TWaver - 專注UI技術

幾年前就有用戶提出TWaver讀取并轉換AutoCAD圖紙的需求了，最近又需要修改并保存AutoCAD圖紙。用戶的需求就是我們的動力，目前TWaver終于有了導入導出AutoCAD圖紙的解決方案。

首先我們先看看AutoCAD的幾種文件格式：
1. DWG：是原始圖紙格式，包含了圖紙所有的信息，Autodesk公司出于安全考慮沒有給出詳細的格式說明
2. DWF：比DWG文件小很多，用于其他用戶瀏覽，添加備注等，不能編輯
3. DXF：是用于和其他CAD系統交換數據的文件格式，分二進制和ASCII格式，AutoCAD的幫助里包含了DXF文件的詳細描述

雖然Open Design Specification（http://www.opendesign.com）對DWG文件格式有很詳細的介紹（http://www.opendesign.com/files/guestdownloads/OpenDesign_Specification_for_.dwg_files.pdf），但是研究其二進制格式的復雜程度可想而知，因此公開的ASCII格式的DXF文件格式成為了TWaver與AutoCAD數據交換的首選。

進入正題之前，我們先來了解一下DXF文件的格式，具體規范在Autodesk的網站有詳細說明（http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?siteID=123112&id=12272454&linkID=10809853， 另外， 這里還有個中文的http://docs.autodesk.com/ACD/2011/CHS/filesDXF/WSfacf1429558a55de185c428100849a0ab7-5f35.htm）：
1. DXF文件由組碼（Group Code）和值（Value）組成，Group Code和Value都分別占一行，Group Code是整數（從-5到1071），Value可以是整數、十六進制整數、布爾值（0或者1）、浮點數（精度可以達到16位小數）或者字符串。
2. Group Code確定了下一行Value的意義，有些Group Code有明確的意義（比如0代表entity類型，8代表Layer Name，9代表變量名并只用在HEADER段，62代表顏色），有些Group Code的代表一類值（比如10代表一個點的x值，11代表y值，12代表z值，這個點可能是一個Circle的中心點，也可能是一個Line的起始點/結束點等）。
3. DXF文件共分為7個段（Section）：
3.1 HEADER，包含了一系列和圖紙相關的變量信息，每個變量由給出變量名稱的組碼 9 指定，其后是提供變量值的組。比如AutoCAD版本，坐標系的最小、最大值等。
3.2 CLASSES，包含了在BLOCKS，ENTITIES和OBJECTS段用到的類的定義，比如LWPOLYLINE
3.3 TABLES，包含各種表，比如圖層（Layer）、線條類型（LTYPE）等；每個表可以包含多個條目
3.4 BLOCKS，包含構成圖形中每個塊參照的塊定義和圖形圖元，由一系列Entity組成
3.5 ENTITIES，包含各種圖形對象，也叫圖元（Entity），比如點（POINT）、線（LINE），圓（CIRCLE），弧（ARC），多邊形（LWPOLYLINE）等，是我們解析的重點
3.6 OBJECTS，包括非圖形對象的數據，供 AutoLISP 以及 ObjectARX 應用程序所使用
3.7 THUMBNAILIMAGE，包含DXF文件的縮略圖
4. 每個Section以Group Code(0)和Value(SECTION)開始，以Group Code(0)和Value(ENDSEC)結束

下面對TWaver DXF包做詳細的解釋：
1 twaver.dxf.common包下的類對所有DXF的數據進行了封裝（基類DXFData）


1.1 section包下的類分別封裝了DXF文件的7個段，實現接口DxfSection

1.2 entities包下的所有類對應Entity段的所有圖元，基類為DxfEntity

1.3 objects包對應Objects段下的元素，基類為DxfObject
1.4 tables包對應Tables段下的元素，基類為DxfTable

1.5 DxfBlock類對應Blocks段下的元素
1.6 DxfClass類對應Classes段下的元素
1.7 DxfVariable類對應Header段下的一個變量
1.8 DxfValue類封裝了DXF文件的Value值
1.9 DxfValuePair類封裝了DXF文件的一個組碼和值對
1.10 DxfValuePairCollection類包含構成一個Block或Entity等的組碼和值集合
2 twaver.dxf.element包對DXF文件的Entity段的每種圖元和TWaver的Element網元進行了一一對應

3 twaver.dxf.parser包是解析DXF文件的核心
3.1 handle包對DXF文件的7個段分別進行解析，接口為DxfSectionHandler
3.2 entities包對Entity段的每種圖元進行細化解析
3.3 objects包對Objects段進行細化解析
3.4 tables包對Table段進行細化解析
4 DxfDocument封裝了DXF文件的7個段
5 DxfReader讀取DXF文件，生成DxfDocument
6 DxfViewer繼承TNetwork類，將 DxfDocument顯示成TWaver的拓撲圖，并可以添加、修改和刪除DxfDocument中的元素
7 DxfWriter將DxfDocument的修改保存為DXF文件

現在可以正式進入DXF文件的解析了，這里只拿一個簡單的情況（Circle圖元）舉個例子，其他圖元的解析大同小異，具體需要研究DXF的參考文檔。下面的圖片是從DXF參考文檔中截取出來的，其中最主要的是Group Code 10、20、30以及40。Group Code 10、20、30分別代表Circle的中心點的X、Y以及Z坐標，40代表Circle的半徑。

這里是從DXF文件中截取的關于Cricle圖元的片段：

 1  0            //組碼0代表一個Entity的開始
 2CIRCLE        //值CIRCLE代表這個Entity是一個Cricle
 3  5            //組碼5代表唯一標識這個Entity的編號，或者叫句柄
 4BC4E        //十六進制的Entity的編號值
 5330            //組碼330代表指向所有者字典的句柄（可省略）
 61F            //十六進制的所有者句柄值
 7100            //組碼100代表子類標記
 8AcDbEntity    //所有Entity的父類都是AcDbEntity
 9  8            //組碼8代表圖層
10圖層1        //圖層的名字
11370            //組碼370代表線寬，是一個枚舉值
12    35
13100            //組碼100代表子類標記
14AcDbCircle    //Circle的類名為AcDbCircle
15 10            //組碼10代表中心點X坐標
16-708.4449011916222
17 20            //組碼20代表中心點Y坐標
183306.535626846471
19 30            //組碼30代表中心點Z坐標
200.0
21 40            //組碼40代表半徑
2212.4186311615631

TWaver DXF包對DXF文件的解析進行了封裝，只需要創建DxfReader對象，調用parse方法，就可以返回DxfDocument對象，然后調用DXFViewer的setDxfDocument方法即可顯示DXF文件，setDxfDocument內部會將所有DXF圖元映射成TWaver的網元（接口為DxfElement）：

 1private void initDatabox(File file, double scale){
 2    DxfReader dxfReader = new DxfReader();
 3    FileInputStream in = null;
 4    try {
 5        in = new FileInputStream(file);
 6        doc = dxfReader.parse(in, new HashMap());
 7    } catch (Exception e) {
 8        handleException(e);
 9    }finally{
10        if(in != null){
11            try {
12                in.close();
13            } catch (IOException e) {
14            }
15        }
16    }
17    if(doc == null){
18        return;
19    }
20    this.network.setScale(scale);
21    this.network.setDxfDocument(doc);
22}

DXFViewer. setDxfDocument創建TWaver網元的代碼片段如下：

 1private void initDataBox(DxfDocument dxfDocument) throws Exception {
 2    if(dxfDocument == null){
 3        return;
 4    }
 5    this.getDataBox().clear();
 6    this.dxfDocument = dxfDocument;
 7    this.context.setOriginX(this.dxfDocument.getHeader().getOriginX());
 8    this.context.setOriginY(-this.dxfDocument.getHeader().getOriginY());
 9
10    for(DxfEntity entity : this.dxfDocument.getAllEntities()){
11        entity.transform(context);
12        if(!entity.getLayer().isVisible()){
13            continue;
14        }
15        if(!entity.isVisibile()){
16            continue;
17        }
18        addDxfElement(entity);
19    }
20}
21
22private void addDxfElement(DxfEntity entity) throws Exception {
23    Class< ? extends DxfElement> elementClass = entity.getElementClass();
24    if (elementClass == null) {
25        System.err.println("Can not handle entity: " + entity.getType());
26        return;
27    }
28
29    DxfElement element = elementClass.newInstance();
30    if (entity instanceof DxfEntityInsert) {
31        DxfEntityInsert insert = (DxfEntityInsert) entity;
32        this.addDxfInsertItems(insert, (DxfInsert)element);
33
34        Point2D point = element.getLocation();
35        point = context.restore(point, entity.isBlockEntity());
36        insert.setOffsetX(insert.getValue(10).getDoubleValue() - point.getX());
37        insert.setOffsetY(insert.getValue(20).getDoubleValue() - point.getY());
38    }
39    element.setDxfEntity(entity);
40    this.getDataBox().addElement(element);
41}
42
43private void addDxfInsertItems(DxfEntityInsert insert, DxfInsert parent) throws Exception {
44    DxfBlock block = insert.getBlock();
45    if (block != null) {
46        for (DxfEntity itemEntity : block.getEntities()) {
47            if (!itemEntity.getLayer().isVisible()) {
48                continue;
49            }
50            if (!itemEntity.isVisibile()) {
51                continue;
52            }
53
54            Class< ? extends DxfElement> itemElementClass = itemEntity.getElementClass();
55            if (itemElementClass == null) {
56                System.err.println("Can not handle entity in block: " + itemEntity.getType());
57                return;
58            }
59
60            DxfElement itemElement = itemElementClass.newInstance();
61            itemElement.setDxfEntity(itemEntity);
62            itemElement.putRenderColor(DxfUtils.getColor(insert.getLayer().getColor()));
63            parent.addChild(itemElement);
64            this.getDataBox().addElement(itemElement);
65        }
66    }
67}

在DxfViewer中修改網元后，需要將修改結果從DxfElement中保存到DxfEntity中，代碼片段如下：

 1private void handleDxfElementPropertyChange(PropertyChangeEvent evt) {
 2    if(this.zooming || this.initializing){
 3        return;
 4    }
 5
 6    DxfElement element = (DxfElement)evt.getSource();
 7    if(element.getDxfEntity().isBlockEntity()){
 8        return;
 9    }
10    String propertyName = TWaverUtil.getPropertyName(evt);
11    if(TWaverConst.PROPERTYNAME_LOCATION.equals(propertyName)
12            || TWaverConst.PROPERTYNAME_WIDTH.equals(propertyName)
13            || TWaverConst.PROPERTYNAME_HEIGHT.equals(propertyName)
14            || TWaverConst.PROPERTYNAME_SHAPELINKPOINTS.equals(propertyName)
15            || TWaverConst.PROPERTYNAME_NAME.equals(propertyName)){
16        element.saveDxfEntity(this.context);
17    }
18}

最后解釋一下如何創建DXF圖元，下面是從Demo中DxfButton.java類中截取的代碼片段，也拿圖元Cricle做例子：

 1protected void preProcess(ResizableNode node){
 2 DxfCircle circle = (DxfCircle)node;
 3
 4 DxfEntityCircle circleEntity = new DxfEntityCircle();
 5 circleEntity.setDocument(dxfViewer.getDxfDocument());
 6 circleEntity.setBlockEntity(false);
 7
 8 circleEntity.setID(dxfViewer.getDxfDocument().getHeader().getNextID());
 9 Point2D point = dxfViewer.getTransformContext().restore(circle.getCenterLocation(), circleEntity.isBlockEntity());
10 circleEntity.getCenterPoint().setX(point.getX());
11 circleEntity.getCenterPoint().setY(point.getY());
12 circleEntity.setLayer(dxfViewer.getDxfDocument().getRootLayer());
13 circleEntity.setRadius(dxfViewer.getTransformContext().restoreWidth(circle.getWidth()/2));
14
15 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_HANDLE, DxfUtils.toHexString(circleEntity.getID()));
16 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_SUBCLASS_MARKER, "AcDbEntity");
17 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_LAYER_NAME, circleEntity.getLayer().getName());
18 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_SUBCLASS_MARKER, "AcDbCircle");
19 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_START_X, DxfUtils.toString(circleEntity.getCenterPoint().getX()));
20 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_START_Y, DxfUtils.toString(circleEntity.getCenterPoint().getY()));
21 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_START_Z, "0");
22 circleEntity.put(DxfConsts.GROUPCODE_CIRCLE_RADIUS, DxfUtils.toString(circleEntity.getRadius()));
23
24 dxfViewer.getDxfDocument().addEntity(circleEntity);
25 circleEntity.transform(dxfViewer.getTransformContext());
26
27 circle.setDxfEntity(circleEntity);
28}

這里再解釋一下TransformContext類：主要目的是將AutoCAD的坐標系映射成Java的坐標系，里面的transform和restore方法在縮放和保存時使用

注意點：
1 絕對值小于1E-3或者大于1E7的非零double數據轉化成String時，JDK默認會用科學計數法表示，具體可以參考JDK文檔，所以需要用DecimalFormat特殊處理一把，參考DxfUtils.toString(double value)
2 MText的text字段包含了一些格式信息，可以通過DxfUtils.stripMText(String text)過濾
3 HEADER段的$HANDSEED變量代表下一個可用的句柄，可以用這個變量的值作為新加的Entity的句柄值，然后這個變量的值要加1
4 AutoCAD的坐標原點在左下，Java的坐標原點在左上，通過TransformContext進行轉換
5 AutoCAD的縮放模式只縮放位置和寬高，線條粗細不會縮放，但TWaver的縮放模式跟放大鏡是一樣的效果，所以DxfViewer做了特殊處理，通過鼠標滾輪實現和AutoCAD一樣的縮放

目前已有功能：
1 導入AutoCAD DXF文件并在Network中展示，目前能處理包含在ENTITY和BLOCK段的ARC、CIRCLE、HATCH、INSERT、LINE、LWPOLYLINE、MTEXT、POLYLINE以及TEXT等entity。
2 能修改TEXT的文字，LINE的起始和結束點的位置，LWPOLYLINE和POLYLINE的頂點位置，CIRCLE的半徑和位置等并保存。
3 能添加刪除已支持的Entity，并保存。
4 鼠標滾輪能實現和AutoCAD一樣的縮放效果
5 對于不能顯示的Entity不會做任何修改，保存時也不會遺漏。

后續待開發的功能：
1 支持更多Entity，比如標注（DIMENSION）等
2 支持創建全新的DXF文件，實現將TWaver的拓撲圖保存為AutoCAD的DXF圖紙