DXF坐標轉換的實現

呂寶奇 王瑞芳

DXF坐標轉換的實現

呂寶奇1王瑞芳2

（1.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；2.鄭州測繪學校，河南 鄭州 450015）

在常用CAD文件處理中，對DXF文件編輯需要安裝AutoCAD軟件。基于此，本文通過研究DXF文件組織結構，直接接對DXF文件文本進行編輯，在已有坐標轉換模型下，實現對DXF格式文件坐標的轉換。

AutoCAD；DXF；坐標轉換

AutoCAD由于其豐富的指令、強大的功能，已被各種工程測量使用，而DXF作為AutoCAD的公開矢量交換格式，分為ASCⅡ和二進制兩類。其中，ASCⅡ編碼由于其易于編輯和分析，被廣泛應用，成為了一種事實上的標準。因此，掌握DXF格式的解析工作對地理信息程序設計人員至關重要。

測繪工作經常會遇到不同坐標系下的轉換，如1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的轉換。作為Auto?CAD的交換格式，DXF相對易于解析，可以不依賴Auto?CAD編輯，被眾多用戶所采用。因此，本文對DXF格式矢量文件坐標轉換進行分析與實現［1-3］。

1 DXF格式分析

1.1 基本結構

從根本上來說，DXF文件可以看作是由組碼和組值組成的矢量文件，組碼指示組值的類型，而組值確定了其值（Value）。為了清晰顯示，DXF文件的每一個組碼和組值都各占一行。每一段開頭為SECTION 0，第二段為組碼2和該段的名稱，中間內容為定義各個要素的組碼和組值，最后為表示結束的ENDSEC O。DXF基本結構如圖1所示。

圖1 DXF基本結構

標題段（Header）主要用于記錄所有標題變量的當前狀態和當前值。表段（Table）包括有線型表、圖層表、字體表和視圖表等一系列表。塊段（Blocks）記錄了塊名、塊種類、插入基點及組成塊的成員等。實體段（Entities）記錄了實體的名稱、所在圖層及其名字、線型、顏色［4，5］。

由于DXF的組織結構非常復雜，而在坐標轉換中，常用的要素其實并不是很多，因此，并不需要完整地讀取整個DXF文件，只需要提取部分圖形的實體信息，忽略DXF文件中的大部分數據，獲取實際的層表、塊段和實體段，就可以獲取相應圖形的坐標信息［6-8］。圖層表中說明每一層的顏色、線型，這些內容不需要更改，因此可以直接跳過。

坐標轉換常用的基本組碼定義為：

9：變量名稱標志符（僅使用于Header段）；

10、20、30：主要點x、r、。值；

11～18，21～28，31～37：其他點的z、y、z值；

40～48：雙精度浮點值（如縮放比例等）；

50：角度。

1.2 轉換分析

1.2.1 主要CAD要素。在坐標轉換處理中，部分CAD要素由于其定義相對單一、易懂，可以對其直接修改而無需過多處理。主要為AcDbPohline、AcDbPoint、AcD?bText、AcDline、AcDb2dPolyline、AcDbVector、AcDbSpline、AcDhMText、AcDbCircle等。對于單點只需直接轉換，對于直線及多段線，需要對每個頂點逐一轉換，對于圓，只需要對其圓心進行轉換［9］。

1.2.2 塊要素分析。塊（Blocks）是DXF文件中相當重要的一種要素。在實際生產中，塊被用于各種符號、復雜圖元等構建中。塊由于其組織結構具有特殊性，因此，需要專門處理Blocks段中包含的所有塊定義，塊定義不能嵌套包含塊定義［10］。

標志塊本身的字符串為“AcDbBlockBegin”，結束字符串為“AcDBBlockEnd”。由于同一個塊可由多個塊參照引用，因此，在轉換前，應先遍歷所有塊要素，獲取其中的塊名和塊偏移值。本文定義一個塊的結構體：

Private Struct Block

｛

Public string StrName;

Public double x;

Public double y;

｝

由于塊存儲的是與塊參照（AcDbBlockReference）的相對位置，即塊偏移值，所以直接轉換塊的坐標或轉換相對位置都是不正確的。需要利用獲取的x、y偏移值，x、y縮放因子和旋轉角度，求出塊的絕對位置［11］。對絕對位置進行轉換后，再反向計算修改塊參照的相應坐標值。其偽代碼為：

//獲取塊參照的xy值

GetXY(outxpart,out ypart)；

//獲取塊xy坐標值

GetXY(out x．out y)；

//獲取xy偏移值GetdXdY(out dx,outdy)；//獲取塊旋轉參數

GetAngle(out angle)；

//計算xy臨時變量

CaculateBlock(angle,dx,dy,x,y,xpart,ypart,outxTemp,outyTemp)

｛

xTemp=dx*cos(angle)*xpart–dy*sin(angle)*ypart+x;

yTemp=dx*sin(angle)*xpart+dy*cos(angle)*ypart+y;

｝

∥對xy臨時變量進行轉換

Transform(ref xTemp,refyTemp)

//反向計算xy坐標

CaculateBlockResult(angle,dx,dy,x,y,xpart,ypart,xTemp,yTemp,outx,outy)

｛

x=xTemp-dx*cos(angle)*xpart+dy*sin(an?gle)*ypart;

y=yTemp-dx*sin(angle)*xpart-dy*cos(an?gle)*ypart;

｝

1.3 其他圖元處理

“$EXTMIN”“$EXTAX”存儲DXF文件圖元的邊界，如果直接轉換，顯然不正確的。本文采用的方法為統計所有轉換后的坐標值并比較其大小，再修改原始邊界值。

在普遍的地理數據處理中，一般將圓?。ˋrc）擬合曲線，而不是直接使用。如果要轉換圓弧，則先分析其構成。組碼10、20、30對應圓弧圓心坐標，40對應圓弧半徑長度，50代表圓弧開始角度，51代表圓弧結束角度。因此，要轉換圓弧就不僅要轉換圓心坐標，其半徑角度等都可能改變?？梢愿鶕A參數方程計算起點與終點的坐標，對圓心、起點、終點進行轉換后，再反求半徑與開始角度和結束角度。橢圓（Ellipse）的轉換原理與其相似。

DXF轉換流程如圖2所示。

2 轉換模型

2.1 二維四參數轉換

二維四參數轉換模型通常用于范圍較小的不同高斯投影平面轉換、相對獨立的平面坐標系統與2000國家大地坐標系的聯系，包括兩個平移參數、一個旋轉參數和一個尺度比參數，因為DXF坐標為平面坐標，所以可以直接使用二維四參數轉換模型進行轉換。

2.2 二維七參數轉換

二維七參數轉換模型通常用于不同地球橢球基準下的橢球面上的點位坐標轉換，包括三個平移參數、三個旋轉參數和一個尺度比參數。因為DXF坐標為平面坐標，而二維七參數輸入坐標為經緯度坐標，因此，需要先將DXF中的坐標經過高斯投影變換得到經緯度坐標，對其進行二維七參數轉換，然后再對其進行高斯投影變換得到平面坐標。

圖2 DXF轉換流程

3 改進及展望

3.1 改進

以往對圓弧進行處理時，如果兩個坐標系存在較為復雜的轉換關系，圓弧變換之后可能不再是圓弧，因此，可以不對圓心直接進行轉換，而通過起點、終點和圓心對應的相似關系進行相似變換求解圓心，這樣可以保證圓弧的形狀與轉換之前保持一致。

在坐標轉換中，主要計算工作為矩陣運算。由于圖元要素較多，計算速度受到影響，因此，可以采用多種方法加速計算：一是可以采用SIMD指令執行并行計算，提高CPU利用率，加速矩陣運算：二是可以采用CPU加速，利用顯卡更強的并行計算能力提高運算速度；三是可以利用四元數代替矩陣計算轉換中的旋轉部分，降低列內存的需求。

3.2 展望

DXF作為AutoCAD的交換格式，在矢量數據處理中被廣泛應用，因此，其坐標轉換有廣闊的應用前景。只有對DXF數據格式進行研究，并對坐標轉換原理有了一定的認識，才能更好地對其進行坐標轉換處理。雖然其處理效率還有待提高，但如何更精確地實現更復雜的轉換功能，值得我們進一步研究與探討。

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Research and Realization of Coordinate Transformation base on DXF

Lv Baoqi1Wang Ruifang2
（1.Henan Engineering Institute of Surveying and Mapping，Zhengzhou Henan 450002；2.Zhengzhou School for Surveying and Mapping，Zhengzhou Henan 450015）

In common CAD file processing,the DXF file editor needs to be installed with AutoCAD soft?ware.Based on this,this paper studied the organization structure of DXF file,and directly edited the text of DXF file,and realized the conversion of DXF format file coordinates under the existing coordinate con?version model.

AutoCAD；DXF；coordinate system conversion

P283

A

1003-5168（2017）10-0036-03

2017-09-01

呂寶奇（1981-），男，工程師，研究方向：計算機輔助制圖與數字城市平臺建設。