GetColor(ColorPen));

CPen* pOldPen=pDC->SelectObject(&pen);

if(m_DrawMode==0)

pDC->SetROP2(R2_COPYPEN);

else if(m_DrawMode==1)

pDC->SetROP2(R2_NOT);

DPtoVP(m_X1,m_Y1,&x1,&y1);

DPtoVP(m_X2,m_Y2,&x2,&y2);

pDC->MoveTo(x1,y1); pDC->LineTo(x2,y2);

pDC->SelectObject(pOldPen);//恢復(fù)畫筆

}

2.2 增加圖形參數(shù)類

在矢量圖形系統(tǒng)中，圖形參數(shù)是集中存儲的。在CDrawDoc類前定義圖形參數(shù)類CGraphPara。用來管理諸如顏色、圖層等方面的信息。應(yīng)用程序Draw中，每個圖層的信息用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LayerStruct表示，在CGraphPara類前定義LayerStruct結(jié)構(gòu)。

2.3 組織矢量圖形系統(tǒng)的文檔

每一個基于框架的MFC程序至少都可以由類派生對象，則由CDraw類派生的CObArray對象來管理圖形元素。文檔類CDrawDoc類是專門設(shè)計用來幫助應(yīng)用程序存儲和管理數(shù)據(jù)的，創(chuàng)建管理各類圖形元素對象指針的CObArray對象。每個圖形元素是圖形元素類創(chuàng)建的一個對象，在創(chuàng)建這個對象指針時得到這個對象的指針，建立一個對象指針數(shù)組來管理這些指針，以達(dá)到管理所有圖形元素的目的。為了管理圖形參數(shù)，在文檔類CDrawDoc中定義一個CGraphPara對象，為了在各個圖形元素類以及一些對話框類使用這個圖形元素對象m_GraphPara，可以定義一個全局的GraphPara類指針，并把這個指針指向當(dāng)前文檔對象中的CGraphPara對象m_GraphPara[4]。

2.4 坐標(biāo)變換

在GIS矢量成圖系統(tǒng)中，需要涉及到實際坐標(biāo)、邏輯坐標(biāo)和設(shè)備坐標(biāo)(物理坐標(biāo))三種坐標(biāo)系統(tǒng)。其中實際坐標(biāo)為測量所得地物測點的坐標(biāo)，單位是m或km；Windows系統(tǒng)分為邏輯坐標(biāo)和設(shè)備坐標(biāo)，其中邏輯坐標(biāo)指為實現(xiàn)設(shè)備無關(guān)性而提供的映射方式，不考慮設(shè)備的類型；設(shè)備坐標(biāo)分為屏幕坐標(biāo)系、窗口坐標(biāo)系和客戶區(qū)坐標(biāo)系，可用于圖形顯示設(shè)備或打印設(shè)備的坐標(biāo)系統(tǒng)，單位為像素。

在矢量圖系統(tǒng)開發(fā)時，圖形繪制首先要將實際圖形通過一定的比例變換映射到邏輯坐標(biāo)系中(窗口Window 中)，然后使用一種映射方式將邏輯坐標(biāo)映射到設(shè)備中(視口ViewportExt中)，最后將實際的圖形顯示或打印出來[5]。

為了實現(xiàn)矢量圖系統(tǒng)中實際坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為邏輯坐標(biāo)，在視圖類中定義四個轉(zhuǎn)換參數(shù)。其中函數(shù)VPtoDP用來將邏輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實際坐標(biāo)，函數(shù)LPtoDP用來將實際坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成各種映像方式下的邏輯坐標(biāo)。函數(shù)VLtoDL用來將邏輯坐標(biāo)長度轉(zhuǎn)換為實際坐標(biāo)長度，函數(shù)DLtoVL用來將實際坐標(biāo)長度轉(zhuǎn)換為邏輯坐標(biāo)長度。

3 實現(xiàn)基本矢量圖形系統(tǒng)

3.1 使用AppWizard創(chuàng)建MFC應(yīng)用程序

(1) 選擇文件菜單下的新建命令輸入工程名及保存其的文件夾；

(2) 在選擇Application Type時選多重文檔；

(3) 將設(shè)定數(shù)據(jù)庫支持；

(4) 將設(shè)定生成的標(biāo)準(zhǔn)程序中的文檔支持；

(5) 去掉打印預(yù)覽及打印支持；

(6) 將設(shè)定是否設(shè)置提示及怎樣使用MFC庫同時動態(tài)鏈接MFC庫；

(7) 將設(shè)定AppWizard生成的類。

3.2 響應(yīng)用戶命令

3.2.1 建立繪圖菜單項

在資源視圖區(qū)中選擇Menu項，右擊選擇“插入Menu”菜單項，將出現(xiàn)的菜單屬性對話框中的ID號設(shè)置為IDR_DRAWTYPE。在應(yīng)用程序Draw的菜單資源IDR_DRAWTYPE，鼠標(biāo)左鍵雙擊出現(xiàn)視圖區(qū)右側(cè)的菜單內(nèi)容，將出現(xiàn)的虛框右擊出現(xiàn)活動菜單，選擇屬性，即可出現(xiàn)圖2所示對話框，鍵入相應(yīng)ID號和標(biāo)題，ID號和標(biāo)題如下1：

圖2 菜單屬性對話框

表1 ID號和標(biāo)題

3.2.2 加對應(yīng)菜單消息的響應(yīng)函數(shù)(增加命令消息處理函數(shù))

以增加直線的消息處理函數(shù)為例闡述操作流程：在菜單上右擊鼠標(biāo)，選擇類向?qū)?，在出現(xiàn)對話框中選擇菜單消息響應(yīng)函數(shù)所在的類CDrawView，在Object IDs中選擇對應(yīng)ID_DRAW_LINE菜單項的，在選中command,在彈出對話框Add Member Function中單擊OK。

圖3 新建菜單項

(1) 在視圖類CDrawView中，加入了消息處理函數(shù)的定義代碼：

//{{AFX_MSG(CDrawView)

afx_msg void OnDrawLine();//繪制直線

//}}AFX_MSG

(2) 在類CDrawView的實現(xiàn)文件中，增加了函數(shù)的實現(xiàn)代碼：

//選中菜單“繪制直線”時被調(diào)用

void CDrawView::OnDrawLine()

{

PushNumb=0;

m_DrawCurrent=1;//標(biāo)識進(jìn)行直線繪制操作

}

(3) 在實現(xiàn)文件中，增加了消息映射機(jī)制：

BEGIN_MESSAGE_MAP(CDrawView, CView)

//{{AFX_MSG_MAP(CDrawView)

ON_COMMAND(ID_DRAW_LINE, OnDrawLine)//開始直線繪制/}}AFX_MSG_MAP

//Standard printing commands

ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT, CView::OnFilePrint)

ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_DIRECT, CView::OnFilePrint)

ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_PREVIEW, CView::OnFilePrintPreview)

END_MESSAGE_MAP( )

4 程序主界面

4.1 運行結(jié)果

本文描述GIS中矢量圖形系統(tǒng)的初步實現(xiàn)，完全基于VC++開發(fā)的GIS系統(tǒng)。利用AppWizard生成的程序框架出發(fā)，開發(fā)實現(xiàn)了矢量圖形系統(tǒng)。通過建立圖形元素基類CDraw又繼承于MFC類庫中的CObject類，這樣就可以方便使用MFC類庫中提供CObArray類對象存放圖形元素,可繪制矢量圖形同時可以提供矢量圖形編輯功能。通過創(chuàng)建畫筆對象將當(dāng)前制作的位圖添加為工具條，定制線型設(shè)置線寬。

圖4 程序主界面運行結(jié)果

4.2 測 試

應(yīng)用VC ++6.0是矢量圖形系統(tǒng)開發(fā)的一個廣泛使用的工具，本文所設(shè)計的圖形對象是合理的，主要進(jìn)行集成測試，檢查各項功能：

(1) 小型矢量系統(tǒng)矢量圖形繪制：可繪制直線、多邊形、圓、圓弧和標(biāo)注文本，檢查是否正常；

(2) 編輯和操作矢量圖形：從繪制的若干圖形中分別進(jìn)行重畫、移動、全圖顯示、選中、刪除，檢查是否正常。

5 結(jié) 語

對于目前正有廣泛需求的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)而言，應(yīng)用VC++實現(xiàn)的矢量圖形系統(tǒng)有著積極的意義，其潛在的應(yīng)用前景十分廣闊。本文以VC++6.0為編譯平臺開發(fā)了小型GIS矢量圖形系統(tǒng)，應(yīng)用計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)地圖制圖等有關(guān)知識，包含了基本的圖形元素類庫，實現(xiàn)矢量圖形的繪制、圖形操作等功能。該小型矢量圖形系統(tǒng)可以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的有效表達(dá)與組織，通過預(yù)先定義好的圖形元素庫來提高繪圖效率，對有關(guān)技術(shù)問題的解決方案是正確的、可行的，具有重要的推廣應(yīng)用價值。該系統(tǒng)的實現(xiàn)有助于圖形的繪制、編輯等系統(tǒng)功能，交互繪制點、線、面。在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行功能模塊的擴(kuò)展，以后進(jìn)一步深化系統(tǒng)成圖功能應(yīng)用于測繪數(shù)據(jù)處理中。