但永平，張 蕾，張國濤，楊 凱

（中原工學(xué)院 電子信息學(xué)院，河南 鄭州 450007）

AutoCAD是目前世界上最成功的CAD軟件平臺(tái)之一，它具有齊全的圖形編輯功能和直觀的系統(tǒng)構(gòu)架，有豐富的繪圖指令、強(qiáng)大的編輯功能，支持多種圖形輸入、輸出設(shè)備。同時(shí)，AutoCAD具有相當(dāng)?shù)撵`活性，可根據(jù)需要進(jìn)行二次開發(fā)[1]?？梢酝ㄟ^對(duì)AutoCAD的二次開發(fā)，使其更廣泛的運(yùn)用于其他工藝過程中。例如，在實(shí)際的工程雕刻中，為了設(shè)計(jì)雕刻的圖形，需要在具有齊全的圖形編輯功能和直觀的系統(tǒng)構(gòu)架的CAD軟件中編輯設(shè)計(jì)圖形，而設(shè)計(jì)好的圖形數(shù)據(jù)參數(shù)要輸出到雕刻的控制程序中，進(jìn)而控制雕刻圖形。

盡管AutoCAD是一個(gè)功能很強(qiáng)的圖形編輯系統(tǒng)。但它所包含的一系列指令只能在AutoCAD狀態(tài)下工作。為使AutoCAD的圖形信息能夠讀取出來，這就需要將高級(jí)語言程序來對(duì)它進(jìn)行參數(shù)提取，這實(shí)質(zhì)上就是AutoCAD與高級(jí)語言的接口。AutoCAD系統(tǒng)提供有多種接口方式，如.SCR文件、.DXF文件、AutoLisp語言接口等[2]。本文只介紹.DXF文件接口方式。

為此，本文針對(duì)在實(shí)際的雕刻過程中為有效地讀取CAD軟件設(shè)計(jì)圖形的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)DXF文件數(shù)據(jù)格式，分析DXF文件的組成，根據(jù)DXF文件格式，通過C語言的文件管理功能，設(shè)計(jì)出了C語言與AutoCAD接口程序，在自行開發(fā)軟件與AutoCAD之間建立起了數(shù)據(jù)通道，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳遞和共享。而本文所應(yīng)用的雕刻控制平臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)是一種新型的數(shù)控系統(tǒng)，它用一臺(tái)PC實(shí)現(xiàn)包括插補(bǔ)、伺服等功能在內(nèi)的所有數(shù)控功能，使數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化。這樣，一臺(tái)PC機(jī)既可用于CAD／CAM設(shè)計(jì)，又可用于控制雕刻機(jī)的運(yùn)作，大大降低了整套設(shè)備的成本?；诒疚脑O(shè)計(jì)的C語言與AutoCAD接口程序已成功應(yīng)用在雕刻控制平臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)，并取得了滿意的結(jié)果。

1 DXF文件

1.1 DXF文件概述

DXF是Drawing eXchange File的縮寫，意思為圖形交換文件，在工程制圖中有廣泛的應(yīng)用，掌握了DXF文件的讀寫對(duì)編寫CAD軟件時(shí)的圖形信息的交換有重要意義。它有兩種格式：一種是ASCII DXF格式；一種是二進(jìn)制DXF格式。ASCII DXF文件格式是ASCII文字格式的AutoCAD圖形的完整表示，這種文件格式易于被其他程序處理。二進(jìn)制格式的DXF文件與ASCII格式的DXF文件包含的信息相同，但格式上二進(jìn)制格式比ASCII格式更精簡，能夠節(jié)省百分之二十五的文件空間且可讀性強(qiáng)。

為了與其他軟件共享圖形數(shù)據(jù)，AutoCAD提供了DXF（Drawing Interchange Format）文件格式，此格式現(xiàn)已被廣泛使用，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。通過DXF文件格式，可以使用高級(jí)語言開發(fā)程序讀取AutoCAD圖形文件，也可以創(chuàng)建DXF文件供AutoCAD打開。DXF一般情況下是文本文件，可以使用文本編輯器（如Windows記事本、寫字板）來查看、編輯其內(nèi)容。

DXF文件是AutoCAD與外部聯(lián)系的主要接口方式，易于將AutoCAD的圖形轉(zhuǎn)換成CAD系統(tǒng)所能讀取的文件格式。.DXF文件是一種具有嚴(yán)格格式的順序文件.是以ASCII碼形式存放圖形信息的數(shù)據(jù)文件一個(gè)DXF文件包括了對(duì)應(yīng)圖形數(shù)據(jù)庫中的所有信息。一個(gè)DXF文件可由高級(jí)語言程序生成，也可以由繪制的圖形使用DXFOUT命令生成該圖形的DXF文件。.DXF文件的實(shí)質(zhì)是一組表達(dá)具體圖形的程序執(zhí)行指令，只要按照格式標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用DXF文件并按其組碼和組織執(zhí)行對(duì)應(yīng)的任務(wù)，即可將圖形重現(xiàn)。

1.2 DXF文件結(jié)構(gòu)

由于DXF一般情況下是文本文件，因此DXF文件可以使用文本編輯器（如Windows記事本、寫字板）來查看、編輯其內(nèi)容。用記事本打開一個(gè)DXF文件，可以發(fā)現(xiàn)它里面有這樣一些代碼：

0

SECTION

2

HEADER

9

$ACADVER

1

AC1015

……

即里面總是數(shù)字和字符串/數(shù)字在交替的出現(xiàn)。數(shù)字就叫做代碼 （通常稱為組碼），緊跟組碼數(shù)字的稱為關(guān)聯(lián)值對(duì)。DXF文件本質(zhì)上由代碼及關(guān)聯(lián)值對(duì)組成。代碼（通常稱為組碼）表明其后的值的類型。使用這些組碼和值對(duì)，可以將DXF文件組織到由記錄組成的區(qū)域中，這些記錄由組碼和數(shù)據(jù)項(xiàng)目組成。在DXF文件，每個(gè)組碼和值各占一行。

一個(gè)完整的ASCII格式的DXF文件結(jié)構(gòu)如下：

1）標(biāo)題段（HEADER） 標(biāo)題段包含圖形的基本信息，記錄AutoCAD系統(tǒng)的所有標(biāo)題變量的當(dāng)前值或當(dāng)前狀態(tài)。標(biāo)題變量記錄了AutoCAD系統(tǒng)的當(dāng)前工作環(huán)境，如SNAP捕捉當(dāng)前狀態(tài)、柵格間距式樣、當(dāng)前圖層層名及線型、顏色等。

2）類段（CLASSES）類段由程序自己定義的各種類。

3）表段（TABLES）表段包含以下符號(hào)表的定義：

APPID（應(yīng)用程序標(biāo)識(shí)表）

BLOCK_RECORD（塊參照表）

DIMSTYLE（標(biāo)注樣式表）

LAYER（圖層表）

LTYPE（線型表）

STYLE（文字樣式表）

UCS（用戶坐標(biāo)系表）

VIEW（視圖表）

VPORT（視口配置表）

4）塊段（BLOCKS）塊段記錄了所用塊的塊名，當(dāng)前圖層層名、塊的種類、塊的插入基點(diǎn)及組成該塊的所有成員。塊的種類分為圖形塊、帶有屬性的塊和無名塊3種。無名塊包括用HATCH命令生成的剖面線和用DIM命令所完成的尺寸標(biāo)準(zhǔn)。

5）實(shí)體段（ENTITIES）實(shí)體段記錄了每個(gè)實(shí)體的名稱、所在圖層及其名字、線型、顏色等。

6）對(duì)象段（OBJECTS）。包含圖形中的非圖形對(duì)象。

7）文件結(jié)束段（END OF FILE）DXF文件的結(jié)束標(biāo)志。DXF 以”0”、”EOF”結(jié)束[3]。

每個(gè)段都以一個(gè)后跟字符串SECTION的組碼0開始，其后是組碼2和表示該段名稱的字符串 （例如，HEADER）。每個(gè)段都由定義其元素的組碼和值組成。每個(gè)段都以一個(gè)后跟字符串ENDSEC的組碼0結(jié)束。

有些組代碼會(huì)因表達(dá)環(huán)境的不同而有多個(gè)含義。在分析時(shí)需要根據(jù)不同的段和不同的表達(dá)而判斷[4]。表1部分常用的組代碼的含義[4]，表2直線段的實(shí)體描述[5]，表3圓的實(shí)體描述[5]。

表1 常用組代碼的含義Tab.1 Meaning of comm on group of code

表2 直線段的實(shí)體描述數(shù)據(jù)Tab.2 Entity describe data of a line segment

表3 圓的實(shí)體描述數(shù)據(jù)Tab.3 Entity description data of round

1.3 DXF文件處理流程

從DXF文件中檢索，當(dāng)檢索到某個(gè)段時(shí)就轉(zhuǎn)到那個(gè)段的處理程序去處理。如檢索到HEADER段就轉(zhuǎn)入HEADER段的處理程序去處理。

圖1 DXF文件處理流程Fig.1 Flow chart DXF file handling

圖形的大部分信息都在實(shí)體ENTITIES段中，因此讀取實(shí)體段的內(nèi)容很重要。讀取實(shí)體段的數(shù)據(jù)首先要考慮讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，然后再進(jìn)行后一步的處理或存入數(shù)據(jù)文件中。此處用鏈表結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)。

各個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)分成兩塊：公共數(shù)據(jù)塊和特殊數(shù)據(jù)塊。公共數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)每個(gè)實(shí)體都具有特征參數(shù)，如所在圖層，實(shí)體標(biāo)識(shí)，線型名……。

特殊數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)每個(gè)實(shí)體特有的數(shù)據(jù)，如實(shí)體LINE，它里面有兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)值；實(shí)體CIRCLE中有圓心坐標(biāo)值和半徑值等。

單個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)處理方法：讀取一個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)首先根據(jù)組碼“0”后的實(shí)體標(biāo)識(shí)字符串來確定其為哪一種實(shí)體，然后再根據(jù)這個(gè)實(shí)體的具體情況來讀取數(shù)據(jù)。

2 C語言與AutoCAD的接口

2.1 接口程序設(shè)計(jì)方法

AutoCAD實(shí)體種類很多，每種實(shí)體對(duì)應(yīng)一個(gè)接口函數(shù)，因此，接口程序包含的函數(shù)很多。本文僅以直線度和圓為例說明接口程序的設(shè)計(jì)方法。

為了方便引用，用結(jié)構(gòu)體函數(shù)來定義直線和圓。本文目的是將讀取到的DXF文件中的直線和圓的信息，顯示在屏幕上。

1）直線段的接口程序 讀取直線的函數(shù)原型定義為：

typedef struct tagLine{

float x1，y1，z1；

float x2，y2，z2；

}LINE；

其中 x1，y1，z1 為直線的起點(diǎn)坐標(biāo)，x2，y2，z2 為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)。在函數(shù)體中調(diào)用文件輸入輸出函數(shù)，按照表2示直線段的格式，若讀取到組代碼為“0”且組值為LINE時(shí)，將組代碼“10”，“20”，“30”后的起點(diǎn)坐標(biāo)分別寫到 x1，y1，z1 里；最后將組代碼“11”，“21”，“31”后的終點(diǎn)坐標(biāo)分別寫到 x2，y2，z2中。

2）圓的接口程序 讀取圓的函數(shù)原型定義為：

typedef struct tagCircle{

float x，y，z；

float r；

}CIRCLE；

其中x，y，z為圓心坐標(biāo)，r為圓的半徑。在函數(shù)體中調(diào)用文件輸入輸出函數(shù)，按照表3圓的格式，若讀取到組代碼為“0”且組值為 CIRCLE 時(shí)，將組代碼“10”，“20”，“30”后的圓心坐標(biāo)分別讀到 x，y，z里；最后將組代碼“40”后的圓的半徑讀到 r中[6]。

2.2 C語言讀取接口程序流程圖

本接口程序比較復(fù)雜，在合計(jì)時(shí)將程序分為主程序和兩個(gè)子程序來設(shè)計(jì)。主程序?yàn)檎麄€(gè)程序的核心部分，它的主要功能是從DXF文件中讀取組代碼和組值，并將直線的起點(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)和圓的圓心坐標(biāo)及半徑值讀取出來，并存入指針中。兩個(gè)子程序分別是直線和圓的顯示程序，直線顯示子程序的功能是顯示所打開DXF文件中直線的條數(shù)，每條直線的起點(diǎn)X坐標(biāo)、起點(diǎn)Y坐標(biāo)、起點(diǎn)Z坐標(biāo)、終點(diǎn)X坐標(biāo)、終點(diǎn)Y坐標(biāo)、終點(diǎn)Z坐標(biāo)。圓的顯示子程序的功能是顯示所打開DXF文件中圓的個(gè)數(shù)，每個(gè)圓的圓心X坐標(biāo)、圓心Y坐標(biāo)、圓心Z坐標(biāo)以及圓的半徑值。

調(diào)用接口程序來讀取DXF文件中圖形信息，要有一定的順序。圖2給出了讀取DXF文件中圖形信息的過程，具體步驟如下：

第一步：以“讀”的方式打開一個(gè)文本文件，并獲得文件指針dxf。

FILE*dxf； /*定義文件指針dxf*/

dxf=fopen（filename，“r”）；/* 打開文件，并獲得文件指針 */

圖2 讀取DXF文件中圖形信息流程圖Fig.2 Flow chart Read DXF files，graphics information

第二步：從文本中讀取字符

fscanf（dxf，"%f"，&code）；/* 存放組碼值 */

fscanf（dxf，"%d"，&value）；/* 存放字符串 */

第三步：讀取幾何信息

if（code==0&&strcmp（codevalue，"LINE"）==0）；/* 讀取直線的信息*/

if（code==0&&strcmp（codevalue，"CIRCLE"）==0）； /* 讀取圓的信息*/

第四步：顯示子程序

void print1（EntityData*entity1）；/* 直線的顯示子程序 */void print2（EntityData*entity2）；/* 圓的顯示子程序 */

第五步：調(diào)用子程序

第六步：關(guān)閉文本文件。

fclose（dxf）； /* 關(guān)閉文件 */

此外 DXF以”0”、”EOF”結(jié)束，因此在函數(shù)中可用 exit（0）、return（0）來表示文件結(jié)束。

而 feof（dxf）；用來檢查文件是否結(jié)束，遇文件結(jié)束符（0或者EOF）返回非零值，否則返回0[7]。

3 程序調(diào)試

在AutoCAD中所畫的圖形（注意：本設(shè)計(jì)只適用于直線和圓，因此所畫的圖形只能是直線或者是圓）如圖3所示。

圖3 AutoCAD中的自定義圖形Fig.3 AutoCAD custom graphics

在如圖2所示的命令行中輸入DXFOUT，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)DXF文件，自行命名該DXF文件，將該文件保存在程序生成的可執(zhí)行文件所在的文件夾中（可執(zhí)行文件被系統(tǒng)自動(dòng)放在debug文件夾中）。

再打開可執(zhí)行文件，即可看到如圖4所示的結(jié)果。

圖4 接口程序生成的可執(zhí)行文件打開后的界面Fig.4 Interface chart of interface program to generate the executable file to open

接下來可以根據(jù)界面上的提示進(jìn)行操作。界面提示“請(qǐng)輸入文件名：”，我們可以輸入一個(gè)DXF文件的文件名，然后按回車鍵。

如果文件不能正常打開，界面上將會(huì)出現(xiàn)打開文件失敗，如果能正常打開，界面上將會(huì)出現(xiàn)正在讀取文件…。

并且界面將會(huì)顯示所打開DXF文件中直線的條數(shù)，每條直線的起點(diǎn)X坐標(biāo)、起點(diǎn)Y坐標(biāo)、起點(diǎn)Z坐標(biāo)、終點(diǎn)X坐標(biāo)、終點(diǎn)Y坐標(biāo)、終點(diǎn)Z坐標(biāo)以及所打開DXF文件中圓的個(gè)數(shù)，每個(gè)圓的圓心X坐標(biāo)、圓心Y坐標(biāo)、圓心Z坐標(biāo)、圓的半徑坐標(biāo)。

在界面上輸入我們所用例子的DXF文件名后，按回車，將會(huì)顯示如圖5所示。

圖5 接口程序的實(shí)例顯示結(jié)果Fig.5 Results of interface program examples show

該運(yùn)行窗口中顯示了直線的個(gè)數(shù)和它們的各個(gè)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)以及圓的個(gè)數(shù)和它們各個(gè)圓心坐標(biāo)和半徑值。并且與該DXF文件以記事本打開后的文件中所顯示的直線和圓的個(gè)數(shù)及坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，由此可見本軟件是成功的。

4 結(jié)束語

根據(jù)DXF文件格式，借助于C語言的文件管理功能，設(shè)計(jì)出了接口程序。在自行開發(fā)軟件與AutoCAD之間建立起了數(shù)據(jù)通道，把AutoCAD中的數(shù)據(jù)提取出來。在數(shù)控加工中應(yīng)用課提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。

通過該軟件可以將在AutoCAD中所畫的圖形的信息（直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，圓的圓心坐標(biāo)和半徑）提取出來，然后通過一個(gè)數(shù)控程序?qū)⒆鴺?biāo)信息傳遞給數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床[8-9]就能夠加工成和在AutoCAD中所畫的圖形一致的圖案。

這樣就省去了數(shù)控編程來實(shí)現(xiàn)加工的麻煩，提高了生產(chǎn)效率。

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