魏金占 ，唐媛

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

1 問(wèn)題由來(lái)

當(dāng)前存在多種CAD 平臺(tái)和GIS 平臺(tái)，數(shù)據(jù)交換和共享十分頻繁，但由于其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不盡相同，數(shù)據(jù)模型理解的差異等原因，造成數(shù)據(jù)交換共享時(shí)部分信息的丟失，特別是對(duì)于曲線元素如常見(jiàn)的弧線，數(shù)據(jù)的失真特別嚴(yán)重。通常通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，會(huì)有三種失真，一種是完全用特征點(diǎn)擬合的方法，數(shù)據(jù)失真最為嚴(yán)重，如弧段在轉(zhuǎn)換后就用三個(gè)特征點(diǎn)來(lái)描述，如圖1所示。

圖1 特征點(diǎn)擬合弧線轉(zhuǎn)換前后對(duì)比

另一種失真較小，它也用多點(diǎn)擬合來(lái)描述對(duì)象，如圖2所示:

圖2 多點(diǎn)擬合弧線轉(zhuǎn)換前后對(duì)比

還有一種失真度最小，它也用弧線來(lái)描述對(duì)象，但是因?yàn)閿?shù)據(jù)模型理解差異等原因，也存在細(xì)微的差異，如起始點(diǎn)結(jié)束點(diǎn)微小偏移等，如圖3所示。

那么通過(guò)原有的思路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)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(lái)嘗試解決問(wèn)題?下文將結(jié)合實(shí)例闡述一種新的弧線轉(zhuǎn)換的思路，供大家思考。

圖3 失真較小的弧線轉(zhuǎn)換前后對(duì)比

2 弧線轉(zhuǎn)換的新思路

弧線的要素通常包括長(zhǎng)半軸、短半軸、起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)角等，常規(guī)方法通常采用如下模式:獲得原有圖形的幾何特征點(diǎn)或關(guān)鍵元素(如角度)，然后通過(guò)常規(guī)算法，在新的平臺(tái)下恢復(fù)弧線圖形，如圖4所示。

圖4 常規(guī)算法弧線的構(gòu)建

雖然通過(guò)此種算法一般可以實(shí)現(xiàn)弧線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，但存在以下問(wèn)題:DGN 對(duì)象中，弧線不僅包括常規(guī)的圓弧曲線，也包括拉伸旋轉(zhuǎn)常規(guī)弧線后的各類橢圓弧曲線，這樣對(duì)于后者的描述和轉(zhuǎn)換就顯得非常復(fù)雜。常規(guī)思路是研究旋轉(zhuǎn)拉伸的參數(shù)，之后再通過(guò)復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，這種方法十分復(fù)雜，理解、實(shí)現(xiàn)難度大，而且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換失真。

一般弧線的要素通常包括長(zhǎng)短半軸、起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)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(tái)對(duì)數(shù)據(jù)模型定義不同，如起始角、掃角和旋轉(zhuǎn)角定義的不同，僅僅通過(guò)特征數(shù)據(jù)來(lái)直接在新平臺(tái)下構(gòu)建新對(duì)象，必將造成數(shù)據(jù)的失真。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雖然數(shù)據(jù)模型不盡相同，但是其幾何特征點(diǎn)的位置在轉(zhuǎn)換前后必須要保證一致，因此利用這一特性，重新定義和計(jì)算這些角，再用新的方法來(lái)構(gòu)建幾何對(duì)象，下文將用實(shí)例進(jìn)行詳述。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)完全按照傳統(tǒng)的方法直接利用DGN 提供的特征數(shù)據(jù)在SuperMap 中構(gòu)建對(duì)象時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的差異，如圖3所示，轉(zhuǎn)換前后起始端會(huì)有細(xì)微偏差。原因就在于對(duì)弧線特征角描述的不同。首先對(duì)特征角重新定義:

旋轉(zhuǎn)角指長(zhǎng)半軸所在的直線與Y 坐標(biāo)軸的夾角θ;

起始角指圓心和起始點(diǎn)連線與長(zhǎng)半軸的夾角α;

結(jié)束角指圓心和結(jié)束點(diǎn)連線與長(zhǎng)半軸的夾角β。

對(duì)于弧線，嘗試用以下新的方法求解特征角:首先計(jì)算出圓弧的旋轉(zhuǎn)角θ，之后求出圓弧起始點(diǎn)和圓心連線的角度α，圓弧結(jié)束點(diǎn)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(jié)束角。通過(guò)重新定義設(shè)置旋轉(zhuǎn)角、起始角和結(jié)束角計(jì)算方法，就可以采用新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換了。這種方法與原有弧線描述的差異在于，新的思路撇開(kāi)原有旋轉(zhuǎn)角、起始角和結(jié)束角，重新定義設(shè)置這些角的計(jì)算方法，其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)論何種平臺(tái)，其特征點(diǎn)是一致的，通過(guò)統(tǒng)一定義和計(jì)算旋轉(zhuǎn)角、起始角和結(jié)束角，避免各平臺(tái)對(duì)弧線描述的差異如旋轉(zhuǎn)角定義的不同，達(dá)到數(shù)據(jù)的無(wú)損轉(zhuǎn)換。各角定義如圖6所示:

圖6 特征角定義示意圖

其關(guān)鍵函數(shù)代碼如下:

是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對(duì)比如圖7所示:

圖7 新算法數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對(duì)比

4 結(jié) 論

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換失真的原因很多，其中對(duì)于數(shù)據(jù)模型理解的差異是關(guān)鍵因素之一。本文針對(duì)弧線提出新的轉(zhuǎn)換方法，其思路依然是采用已有的函數(shù)重新定義弧線的各個(gè)元素，轉(zhuǎn)換的效率與平臺(tái)自身的轉(zhuǎn)換效率相同。經(jīng)實(shí)驗(yàn)基本上可以消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的失真問(wèn)題，對(duì)旋轉(zhuǎn)擠壓變形的復(fù)雜弧線的轉(zhuǎn)換，亦未發(fā)現(xiàn)失敗情況。與FME 等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件相比，其優(yōu)勢(shì)在于直接轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的GIS 平臺(tái)，數(shù)據(jù)信息損失最小。對(duì)于清華山維、超圖及ArcGIS 等常見(jiàn)GIS 平臺(tái)而言，此方法也為類似問(wèn)題的處理提供新的解決思路。

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