CN115329697B - 仿三维线路图生成方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿三维线路图生成方法、装置、系统和存储介质，本发明的仿三维线路图生成方法，在仿三维绘图窗口中同时显示多个仿三维平面，用户可以直接在仿三维平面设计具有三维展示效果的仿三维线路图，并且可以在不同的仿三维平面中完成其平面上的线路图设计。通过将仿三维平面划分为活动平面和不活动平面，可以将活动平面中的图元通过将图元转移至目标平面的操作指令将位图格式的图元转移至目标平面，并在活动平面中删除所述图元。由于事先存储了原始图元在不同仿三维平面下的仿三维图元，目标图元以仿三维平面对应的仿三维图元显示，图元可以在不同仿三维平面中快速地以对应的仿三维图元的形式任意切换，以使线路图呈现仿三维效果。

Description

仿三维线路图生成方法、装置、系统和存储介质
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，具体地，涉及一种仿三维线路图生成方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
监控系统广泛用于智慧城市、人防、水利、电力、安监等各行各业，因而，需要绘制或生成相应的线路图(包括管线、电线等线路)。以电力SCADA(Supervisory Control AndData Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统为例，利用二维图形技术绘制变电站单线图、系统潮流图等多种图形。基于监控系统的业务扩展需要，要求这类二维图形系统具有灵活性和美观性。传统的图形组态工具基于C/S(Client/Server，客户端/浏览器)架构，现代的图形组态工具采用B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)架构，利用浏览器的图形渲染技术来实现。在很多应用场景下，一些展示画面需要有更好的展示效果，典型地，如希望有一定的三维效果。如果采用真正的三维图形渲染技术，会造成B/S架构下，浏览器客户端资源压力较大，渲染速度慢、流畅度差等问题，不适合于对实时性要求较高的监控类生产系统使用；且三维建模编辑工具的使用难度大、操作复杂，用户的学习成本较高，很难通过组态编辑的方式绘制出真三维的展示画面，并且不利于用户的使用和培训。
现有的线路图均是基于一个固定的二维平面上生成和显示各个终端的相对位置，只有一个二维平面下的相对位置信息，不够直观，且涵盖的信息量较少，如果采用真正的三维图形渲染技术，则会严重影响客户端运行的流畅程度。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种具有一定三维展示效果，且不影响客户端的流畅度体验的仿三维线路图生成方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种仿三维线路图的生成方法，包括如下步骤：S100，定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元；S200，在仿三维绘图窗口中，显示所述多个仿三维平面，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，在其中一个仿三维平面中显示仿三维线路图，其中，所述仿三维线路图中包含通过线路连接的多个图元；S300，接收用户输入的活动平面选择指令，将所述活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面；S400，在所述活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若所述图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则执行步骤S500；S500，若所述图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中所述目标平面为所述不活动平面中的一个，则将所述图元操作指令指向的图元从所述活动平面中删除，并根据所述对应关系获取该图元在所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使所述线路图呈现仿三维效果。
优选地，步骤S500中，若在一个不活动平面与所述活动平面的重叠区域中，不活动平面上具有第一图元，所述活动平面上具有第二图元，且所述第一图元和第二图元至少部分重合；则当在所述两个图元的重合区域接收到用户的所述图元操作指令时，将所述活动平面内的所述第二图元确定为所述操作指令指向的图元。
优选地，还包括如下步骤：步骤S500中，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，还包括如下步骤：所述活动平面中还包括矢量图格式的图元；步骤S500中，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则根据所述活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域；针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换为所述目标平面下的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，步骤S500中，若所述图元操作指令为图元旋转操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元从当前角度旋转至所述图元旋转操作指令指示的目标角度，若所述图元操作指令为图元放缩操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元的面积放缩至所述图元放缩操作指令指示的目标面积，若所述图元操作指令为图元平移操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元平移至平移操作指令指示的位置。
优选地，还包括如下步骤：步骤S400中，当所述活动平面中所述图元操作指令指向的矢量图格式的图元时，则执行如下步骤：S600，根据所述活动平面与所述目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面中的所述操作指令指示的图元转换到所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，步骤S600中，若所述操作指令为旋转操作指令，将所述活动平面内对应的图元从当前角度旋转至所述旋转操作指令指示的目标角度，若所述操作指令为放缩操作指令，将所述活动平面内对应的图元的面积放缩至所述放缩操作指令指示的目标面积，若所述操作指令为平移操作指令，将所述活动平面内对应的图元平移至平移操作指令指示的位置。
优选地，还包括如下步骤：在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内接收用户输入的创建平面绘图窗口指令；根据所述创建平面绘图窗口指令，从显示所述仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；根据所述活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将所述原始图元显示在所述平面绘图窗口内；针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换到所述平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将所述显示平面图元显示在所述平面绘图窗口内。
优选地，还包括如下步骤：接收用户在所述平面绘图窗口内输入的平移操作指令；在所述平面绘图窗口内对所述原始图元进行平移，平移的量为所述平移操作指令指示的初始位移；根据所述活动平面与所述平面绘图窗口代表的与显示平面平行的仿三维平面之间的仿射变换关系，将所述初始位移转换为所述活动平面内的目标位移；当从所述平面绘图窗口切换到所述仿三维绘图窗口时，在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内所述平移操作指令指示的图元平移所述目标位移。
本发明还提供了一种仿三维线路图的生成装置，包括：仿三维平面定义模块，用于定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元；仿三维平面显示模块，用于在仿三维绘图窗口中，显示所述多个仿三维平面，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，在其中一个仿三维平面中显示仿三维线路图，其中，所述仿三维线路图中包含通过线路连接的多个图元；平面激活模块，用于接收用户输入的活动平面选择指令，将所述活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面；图元操作指令接收模块，用于在所述活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若所述图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则触发第一图元转移模块工作；所述第一图元转移模块，用于若所述图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中所述目标平面为所述不活动平面中的一个，则将所述图元操作指令指向的图元从所述活动平面中删除，并根据所述对应关系获取该图元在所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使所述线路图呈现仿三维效果。
优选地，所述第一图元转移模块，若在一个不活动平面与所述活动平面的重叠区域中，不活动平面上具有第一图元，所述活动平面上具有第二图元，且所述第一图元和第二图元至少部分重合；则当在所述两个图元的重合区域接收到用户的所述图元操作指令时，将所述活动平面内的所述第二图元确定为所述操作指令指向的图元。
优选地，还包括：所述第一图元转移模块，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，还包括：第二图元转移模块，所述活动平面中还包括矢量图格式的图元；若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则：所述第一图元转移模块，针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域；所述第二图元转移模块，针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换为所述目标平面下的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，若所述图元操作指令为图元旋转操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元从当前角度旋转至所述图元旋转操作指令指示的目标角度，若所述图元操作指令为图元放缩操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元的面积放缩至所述图元放缩操作指令指示的目标面积，若所述图元操作指令为图元平移操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元平移至平移操作指令指示的位置。
优选地，当所述活动平面中所述图元操作指令指向的矢量图格式的图元时，则：所述第二图元转移模块，根据所述活动平面与所述目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面中的所述操作指令指示的图元转换到所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域。
优选地，若所述操作指令为旋转操作指令，将所述活动平面内对应的图元从当前角度旋转至所述旋转操作指令指示的目标角度，若所述操作指令为放缩操作指令，将所述活动平面内对应的图元的面积放缩至所述放缩操作指令指示的目标面积，若所述操作指令为平移操作指令，将所述活动平面内对应的图元平移至平移操作指令指示的位置。
优选地，还包括仿三维绘图窗口切换模块，用于：在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内接收用户输入的创建平面绘图窗口指令；根据所述创建平面绘图窗口指令，从显示所述仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；根据所述活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将所述原始图元显示在所述平面绘图窗口内；针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换到所述平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将所述显示平面图元显示在所述平面绘图窗口内。
优选地，还包括：平移操作同步模块，用于，接收用户在所述平面绘图窗口内输入的平移操作指令；在所述平面绘图窗口内对所述原始图元进行平移，平移的量为所述平移操作指令指示的初始位移；根据所述活动平面与所述平面绘图窗口代表的与显示平面平行的仿三维平面之间的仿射变换关系，将所述初始位移转换为所述活动平面内的目标位移；当从所述平面绘图窗口切换到所述仿三维绘图窗口时，在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内所述平移操作指令指示的图元平移所述目标位移。
本发明还提供了一种仿三维线路图的生成系统，采用所述的方法进行仿三维线路图的生成，或者包括所述的生成装置。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时能够实现如所述的方法。
本发明的仿三维线路图生成方法，在仿三维绘图窗口中，同时显示多个仿三维平面，用户可以直接在仿三维平面设计具有三维展示效果的仿三维线路图，并且可以在不同的仿三维平面中完成其平面上的线路图设计。同时通过将仿三维平面划分为活动平面和不活动平面，可以将活动平面中的图元通过将图元转移至目标平面的操作指令将位图格式的图元转移至目标平面，并在活动平面中删除所述图元。由于事先存储了原始图元在不同仿三维平面下的仿三维图元，因此目标图元以仿三维平面对应的仿三维图元显示，图元可以在不同仿三维平面中快速地以对应的仿三维图元的形式任意切换，以使所述线路图呈现仿三维效果。
本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对本发明的一种仿三维线路图生成方法的优选实施方式进行描述。图中：
图1为典型的监控系统架构示意图；
图2为本发明的一种优选实施方式的仿三维线路图生成方法的流程图；
图3为本发明的一种优选实施方式中一用户绘图界面示意图；
图4为本发明的一种优选实施方式中一用户绘图界面示意图；
图5为本发明的一种优选实施方式中三维空间中的不同查看视角示意图；
图6为本发明的一种优选实施方式中显示平面示意图；
图7为本发明的一种优选实施方式中对应正视视角的三维平面示意图；
图8为本发明的一种优选实施方式中任意一三维平面示意图；
图9为本发明的一种优选实施方式中物体400在一三维平面中对应的仿三维图元示意图；
图10为本发明的一种优选实施方式中原始图元示意图；
图11为本发明的一种优选实施方式中原始图元对应的一仿三维图元示意图；
图12为本发明的一种优选实施方式中原始图元对应的又一仿三维图元示意图；
图13～图15为本发明的一种优选实施方式中仿三维平面示意图；
图16为本发明的一种优选实施方式中一三维空间示意图及三维空间中的A点示意图；
图17为本发明的一种优选实施方式中一三维空间示意图及三维空间中的B’点示意图；
图18为图17中的B’点在显示平面的坐标B点示意图；
图19本发明的一种优选实施方式中一三维空间示意图及三维空间中的C’点示意图；
图20为图19中的C’点在显示平面的坐标C点示意图；
图21～22为本发明的一种优选实施方式中一用户绘图界面示意图；
图23为本发明的一种优选实施方式用户在平面绘图窗口内输入的平移操作的界面示意图；
图24为本发明的一种优选实施方式中用户在平面绘图窗口内输入的平移操作后的界面示意图；
图25～27为本发明的一种优选实施方式中一用户绘图界面示意图；
图28为本发明的一种优选实施方式中仿三维绘图窗口示意图；
图29为本发明的一种优选实施方式中平面绘图窗口示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
本实施例中的仿三维线路图的生成方法可广泛地应用于工业生产、能源管理、智慧城市和智能楼宇、能源互联网、物联网等场景的监控系统中。以电力SCADA系统为例，监控人员在使用电力SCADA系统监控的过程中，电力设备(如变压器、线路、母线、开关)的部署位置对监控人员来说也是重要的参考信息，现有技术中监控系统的线路图的示意图，仅有一个二维平面的位置信息，无法切换视角，提供的信息比较单一。
如图1所示，图1为一种典型的监控系统架构图，包括服务器100，客户端200，监控终端1(300)～监控终端N。本发明提供了一种仿三维线路图的生成方法，可以兼容现有的监控系统，运行在服务器100中和客户端200中，也可以单独运行于客户端200中。具体地，客户端200可以运行在专用的软件上，也可以运行在网页浏览器中，在此不作限定。需要做出说明的是，本实施例中的仿三维线路图生成方法尤其对基于BS架构的监控系统的客户端用户体验提升明显。
本发明实施例中的仿三维线路图生成方法属于组态设计模式，是指用户通过将图元进行排列组合，以类似“搭积木”的简单方式生成线图的设计模式。
具体地，如图2所示，图2为本发明实施例中的仿三维线路图的生成方法的流程图，包括如下步骤：
S100，定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元。
具体地，位图，又称栅格图，是使用像素阵列来表示的图像，常见的位图文件扩展名包括：.BMP、.TIF、.JPG、.GIF和.PNG等。仿三维平面为看起来具有一定三维空间下平面效果的平面，如图3中的平面A(平行于显示平面的仿三维平面，其顶点为A1～A4)、平面B(其顶点为B1～B4)和平面C(其顶点为C1～C4)。如图5所示，一仿三维平面的视觉效果对应于三维空间某一查看视角，在仿三维平面下，物体以仿三维形状显示。例如，对于视野中的物体400，a对应正视视角，b对应有一定角度的俯视视角，相应地，物体400在显示平面(二维平面)对应的形状如图6所示，对应正视视角a的仿三维图形空间的形状如图7所示，对应有一定角度的俯视视角b的仿三维图形空间的形状如图8所示。仿射变换，是指在几何中，对一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移变换，变换为另一个向量空间。仿射变换具有如下特性：保留了点之间的共线性即在同一条直线上的三个或更多的点(称为共线点)在变换后依然在同一条直线上(共线)；保持了直线的平行性即两条或以上的平行直线，在变换后依然平行，基于仿射变换的上述特性，可以利用仿射变换后的图形模拟仿三维平面内物体的形状，例如可以用如图9所示的图形500表示物体400对应视角b下仿三维平面的形状。
原始图元与现有技术中二维路线图中的图元基本一致，以电力系统为例，原始图元包括：变压器、线路、母线、断路器、隔离开关、避雷器等常见电力设备的标识。仿三维图元与原始图元的形状满足仿三维平面与原始二维平面之间的仿射变换关系。如图10～图12所示，对于显示平面下创建的位图格式的原始图元，如图10中的600，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面对应的仿三维图元(也可以称为“派生图元”)(如图11中的700和图12中的800)并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，例如原始图元600在第一仿三维平面下对应第一仿三维图元700，在第二仿三维平面下对应第二仿三维图元800，并将各个原始图元、以及其对应的仿三维图元组成图元库，即，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元。在一些实施例中，原始图元和仿三维图元的位图格式可以与现有技术中的线路图生成系统中的图元的位图格式相同，以实现与原有的线路图生成系统兼容，若原始图元为jpeg、PNG的格式，本实施例中的原始图元和仿三维图元也以jpeg、PNG的格式存储。
请重新参考如图3，S200，在仿三维绘图窗口中，显示多个仿三维平面(平面A、平面B和平面C)，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，如平面A与平面B的重叠区域为顶点D1～D4围成的区域，在其中一个仿三维平面(平面A)中显示二维线路图，其中，二维线路图中包含通过线路连接的多个图元，如图元810。
S300，接收用户输入的活动平面选择指令，将活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面。活动平面是指用户可以在平面中进行编辑的平面，不活动平面是指用户不能在平面进行编辑，只能在平面进行查看的平面，输入活动平面选择指令的方式可以是鼠标点击专用按钮也可以通过键盘输入特定的按键组合，在此不做限定，本实施例中活动平面为平面A。
S400，在活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则执行步骤S500；
S500，若图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中目标平面为不活动平面中的一个，则将图元操作指令指向的图元从活动平面中删除，并根据对应关系获取该图元在目标平面下对应的目标图元(“派生图元”)，将目标图元显示在目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使线路图呈现仿三维效果。
具体地，如图3所示，若接收到将图元810转移至目标平面的操作指令后，弹出“将对象移动到平面”的提示框及弹出目标平面选择列表(820)，显示出事先设置好几个常用的视角的仿三维平面，如平面A、平面B、平面C……，用户从中选择平面C作为目标平面后，将图元操作指令指向的图元810从活动平面(平面A)中删除，如图4所示，将目标图元显示在目标平面C区域，并且目标图元以对应的仿三维图元810’显示，实现将操作指令指示的图元810转移至目标平面(平面C)的操作，以使线路图呈现仿三维效果。
下面对仿三维平面的建立原理进行简单介绍，以说明如何确定目标图元在目标平面的具体位置。建立仿三维平面包括如下步骤：
步骤1：将一个平面定义为原始二维平面。请重新参考图6，图6为定义的原始二维平面，并建立其二维坐标系(x-y)，定义x轴的右方向为正方向，y轴的上方向为正方向，本领域人员可以理解的是坐标轴的正方向可以根据需要灵活定义，并不影响本发明实施例的效果。
步骤2：建立仿三维空间坐标系。如请重新参考图7和图8，仿三维空间坐标系的三个坐标轴分别为x’、y'、z'，其中，z'轴保持竖直方向(与二维坐标体系的y轴保持一致)，一般不对其进行更改；x'轴与二维坐标的x轴的偏移角度定义为α；y'轴与二维坐标的x轴的偏移角度定义为β，α和β决定了该三维空间的视角。特殊地，如图7所示，当α＝0时，x'轴与二维坐标的x轴保持方向一致。此时称为“正视视角”，是一类常见的场景。
步骤3：定义仿三维空间平面。在仿三维空间坐标体系的基础上，可定义仿三维空间平面。平面的定义由三组参数决定，包括：平面的方向，平面的位置和平面的大小，简要说明如下：
(1)平面的方向，本实施例中的平面一般指正交平面，即与两个坐标轴平行且与一个坐标轴垂直的平面。本实施例中定义三种正交平面：水平平面(x'-y')；正立平面(x'-z')和侧立平面(y'-z')。
(2)平面的位置，每个平面可以通过在第三轴的坐标定义其位置。例如，如图13所示，水平平面(x'-y')，可以用z'＝z'0定义其位置，如图14所示，侧立平面(y'-z')，可以用x'＝x'0定义其位置，如图15所示，正立平面(x'-z')，可以用y'＝y'0定义其位置。
(3)平面的大小为可选项，如果不定义平面大小，则认为该平面是无限大的。
步骤4：计算仿三维图元在仿三维空间中的位置。仿三维图元的点在仿三维空间中的位置由以下三者共同确定：所属的仿三维空间、所述的三维空间内的某一平面和在所述平面上的位置。例如，如图16所示，仿三维空间中的点A在仿三维空间的位置由以下三者共同确定：所属的仿三维空间S(α,β)、所属的平面A(z＝z'0)和在平面的二维坐标(x'＝x'0,y'＝y'0)。由此，对于原始图元在原始二维平面中的每一个坐标都对应出一个其在一个仿三维空间的坐标(x',y',z')。
步骤5：计算仿三维图元在仿三维平面中的形状，在计算仿三维空间的坐标(x',y',z')后，对于仿三维空间的任一仿三维平面通过仿射变换计算其在仿三维平面中的坐标。通过仿射变换中的斜切变换，实现对原始图元的变形，以模拟平面的三维化。通过仿射变换中缩放变换，模拟原始图元在某个维度变形后在视角上的缩短。通过仿射变换中平移变换，实现在同一个仿三维空间中不同仿三维平面的位移。原始图元在原始平面中映射至在仿三维平面的变换矩阵为：
Figure BDA0003818331540000111
其中，kx、ky控制图元的缩放，cx、cy控制图元的斜切，tx、ty控制图元的平移，求解上述矩阵方程，可以得到原始图元与仿三维图元之间的仿射变换关系，从而可以将已有的原始图元根据该仿射变换关系转换为对应仿三维平面的仿三维图元。
具体地，如图17～图18所示，仿三维空间中的B’(x0',y0',z0')，映射至z'＝z0'的平面后对应的B点的二维坐标为(x0，y0)。如图19～图20所示，仿三维空间中的C’(x0',y0',z0')，映射至y＝y0'的平面后对应的C点的二维坐标为(x0，y0)。因而，可以求解原始图元分别与z'＝z0'的平面、以及y＝y0'的平面之间的仿射变换关系。
根据上述步骤可以计算出原始图元中的每个点在新建的仿三维平面对应的点，进而计算出对应的仿三维图元，并存储至图元库中。当用户新建一仿三维平面时，原始图元在新建的仿三维平面对应的仿三维图元也同步生成，用户可以直接使用已生成的仿三维图元在新建的三维平面中进行绘制，设计出仿三维线路图。
仿三维线路图生成完成后，则退出仿三维绘图窗口，并同时显示多个仿三维平面。
本发明的仿三维线路图生成方法，在仿三维绘图窗口中，同时显示多个仿三维平面，用户可以直接在仿三维平面设计具有三维展示效果的仿三维线路图，并且可以在不同的仿三维平面中完成其平面上的线路图设计。同时通过将仿三维平面划分为活动平面和不活动平面，可以将活动平面中的图元通过将图元转移至目标平面的操作指令将位图格式的图元转移至目标平面，并在活动平面中删除图元。由于事先存储了原始图元在不同仿三维平面下的仿三维图元，因此目标图元以仿三维平面对应的仿三维图元显示，图元可以在不同仿三维平面中以对应的仿三维图元的形式任意切换，以使线路图呈现仿三维效果。
本发明实施例生成的仿三维线路图一方面符合传统的路线生成过程中的组态工具的使用习惯，无需复杂的软件操作，用户可以设计出不同三维平面对应的仿三维线路图，另一方面无需三维渲染，因此切换速度很快，并且具有一定的三维展示效果，能够提供具有3D深度效果的仿三维线路图，同时满足使用简单和提升可视化效果的需求。
此外，本发明实施例中的仿三维线路图的生成方法，可基于现有的图形编辑类组态工具开发，运算量小，可以兼容原有的线路图生成系统的技术体系，原有的线路图生成系统的功能(例如缩放、旋转、图层管理等功能)可以无缝地衔接使用，实现简化的三维展示效果，且该三维展示效果能满足常见的业务需求，且具有开发扩展简单、操作简便易用、运行性能高、对电脑资源要求低的优点。一方面提供多个视角的仿三维平面线路图，方便用户从多个角度查看有效提升绘图效率，另一方面计算量小，对计算机的性能要求较低，对现有监控系统的改造成本低。
在对三维平面的重叠区域内进行路线图设计时，优选地，在一些实施例中，步骤S500中，若在一个不活动平面与活动平面的重叠区域中，不活动平面上具有第一图元，活动平面上具有第二图元，且第一图元和第二图元至少部分重合；则当在两个图元的重合区域接收到用户的图元操作指令时，将活动平面内的第二图元确定为操作指令指向的图元。
在一些实施例中，如图21～图22所示，包括三个仿三维平面，平面A(其顶点为A1～A4)、平面B(其顶点为B1～B4)和平面C(其顶点为C1～C4)，平面A、平面B具有重叠显示区域(D1～D4)。不活动平面为B，活动平面为A，不活动平面上具有第一图元910，活动平面上具有第二图元920。且第一图元910和第二图元920至少部分重合930，当在两个图元的重合区域930接收到用户的图元操作指令时，将活动平面A内的第二图元920确定为操作指令指向的图元，并将第二图元920以对应的仿三维图元的920'显示在目标平面C中。
通过将平面划分为活动平面和不活动平面，进一步解决了仿三维线路图生成过程中，由于同时在多个仿三维平面进行路线图设计，而不同仿三维平面存在重叠区域，在图元重合部分进行图元操作时，图元操作在不同图元之间的归属问题。
在一些实施例中，还包括平面转移操作指令，用于将一平面中的图元整体转移到目标平面区域显示，具体地：若图元操作指令为平面转移操作指令，从对应关系中分别获取活动平面内所有位图格式的图元在平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在目标平面区域。如图23所示，平面转移操作指令输入后，显示“平面变换”提示栏，用户选择目标平面(平面C)区域后，将所有目标图元(1300)显示在目标平面区域(平面C)中，如图24所示。
除了上述实施例中的活动平面指令、图元转移指令、创建平面绘图窗口指令外，在一些实施例中还包括旋转操作指令、放缩操作指令和平移操作指令。具体地，若操作指令为旋转操作指令，将活动平面内对应的图元从当前角度旋转至旋转操作指令指示的目标角度。若操作指令为放缩操作指令，将活动平面内对应的图元的面积放缩至放缩操作指令指示的目标面积。若操作指令为平移操作指令，将活动平面内对应的图元平移至平移操作指令指示的位置。通过上述指令可以满足仿三维路线图生成的各类设计需求。
图25为本发明的另一种实施例，与上述实施例不同的是，本实施例中的图元为用户绘制的矢量图格式的图元940，矢量图格式是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示的图像格式，常见的矢量图格式如SVG等。当用户设计一种新的图元，且该图元并未存储在图元库中，或者用户设计两个图元之间连接的线路时，适用于本实施例中的仿三维线路图生成方法，包括：根据活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将活动平面中的操作指令指示的图元转换到目标平面下对应的目标图元，将目标图元显示在目标平面区域。
具体的，如图25所示，当活动平面(平面A)中的矢量图格式的图元940时，在图元转移操作指令的指示下，根据活动平面(平面A)与目标平面之间的仿射变换关系，将活动平面中的矢量图格式的图元940转换到目标平面(平面C)下对应的目标图元940’(如图26)，将目标图元940’显示在目标平面(平面C)区域。具体地，若用户绘制的线条图存储格式支持各类形状变换函数，则使用形状变换函数将用户绘制的线条图的形状变形至目标平面对应的形状中，如若用户绘制的线条图以Web环境的SVG(Scalable Vector Graphics，可缩放矢量图形)格式存储，由于SVG格式本身支持各类平移、旋转、伸缩、倾斜变换等操作，因此可以直接调用上述操作，根据活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将用户绘制的线条图转换到目标平面的对应的形状中。若用户绘制的线条图存储格式不支持各类形状变换函数，则需要计算活动平面和目标平面之间的仿射变换矩阵，将用户绘制的线条图分解成直线和曲线分别处理。对于直线、折线、多边形等形状，通过仿射变换矩阵计算出各个顶点在目标平面中的位置，根据其顶点位置，在目标平面调用直线、折线、多边形的绘制函数进行绘制。对于曲线，则在活动平面中以贝塞尔曲线的形式描述该曲线，即包括曲线点和曲率控制点，通过仿射变换矩阵计算目标平面对应的曲线点和曲率控制点，在目标平面调用曲线的绘制函数进行绘制。
相应地，若操作指令为旋转操作指令，将活动平面内对应的图元从当前角度旋转至旋转操作指令指示的目标角度，若操作指令为放缩操作指令，将活动平面内对应的图元的面积放缩至放缩操作指令指示的目标面积，若操作指令为平移操作指令，将活动平面内对应的图元平移至平移操作指令指示的位置。
请继续参考图25，在一些实施例中，当平面转移操作指令所指示的活动平面中既有矢量图格式的图元940，又有位图格式的图元920，则执行如下步骤：
根据活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：
针对所有位图格式的图元，如920，从对应关系中分别获取活动平面内所有位图格式的图元在平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在目标平面区域，如图27所示。
针对所有矢量图格式的图元，如940，根据活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将活动平面内所有矢量图格式的图元转换为目标平面下的目标图元，将所有目标图元显示在目标平面区域，如图27所示。
为了便于用户设计三维线路图，一些实施例中绘图窗口除了上述实施例中的仿三维绘图窗口(如图28中1100)外，还包括显示平面绘图窗口(如图29中的1200)。
根据创建平面绘图窗口指令，从显示仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；
根据活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：
针对所有位图格式的图元，从对应关系中获取活动平面内所有位图格式的图元在平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将原始图元显示在平面绘图窗口内；
针对所有矢量图格式的图元，根据活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将活动平面内所有矢量图格式的图元转换到平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将显示平面图元显示在平面绘图窗口内。
具体地，包括如下步骤：
步骤1，在仿三维绘图窗口中的活动平面内接收用户输入的创建平面绘图窗口指令，在仿三维绘图窗口中出现“进入二维编辑模式”的提示栏，如图28中的1110；
步骤2，根据创建平面绘图窗口指令，从显示仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；
步骤3，从对应关系中获取活动平面(平面A)内对应的图元(1120’)在平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元(1120)，将原始图元(1120)显示在平面绘图窗口1200内。具体地，针对所有位图格式的图元，从对应关系中获取活动平面内所有位图格式的图元在平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将原始图元显示在平面绘图窗口内；针对所有矢量图格式的图元，根据活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将活动平面内所有矢量图格式的图元转换到平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将显示平面图元显示在平面绘图窗口内。如图29所示，在一些实施例中还包括“退出二维编辑模式”按钮1210，用户点击后，则切换至原来的仿三维编辑模式。本实施例中，使得用户可以在平面绘图窗口和仿三维绘图窗口的图元灵活切换，提高设计效率，提高用户体验。
在一些实施例中，平面绘图窗口和仿三维绘图窗口既可以单独显示，即每次只显示平面绘图窗口或仿三维绘图窗口中的一个，也可以同时显示。当同时显示绘图窗口和仿三维绘图窗口时，用户在显示绘图窗口或仿三维绘图窗口中的一者，对图元进行平移等操作时，另一者也同步对应的操作，具体的包括如下步骤：
步骤1，接收用户在平面绘图窗口内输入的平移操作指令；
步骤2，在平面绘图窗口内对原始图元平移操作指令指示的初始位移；
步骤3，根据活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将初始位移转换为活动平面内的目标位移；
步骤4，在仿三维绘图窗口中的活动平面内对相应的图元平移目标位移。
通过上述步骤，用户可以在平面绘图进行线路图平移操作等设计时，可以同步查看该操作在仿三维绘图窗口中对应的效果，给客户提供更多角度的信息，有利于提高绘图效率，进一步提升用户体验。
在另一些实施例中，还包括定义新建的仿三维平面的大小的操作，并标识出新建的仿三维平面边界。仿三维平面的大小为可选项，若定义了平面的大小，则可以用平行四边形绘制出该仿三维平面的边界，以提示用户在设计线路图时，不要超出该仿三维平面的边界。
本申请中的仿三维线路图生成方法，可基于现有的绝大部分2D图形系统开发，例如Windows系列的GDI/GDI+(Graphics Device Interface，图形设备接口)，Java环境的Swing(一个为Java设计的GUI工具包)/AWT(Abstract Window Toolkit，抽象窗口工具包)、Web环境的Canvas(一个通过JavaScript和HTML的元素来绘制图形的工具包)和SVG(Scalable Vector Graphics，可缩放矢量图形)等，方便实施、兼容性强。
此外，本发明还提供了一种仿三维线路图的生成装置，包括：
仿三维平面定义模块，用于定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元；
仿三维平面显示模块，用于在仿三维绘图窗口中，显示多个仿三维平面，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，在其中一个仿三维平面中显示仿三维线路图，其中，仿三维线路图中包含通过线路连接的多个图元；
平面激活模块，用于接收用户输入的活动平面选择指令，将活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面；
图元操作指令接收模块，用于在活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则触发第一图元转移模块工作；
第一图元转移模块，用于若图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中目标平面为不活动平面中的一个，则将图元操作指令指向的图元从活动平面中删除，并根据对应关系获取该图元在目标平面下对应的目标图元，将目标图元显示在目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使线路图呈现仿三维效果。
发明还提供了一种仿三维线路图的生成系统，采用所述的方法进行仿三维线路图的生成，或者包括所述的生成装置。
发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时能够实现所述的方法。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种仿三维线路图的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100，定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元；
S200，在仿三维绘图窗口中，显示所述多个仿三维平面，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，在其中一个仿三维平面中显示仿三维线路图，其中，所述仿三维线路图中包含通过线路连接的多个图元；
S300，接收用户输入的活动平面选择指令，将所述活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面；
S400，在所述活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若所述图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则执行步骤S500，当所述图元操作指令指向矢量图格式的图元时，则执行步骤S600；
S500，若所述图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中所述目标平面为所述不活动平面中的一个，则将所述图元操作指令指向的图元从所述活动平面中删除，并根据所述对应关系获取该图元在所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使所述线路图呈现仿三维效果；
S600，根据所述活动平面与所述目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面中的所述操作指令指示的图元转换到所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S500中，若在一个不活动平面与所述活动平面的重叠区域中，不活动平面上具有第一图元，所述活动平面上具有第二图元，且所述第一图元和第二图元至少部分重合；则当在所述两个图元的重合区域接收到用户的所述图元操作指令时，将所述活动平面内的所述第二图元确定为所述操作指令指向的图元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤S500中，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤S600中，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则：
针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换为所述目标平面下的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S500中，若所述图元操作指令为图元旋转操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元从当前角度旋转至所述图元旋转操作指令指示的目标角度，
若所述图元操作指令为图元放缩操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元的面积放缩至所述图元放缩操作指令指示的目标面积，
若所述图元操作指令为图元平移操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元平移至平移操作指令指示的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内接收用户输入的创建平面绘图窗口指令；
根据所述创建平面绘图窗口指令，从显示所述仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；
根据所述活动平面内图元的格式的不同分别执行如下步骤：
针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将所述原始图元显示在所述平面绘图窗口内；
针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换到所述平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将所述显示平面图元显示在所述平面绘图窗口内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
接收用户在所述平面绘图窗口内输入的平移操作指令；
在所述平面绘图窗口内对所述原始图元进行平移，平移的量为所述平移操作指令指示的初始位移；
根据所述活动平面与所述平面绘图窗口代表的与显示平面平行的仿三维平面之间的仿射变换关系，将所述初始位移转换为所述活动平面内的目标位移；
当从所述平面绘图窗口切换到所述仿三维绘图窗口时，在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内所述平移操作指令指示的图元平移所述目标位移。
8.一种仿三维线路图的生成装置，其特征在于，包括：
仿三维平面定义模块，用于定义多个仿三维平面；对于二维显示平面下创建的位图格式的原始图元，根据仿射变换关系生成不同仿三维平面下的仿三维图元并在图元库中进行保存，并建立每个原始图元与其对应的仿三维图元之间的对应关系，各个原始图元、以及其对应的仿三维图元均构成图元库中的图元；
仿三维平面显示模块，用于在仿三维绘图窗口中，显示所述多个仿三维平面，其中任意两个仿三维平面相交且具有重叠区域，在其中一个仿三维平面中显示仿三维线路图，其中，所述仿三维线路图中包含通过线路连接的多个图元；
平面激活模块，用于接收用户输入的活动平面选择指令，将所述活动平面选择指令选择的平面激活为活动平面，并将其余的平面锁定为不活动平面；
图元操作指令接收模块，用于在所述活动平面中接收用户输入的图元操作指令，若所述图元操作指令指向的图元为位图格式的图元，则触发第一图元转移模块工作，当所述图元操作指令指向矢量图格式的图元时，则第二图元转移模块工作；
所述第一图元转移模块，用于若所述图元操作指令为将图元转移至目标平面的操作指令，其中所述目标平面为所述不活动平面中的一个，则将所述图元操作指令指向的图元从所述活动平面中删除，并根据所述对应关系获取该图元在所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域，实现将该图元转移至目标平面的操作，以使所述线路图呈现仿三维效果；
所述第二图元转移模块，根据所述活动平面与所述目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面中的所述操作指令指示的图元转换到所述目标平面下对应的目标图元，将所述目标图元显示在所述目标平面区域。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述第一图元转移模块，若在一个不活动平面与所述活动平面的重叠区域中，不活动平面上具有第一图元，所述活动平面上具有第二图元，且所述第一图元和第二图元至少部分重合；则当在所述两个图元的重合区域接收到用户的所述图元操作指令时，将所述活动平面内的所述第二图元确定为所述操作指令指向的图元。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述第一图元转移模块，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，则从所述对应关系中分别获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面转移操作指令指示的目标平面下对应的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，若所述图元操作指令为平面转移操作指令，
所述第二图元转移模块，针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与目标平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换为所述目标平面下的目标图元，将所有目标图元显示在所述目标平面区域。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
若所述图元操作指令为图元旋转操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元从当前角度旋转至所述图元旋转操作指令指示的目标角度，
若所述图元操作指令为图元放缩操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元的面积放缩至所述图元放缩操作指令指示的目标面积，
若所述图元操作指令为图元平移操作指令，则将所述活动平面内所述图元操作指令指示的图元平移至平移操作指令指示的位置。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括仿三维绘图窗口切换模块，用于：
在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内接收用户输入的创建平面绘图窗口指令；
根据所述创建平面绘图窗口指令，从显示所述仿三维绘图窗口切换到显示平面绘图窗口；
根据所述活动平面内图元的格式的不同分别执行：
针对所有位图格式的图元，从所述对应关系中获取所述活动平面内所有位图格式的图元在所述平面绘图窗口对应的显示平面下的原始图元，将所述原始图元显示在所述平面绘图窗口内；
针对所有矢量图格式的图元，根据所述活动平面与平面绘图窗口代表的显示平面之间的仿射变换关系，将所述活动平面内所有矢量图格式的图元转换到所述平面绘图窗口代表的显示平面下的显示平面图元，将所述显示平面图元显示在所述平面绘图窗口内。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：平移操作同步模块，用于，
接收用户在所述平面绘图窗口内输入的平移操作指令；
在所述平面绘图窗口内对所述原始图元进行平移，平移的量为所述平移操作指令指示的初始位移；
根据所述活动平面与所述平面绘图窗口代表的与显示平面平行的仿三维平面之间的仿射变换关系，将所述初始位移转换为所述活动平面内的目标位移；
当从所述平面绘图窗口切换到所述仿三维绘图窗口时，在所述仿三维绘图窗口中的所述活动平面内所述平移操作指令指示的图元平移所述目标位移。
15.一种仿三维线路图的生成系统，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的方法进行仿三维线路图的生成，或者包括如权利要求8-14任一项所述的生成装置。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时能够实现如权利要求1-7任意一项所述的方法。
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