數據轉換中弧線失真問題的研究

魏金占 ，唐媛

(1.南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 5300221; 2.南寧市房產信息管理服務中心，廣西 南寧 530022)

1 問題由來

當前存在多種CAD 平臺和GIS 平臺，數據交換和共享十分頻繁，但由于其數據結構不盡相同，數據模型理解的差異等原因，造成數據交換共享時部分信息的丟失，特別是對于曲線元素如常見的弧線，數據的失真特別嚴重。通常通過數據轉換，會有三種失真，一種是完全用特征點擬合的方法，數據失真最為嚴重，如弧段在轉換后就用三個特征點來描述，如圖1所示。

圖1 特征點擬合弧線轉換前后對比

另一種失真較小，它也用多點擬合來描述對象，如圖2所示:

圖2 多點擬合弧線轉換前后對比

還有一種失真度最小，它也用弧線來描述對象，但是因為數據模型理解差異等原因，也存在細微的差異，如起始點結束點微小偏移等，如圖3所示。

那么通過原有的思路數據轉換時存在差異，能否從概念上更新原有的思路，用一種新的方式來嘗試解決問題?下文將結合實例闡述一種新的弧線轉換的思路，供大家思考。

圖3 失真較小的弧線轉換前后對比

2 弧線轉換的新思路

弧線的要素通常包括長半軸、短半軸、起始點、結束點和旋轉角等，常規方法通常采用如下模式:獲得原有圖形的幾何特征點或關鍵元素(如角度)，然后通過常規算法，在新的平臺下恢復弧線圖形，如圖4所示。

圖4 常規算法弧線的構建

雖然通過此種算法一般可以實現弧線的數據轉換，但存在以下問題:DGN 對象中，弧線不僅包括常規的圓弧曲線，也包括拉伸旋轉常規弧線后的各類橢圓弧曲線，這樣對于后者的描述和轉換就顯得非常復雜。常規思路是研究旋轉拉伸的參數，之后再通過復雜算法實現數據的轉換，這種方法十分復雜，理解、實現難度大，而且容易出現數據轉換失真。

一般弧線的要素通常包括長短半軸、起始點、結束點和旋轉角等，弧線的描述通常采用以下概念［1］，如圖5所示:

圖5 弧線描述示意

但是因平臺對數據模型定義不同，如起始角、掃角和旋轉角定義的不同，僅僅通過特征數據來直接在新平臺下構建新對象，必將造成數據的失真。經研究發現，雖然數據模型不盡相同，但是其幾何特征點的位置在轉換前后必須要保證一致，因此利用這一特性，重新定義和計算這些角，再用新的方法來構建幾何對象，下文將用實例進行詳述。

3 實驗驗證

在數據轉換實驗中，發現當完全按照傳統的方法直接利用DGN 提供的特征數據在SuperMap 中構建對象時，總會出現細微的差異，如圖3所示，轉換前后起始端會有細微偏差。原因就在于對弧線特征角描述的不同。首先對特征角重新定義:

旋轉角指長半軸所在的直線與Y 坐標軸的夾角θ;

起始角指圓心和起始點連線與長半軸的夾角α;

結束角指圓心和結束點連線與長半軸的夾角β。

對于弧線，嘗試用以下新的方法求解特征角:首先計算出圓弧的旋轉角θ，之后求出圓弧起始點和圓心連線的角度α，圓弧結束點和圓心連線的角度β，則(α－θ)和(β －θ)分別為此弧線的起始角和結束角。通過重新定義設置旋轉角、起始角和結束角計算方法，就可以采用新的方法來實現數據的轉換了。這種方法與原有弧線描述的差異在于，新的思路撇開原有旋轉角、起始角和結束角，重新定義設置這些角的計算方法，其優點在于無論何種平臺，其特征點是一致的，通過統一定義和計算旋轉角、起始角和結束角，避免各平臺對弧線描述的差異如旋轉角定義的不同，達到數據的無損轉換。各角定義如圖6所示:

圖6 特征角定義示意圖

其關鍵函數代碼如下:

是數據轉換前后對比如圖7所示:

圖7 新算法數據轉換前后對比

4 結 論

數據轉換失真的原因很多，其中對于數據模型理解的差異是關鍵因素之一。本文針對弧線提出新的轉換方法，其思路依然是采用已有的函數重新定義弧線的各個元素，轉換的效率與平臺自身的轉換效率相同。經實驗基本上可以消除數據轉換的失真問題，對旋轉擠壓變形的復雜弧線的轉換，亦未發現失敗情況。與FME 等傳統數據轉換軟件相比，其優勢在于直接轉入對應的GIS 平臺，數據信息損失最小。對于清華山維、超圖及ArcGIS 等常見GIS 平臺而言，此方法也為類似問題的處理提供新的解決思路。

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