TWaver - 专注UI技术

几年前就有用户提出TWaver读取并转换AutoCAD图纸的需求了，最近又需要修改并保存AutoCAD图纸。用户的需求就是我们的动力，目前TWaver终于有了导入导出AutoCAD图纸的解决方案。

首先我们先看看AutoCAD的几种文件格式：
1. DWG：是原始图纸格式，包含了图纸所有的信息，Autodesk公司出于安全考虑没有给出详细的格式说明
2. DWF：比DWG文件小很多，用于其他用户浏览，添加备注等，不能编辑
3. DXF：是用于和其他CAD系统交换数据的文件格式，分二进制和ASCII格式，AutoCAD的帮助里包含了DXF文件的详细描述

虽然Open Design Specification（http://www.opendesign.com）对DWG文件格式有很详细的介绍（http://www.opendesign.com/files/guestdownloads/OpenDesign_Specification_for_.dwg_files.pdf），但是研究其二进制格式的复杂程度可想而知，因此公开的ASCII格式的DXF文件格式成为了TWaver与AutoCAD数据交换的首选。

进入正题之前，我们先来了解一下DXF文件的格式，具体规范在Autodesk的网站有详细说明（http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?siteID=123112&id=12272454&linkID=10809853， 另外， 这里还有个中文的http://docs.autodesk.com/ACD/2011/CHS/filesDXF/WSfacf1429558a55de185c428100849a0ab7-5f35.htm）：
1. DXF文件由组码（Group Code）和值（Value）组成，Group Code和Value都分别占一行，Group Code是整数（从-5到1071），Value可以是整数、十六进制整数、布尔值（0或者1）、浮点数（精度可以达到16位小数）或者字符串。
2. Group Code确定了下一行Value的意义，有些Group Code有明确的意义（比如0代表entity类型，8代表Layer Name，9代表变量名并只用在HEADER段，62代表颜色），有些Group Code的代表一类值（比如10代表一个点的x值，11代表y值，12代表z值，这个点可能是一个Circle的中心点，也可能是一个Line的起始点/结束点等）。
3. DXF文件共分为7个段（Section）：
3.1 HEADER，包含了一系列和图纸相关的变量信息，每个变量由给出变量名称的组码 9 指定，其后是提供变量值的组。比如AutoCAD版本，坐标系的最小、最大值等。
3.2 CLASSES，包含了在BLOCKS，ENTITIES和OBJECTS段用到的类的定义，比如LWPOLYLINE
3.3 TABLES，包含各种表，比如图层（Layer）、线条类型（LTYPE）等；每个表可以包含多个条目
3.4 BLOCKS，包含构成图形中每个块参照的块定义和图形图元，由一系列Entity组成
3.5 ENTITIES，包含各种图形对象，也叫图元（Entity），比如点（POINT）、线（LINE），圆（CIRCLE），弧（ARC），多边形（LWPOLYLINE）等，是我们解析的重点
3.6 OBJECTS，包括非图形对象的数据，供 AutoLISP 以及 ObjectARX 应用程序所使用
3.7 THUMBNAILIMAGE，包含DXF文件的缩略图
4. 每个Section以Group Code(0)和Value(SECTION)开始，以Group Code(0)和Value(ENDSEC)结束

下面对TWaver DXF包做详细的解释：
1 twaver.dxf.common包下的类对所有DXF的数据进行了封装（基类DXFData）


1.1 section包下的类分别封装了DXF文件的7个段，实现接口DxfSection

1.2 entities包下的所有类对应Entity段的所有图元，基类为DxfEntity

1.3 objects包对应Objects段下的元素，基类为DxfObject
1.4 tables包对应Tables段下的元素，基类为DxfTable

1.5 DxfBlock类对应Blocks段下的元素
1.6 DxfClass类对应Classes段下的元素
1.7 DxfVariable类对应Header段下的一个变量
1.8 DxfValue类封装了DXF文件的Value值
1.9 DxfValuePair类封装了DXF文件的一个组码和值对
1.10 DxfValuePairCollection类包含构成一个Block或Entity等的组码和值集合
2 twaver.dxf.element包对DXF文件的Entity段的每种图元和TWaver的Element网元进行了一一对应

3 twaver.dxf.parser包是解析DXF文件的核心
3.1 handle包对DXF文件的7个段分别进行解析，接口为DxfSectionHandler
3.2 entities包对Entity段的每种图元进行细化解析
3.3 objects包对Objects段进行细化解析
3.4 tables包对Table段进行细化解析
4 DxfDocument封装了DXF文件的7个段
5 DxfReader读取DXF文件，生成DxfDocument
6 DxfViewer继承TNetwork类，将 DxfDocument显示成TWaver的拓扑图，并可以添加、修改和删除DxfDocument中的元素
7 DxfWriter将DxfDocument的修改保存为DXF文件

现在可以正式进入DXF文件的解析了，这里只拿一个简单的情况（Circle图元）举个例子，其他图元的解析大同小异，具体需要研究DXF的参考文档。下面的图片是从DXF参考文档中截取出来的，其中最主要的是Group Code 10、20、30以及40。Group Code 10、20、30分别代表Circle的中心点的X、Y以及Z坐标，40代表Circle的半径。

这里是从DXF文件中截取的关于Cricle图元的片段：

 1  0            //组码0代表一个Entity的开始
 2CIRCLE        //值CIRCLE代表这个Entity是一个Cricle
 3  5            //组码5代表唯一标识这个Entity的编号，或者叫句柄
 4BC4E        //十六进制的Entity的编号值
 5330            //组码330代表指向所有者字典的句柄（可省略）
 61F            //十六进制的所有者句柄值
 7100            //组码100代表子类标记
 8AcDbEntity    //所有Entity的父类都是AcDbEntity
 9  8            //组码8代表图层
10图层1        //图层的名字
11370            //组码370代表线宽，是一个枚举值
12    35
13100            //组码100代表子类标记
14AcDbCircle    //Circle的类名为AcDbCircle
15 10            //组码10代表中心点X坐标
16-708.4449011916222
17 20            //组码20代表中心点Y坐标
183306.535626846471
19 30            //组码30代表中心点Z坐标
200.0
21 40            //组码40代表半径
2212.4186311615631

TWaver DXF包对DXF文件的解析进行了封装，只需要创建DxfReader对象，调用parse方法，就可以返回DxfDocument对象，然后调用DXFViewer的setDxfDocument方法即可显示DXF文件，setDxfDocument内部会将所有DXF图元映射成TWaver的网元（接口为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创建TWaver网元的代码片段如下：

 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中修改网元后，需要将修改结果从DxfElement中保存到DxfEntity中，代码片段如下：

 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}

最后解释一下如何创建DXF图元，下面是从Demo中DxfButton.java类中截取的代码片段，也拿图元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}

这里再解释一下TransformContext类：主要目的是将AutoCAD的坐标系映射成Java的坐标系，里面的transform和restore方法在缩放和保存时使用

注意点：
1 绝对值小于1E-3或者大于1E7的非零double数据转化成String时，JDK默认会用科学计数法表示，具体可以参考JDK文档，所以需要用DecimalFormat特殊处理一把，参考DxfUtils.toString(double value)
2 MText的text字段包含了一些格式信息，可以通过DxfUtils.stripMText(String text)过滤
3 HEADER段的$HANDSEED变量代表下一个可用的句柄，可以用这个变量的值作为新加的Entity的句柄值，然后这个变量的值要加1
4 AutoCAD的坐标原点在左下，Java的坐标原点在左上，通过TransformContext进行转换
5 AutoCAD的缩放模式只缩放位置和宽高，线条粗细不会缩放，但TWaver的缩放模式跟放大镜是一样的效果，所以DxfViewer做了特殊处理，通过鼠标滚轮实现和AutoCAD一样的缩放

目前已有功能：
1 导入AutoCAD DXF文件并在Network中展示，目前能处理包含在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的起始和结束点的位置，LWPOLYLINE和POLYLINE的顶点位置，CIRCLE的半径和位置等并保存。
3 能添加删除已支持的Entity，并保存。
4 鼠标滚轮能实现和AutoCAD一样的缩放效果
5 对于不能显示的Entity不会做任何修改，保存时也不会遗漏。

后续待开发的功能：
1 支持更多Entity，比如标注（DIMENSION）等
2 支持创建全新的DXF文件，实现将TWaver的拓扑图保存为AutoCAD的DXF图纸