CN115758494A - 一种基于dxf文件技术的三维模型场景数据与cad图纸的快速转化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，属于绘图领域，包括：三维转二维：把三维场景数据以JSON格式传给CAD解析系统处理；遍历三维场景数据中的设备数据，找到对应的CAD标准图块的数据，根据设备数据处理CAD图块；把所有设备处理后产生的CAD图块按照DXF组码的方式写入到DXF文件中，形成场景二维图纸；二维转三维：将场景二维图纸的DXF文件作为输入信息，通过文件IO接口读取DXF文件内容，解析组码信息；根据解析形成JSON格式的场景数据；基于JSON格式的场景数据中的设备信息，找到对应设备的三维模型信息；并渲染出对应的三维模型场景。本发明实现了三维场景与二维图纸的快速转化，以及绘图的标准化，提高绘图效率。

Description

一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速 转化方法及装置

技术领域

本发明涉及绘图领域，具体涉及一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法及装置。

背景技术

在目前与客户交流三维搭建方案中，主要通过口头交流和CAD图纸，跟客户讲解方案，但是CAD图纸显示不直观，特别是对于非专业人员，不能快速、直观的了解方案全貌，无法完全体现三维搭建具体实施方案的效果，沟通效果差；而在跟客户签订合同时，又需要把方案落实到二维的CAD图纸上，工程师从零开始依据三维场景画CAD图纸比较耗费时间，并且不同的画图工程师的经验不同，可能会画出不同的图纸，导致出图质量参差不齐。

因此，需要设计一个可以根据CAD图纸快速生成三维场景，方便直观地与客户讲解具体实施方案，同时也可以自主搭建三维场景，把方案落实到二维的CAD图纸上，做到三维场景与二维图纸快速转换的方案和装置。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法及装置，解决三维模型和二维图纸之间转换难的问题，实现三维模型和二维图纸之间的标准和快速转换。

本发明的技术方案如下：

本发明公开一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，包括：

三维转二维：把三维场景数据以JSON格式传给CAD解析系统处理；遍历三维场景数据中的设备数据，找到对应的CAD标准图块的数据，根据设备数据处理CAD图块；把所有设备处理后产生的CAD图块按照DXF组码的方式写入到DXF文件中，形成场景二维图纸；

二维转三维：将场景二维图纸的DXF文件作为输入信息，通过文件IO接口代码读取DXF文件内容，解析组码信息；根据解析形成JSON格式的场景数据；基于JSON格式的场景数据中的设备信息，找到对应设备的三维模型信息；并渲染出对应的三维模型场景。

作为优选，在三维转二维中，处理CAD图块的方法，包括弯曲轨道中的曲线计算，采用三个点计算曲线凸度：设轨道设备信息中包含的曲线起点p1(x1，y1)、曲线终点p2(x2，y2)、曲线圆心p(x，y)，b为中间量，bulge为曲线凸度，根据AutoCAD对凸度的定义：

x＝(x1+x2-(y2-y1)*b)/2

y＝(y1+y2+(x2-x1*b)/2

b＝(1/bulge-bulge)/2

得到：b＝(x1+x2-2*x)/(y2-y1)

曲线凸度

作为优选，处理CAD图块的方法，包括：

处理CAD图块的坐标：先对三维设备的y轴坐标和z轴坐标进行调换，然后通过DXF组码的形式把三维设备的xyz坐标数据赋值给二维设备CAD图块；在读取设备信息后，根据设备的长宽来重新计算图形中心；

处理CAD图块的缩放：把CAD图块对应的长宽高，乘以设备信息中的xyz轴上的缩放值；处理设备高度；通过设备的z轴高度判断当前设备是否高于地面，将设备楼层高度写入到CAD图块的额外属性中；

处理需要动态生成多层多列的模型：使用基本的图元进行绘制，每个模型的长宽通过组装多边形LwpolyLine图元来生成模型的CAD图块；

处理同一层楼的设备：根据设备所在楼层的信息，对同一层楼的设备进行分组，分组的方式：使用DXF组码，对相同楼层的设备赋予同一个分组组码。

作为优选，图形中心重新计算的方法：

获取图形的最大和最小x轴坐标以及最大和最小y轴坐标，分别记作xMax、xMin、yMax、yMin，设图形中心的坐标(xCenter，yCenter)，设x方向的水平长度为xLength，y方向的垂直长度为yLength，

xLength＝xMax-xMin

yLength＝yMax-yMin

得到图形中心的坐标(xCenter，yCenter)

xCenter＝xMin+xLength/2

yCenter＝yMin+yLength/2。

作为优选，CAD解析系统接收到三维场景数据后，先对三维场景数据进行MD5编码，然后对比数据库中是否存在对应的三维场景数据，若存在，直接返回已经解析过的DXF文件供用户下载，否则开始遍历三维场景中的设备数据。

作为优选，三维场景数据包括：包含场景的所有设备信息，每个设备信息包含设备的id、大小、坐标、旋转、缩放、平面号。

作为优选，在遍历三维场景数据中的设备数据中，若出现设备型号无法正确匹配到CAD标准图块，使用预先设置的默认图块进行绘制。

作为优选，在二维转三维中，解析组码信息包括Block段组码解析和Entity段组码解析；所述Block段组码解析：读取Block段组码，获得与数据库中的标准模型有一一对应关系的设备id的值，以及自定义的模型属性。

作为优选，所述Entity段组码解析：读取Entity段组码，获得坐标、形变、自定义属性信息；根据具体图形，拆分出多种图元对象：直线对象Line、多边形对象LwpolyLine、圆形对象Ellipse，每种图元对象负责对自己图元的解析和组装。

本发明公开一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化装置，包括：CAD解析系统、3D系统和关系型数据库；所述CAD解析系统包括三维模型标准库和二维标准CAD图块，对CAD图块进行标准模块处理：所述关系型数据库，用于管理三维模型与二维图块的关联关系，并存储；所述3D系统，用于搭建、渲染三维模型场景，解析组码信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明解决了三维模型场景和二维图纸之间转换难的问题，可以将二维图纸转换成三维模型场景，又可以将三维模型场景转换成二维图纸。

2、本发明实现了三维场景与二维图纸的互相快速转换，三维场景经过解析、CAD图块处理，快速转换成二维图纸；二维图纸经过Block段组码解析和Entity段组码解析，快速转换成JSON格式的场景数据，渲染出三维模型场景。

3、本发明解决了不同工程师绘图技能水平不同导致绘图无法标准化的问题，通过对CAD块做标准模块化处理，每种模型都有自己的CAD图块，用关系型数据库管理三维模型与二维图块的对应关系，生成的CAD图纸也避免了三维模型转二维图形时候的误差。

4、本发明许多模型组装成一组场景JSON字符串数据，传输到网页端，网页端根据场景数据进行三维场景的渲染。

5、本发明在绘制CAD图纸的时候，使用预先设置好的标准图块进行绘制，有利于绘图的标准化，减少绘图成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明中三维场景转二维图纸的流程图。

图2是本发明中二维图纸转三维场景的流程图。

图3是实施例中三维场景示意图。

图4是实施例中二维CAD图纸示意图。

图5是实施例中DXF格式与JSON格式对比示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图3和4所示，分别为三维场景和二维CAD图纸，三维场景可以更加立体、直观的展现场景的布局、结构和整体环境，二维CAD图纸可以记录产品、方案的具体参数，方便后续的实施。在展示时适合用三维场景显示，展示效果好；在交付方案或产品设计的时候，适合用二维CAD图纸记录显示。如图5所示为一个产品或方案的二维CAD的DXF格式文件和三维场景的JSON格式文件，记录的信息不同，需要通过转换，以CAD或三维模型场景的方式进行显示。

为了做到三维场景与二维图纸的互相转换，本发明公开了一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，包括：

三维转二维：把三维场景数据以JSON格式传给CAD解析系统处理；遍历三维场景数据中的设备数据，找到对应的CAD标准图块的数据，根据设备数据处理CAD图块；把所有设备处理后产生的CAD图块按照DXF组码的方式写入到DXF文件中，形成场景二维图纸；

二维转三维的过程就是：搭建好三维场景后，把场景数据以JSON格式传给CAD解析系统处理。场景数据中包含这个场景的所有设备信息，每个设备又有大小、坐标、旋转、缩放等信息。后端拿到三维场景数据后，遍历其中的设备，首先根据设备的id，到数据库中找到对应的CAD标准图块，然后根据三维设备的信息，把该设备的坐标，旋转等信息解析后写入到DXF文件中，一些特殊的模型，例如轨道，会有特殊处理。遍历完毕后的DXF文件就是最终转换出的二维图纸文件。最后生成的DXF文件会上传到云端的文档中心，供用户下载。特别的，如果三维场景距离上次保存以来没有变动过，则会直接下载上一次生成的二维图纸，无需重新生成。

二维转三维：将场景二维图纸的DXF文件作为输入信息，通过文件IO接口代码读取DXF文件内容，解析组码信息；根据解析形成JSON格式的场景数据；基于JSON格式的场景数据中的设备信息，找到对应设备的三维模型信息；并渲染出对应的三维模型场景。

二维转三维的过程就是：把DXF文件的内容翻译成3D系统能够读取的JSON格式。将DXF文件作为输入信息，通过系统相关的文件IO接口读取DXF文件内容，遍历其中的设备信息，写入到JSON格式的文件中，返回给3D系统，3D系统根据JSON的中设备信息，到数据库中找到对应的设备的三维模型，处理设备的坐标、旋转等信息后，在3D模拟方案设计系统渲染出对应的三维模型场景。

如图1所示，三维场景转二维图纸的具体流程：搭建三维场景，导出二维图纸，判断场景数据是否存在；若已经存在该场景数据，获取云端的DXF文件，通过文件流返回给浏览器供用户下载；若场景数据不存在，解析场景JSON数据；

进一步判断是否是特殊设备；若不是特殊设备，到数据库中找到三维模型对应的二维图块；若存在对应的二维图块，处理图块的坐标，缩放、旋转；若不存在对应的二维图块，使用系统提供的默认二维图块，处理图块的坐标，缩放、旋转；

若判断属于特殊设备，进一步判定是否是轨道；若是轨道，算法解析成DXF，可以输出的曲线；若不是轨道，进一步判断是否是货架；若是货架，根据设备的货架信息，动态生成货架；若不是货架，使用系统提供的默认二维图块；在完成算法解析成DXF可以输出的曲线、根据设备的货架信息动态生成货架，以及完成处理图块的坐标、缩放、旋转后，分别写入空白的DXF文件中；DXF文件上传到云端存储；通过文件流返回给浏览器供用户下载。

在CAD解析系统中有两个标准库，一个是三维模型标准库，用于保存设备的标准三维模型；另一个是二维图纸标准库，用于保存三维模型对应的二维标准CAD图块。在系统中把对应的三维模型和二维图块关联起来，使用数据库把二者的关系保存下来，方便后续转换时调用。

在一个实施例中，公开了一种3D场景转CAD图纸的方法，具体实施步骤：

S1：在3D系统中把标准的三维模型和标准的二维CAD图块进行关联；

S2：在3D系统中采用拖拽模型的方式搭建三维场景；

S3：搭建完毕后执行导出CAD图纸，这时3D系统把三维场景的数据以JSON格式传到CAD解析系统进行处理；该JSON数据包含了三维场景中所有的设备；每个设备又有设备的id、坐标、长宽高、缩放、旋转、平面号、所在楼层等信息；

S4：CAD解析系统接收到场景数据后，先对JSON数据进行MD5编码，然后对比数据库中是否存在对应的场景数据，如果存在，则直接返回已经解析过的DXF文件供用户下载，否则开始遍历场景中的设备数据；

S5：拿到设备数据，首先根据设备类型判断是不是特殊模型，如果不是特殊模型，就根据设备id去数据库中查出该设备对应的标准CAD图块，然后根据设备信息处理CAD图块；具体处理方法如下：

S5.1：若出现设备id无法正确匹配到标准CAD图块的情况，则使用预先设置的默认图块进行绘制；

S5.2：若有标准模型，首先处理CAD图块的坐标；由于三维场景的坐标分为x，y，z三个轴，而且三维系统中的z轴，在二维平面上是y轴，所以先对三维设备的y轴坐标和z轴坐标进行调换，然后通过DXF组码的形式把三维设备的xyz坐标数据赋值给二维设备CAD图块。有时候模型的位置与图纸有误差，这是因为图纸上模型的中心并不是三维模型的几何中心导致的，在读取设备信息后根据设备的长宽来重新计算图形中心，从而解决位置误差的问题。图形中心重新计算的方法是获取图形的最大和最小x轴坐标以及最大和最小y轴坐标，分别记作xMax、xMin、yMax、yMin，设图形中心的坐标(xCenter，yCenter)，设x方向的水平长度为xLength，y方向的垂直长度为yLength，

xLength＝xMax-xMin

yLength＝yMax-yMin

获得了图形中心的坐标：

xCenter＝xMin+xLength/2

yCenter＝yMin+yLength/2

然后处理模型的缩放，设备信息中会存有xyz轴上的缩放值，CAD图块需要把对应的长宽高乘以对应坐标轴上的缩放值即可完成图块的缩放；

S5.3：通过设备的z轴高度判断当前设备是否高于地面，因为在二维图纸中不同高度的设备都在同一个平面上，转为三维模型场景的时候需要准确地展示模型的高低差，本发明会对当前设备的楼层高度写入到CAD图块的额外属性中，方便转换卫三维场景时使用；

S5.4：如果是特殊设备货架这种需要动态生成多层多列的模型，它的层数和列数每次都不同，则需要使用基本的图元进行绘制，3D系统数据传货架的高度、列数、立柱宽度，每个货位的长宽即可通过组装多边形LwpolyLine图元来生成货架的CAD图块；

S5.5：如果是特殊设备中的弯曲轨道，其中曲线的计算，通过三个点计算凸度的方法来解决，需根据轨道设备信息中包含的曲线的起点，终点和圆心三个点，通过计算得到曲线的凸度，使用DXF提供的组码，即可在DXF文件中画出对应的曲线轨道。

其中，凸度的计算公式为：设起点p1(x1，y1)，终点p2(x2，y2)，圆心p(x，y)，b为中间量，bulge为凸度，根据AutoCAD对凸度的定义：

x＝(x1+x2-(y2-y1)*b)/2

y＝(y1+y2+(x2-x1*b)/2

b＝(1/bulge-bulge)/2

得到：

b＝(x1+x2-2*x)/(y2-y1)

S5.6：根据设备所在楼层的信息，对同一层楼的设备进行分组，方便后续在CAD图纸上拖拽整层楼，分组的方式时使用DXF组码，对相同楼层的设备赋予同一个分组组码；

S5.7：最后把所有设备处理后产生的的CAD图块按照DXF组码的方式写入到DXF文件中形成一个完整的场景二维图纸；

最后生成的二维图纸会通过网络文件流的方式上传到云端的文档中心提供下载。

如图2所示，二维图纸转三维场景流程：文件IO接口读取DXF文件，逐行解析DXF组码内容；判断是否是BLOCK；若判断是BLOCK，解析DXF文件中的BLOCK段内容；处理BLOCK的图形中点和属性；设备属性写入到空的JSON文件中；

若判断不是BLOCK，进一步判断是否是ENTITY；若不是ENTITY，跳过，不做解析；若是ENTITY，解析ENTITY段中的数据；根据图元类型调用对应的处理方法；读取ENTITY段中的insert内容，获得坐标、旋转、缩放等内容；设备属性写入到空的JSON文件中；JSON数据返回到3D设计中心进行渲染。

在一个实施例中，公开了一种CAD图纸转3D场景的方法，具体实施步骤：

S10：通过文件IO接口代码读取DXF文件，解析组码信息；组码信息一般为两行一组，第一行标识组码的含义，第二行标识组码的具体值。在代码中每次读取两行数据，以键值对的形式分析组码的意义，DXF文件中含有大量与模型无关的数据，例如文字格式、线型、视图高度等，在解析的时候，不考虑这些数据的解析；

S20：在解析时分成对Block段组码和Entity段组码进行解析，Block翻译为“块”，是对多种图元组合在一起形成的图形的称呼；Block段以“BLOCKS”关键字为起始，以“ENDBLK”为中止，中间包含复数块的信息，每个块有单独使用组码0标记；每个块中包含设备id的值，该值与数据库中的标准模型有一一对应关系，通过这个id，3D模拟方案设计系统系统可以找到对应的三维模型；

S30：块的属性中读取到组码330，其值是Entity的id，这个是用来关联Entity图元，代表这个块使用到哪些具体的图元，块中还有自定义的一些模型属性，例如：备注信息等，循环以上操作把所有块的属性对应读取出来，组装到JSON数据中，块部分的数据解析就完成；

S40：Entities翻译为“图元”，是一些基础的图形，一个或多个Entity可以组成一个Block；由于图元多种多样，会根据具体图形，拆分出多种图元对象；图元部分数据，以组码0为键，值为ENTITIES；读取到以上键值对的时候，进行Entity解析；解析后把坐标、旋转、形变、自定义属性等数据写入到JSON数据中；

S50：重复以上步骤，把所有的BLOCK和ENTITY、全部解析完；最终形成一个JSON格式的场景数据返回到3D系统进行三维展现。

S60：在进行三维渲染时，若无法找到对应的三维模型，3D系统提供一个默认的三维模型进行渲染并提醒用户缺失三维模型，保证页面能够正常渲染。

本发明解决了不同工程师绘图技能水平不同导致绘图无法标准化的问题，通过对CAD块做标准模块化处理，每种模型都有自己的CAD图块，用关系型数据库管理三维模型与二维图块的对应关系，生成的CAD图纸业避免了程序读取线段产生的误差。这样的许多模型再组装成一组场景JSON字符串数据，然后传输到网页端，网页端再根据场景数据进行三维场景的渲染。绘制CAD图纸的时候，使用预先设置好的标准图块进行绘制，有利于绘图的标准化，提高绘图效率。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，包括：

三维转二维：把三维场景数据以JSON格式传给CAD解析系统处理；遍历三维场景数据中的设备数据，找到对应的CAD标准图块的数据，根据设备数据处理CAD图块；把所有设备处理后产生的CAD图块按照DXF组码的方式写入到DXF文件中，形成场景二维图纸；

二维转三维：将场景二维图纸的DXF文件作为输入信息，通过文件IO接口读取DXF文件内容，解析组码信息；根据解析形成JSON格式的场景数据；基于JSON格式的场景数据中的设备信息，找到对应设备的三维模型信息；并渲染出对应的三维模型场景。

2.根据权利要求1所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，在三维转二维中，处理CAD图块的方法，包括弯曲轨道的曲线计算，采用三个点计算曲线凸度：设轨道设备信息中包含的曲线起点p1(x1，y1)、曲线终点p2(x2，y2)、曲线圆心p(x，y)，b为中间量，bulge为曲线凸度，根据AutoCAD对凸度的定义：

x＝(x1+x2-(y2-y1)*b)/2

y＝(y1+y2+(x2-x1*b)/2

b＝(1/bulge-bulge)/2

得到：b＝(x1+x2-2*x)/(y2-y1)

曲线凸度

3.根据权利要求1或2所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，处理CAD图块的方法，包括：

处理CAD图块的坐标：先对三维设备的y轴坐标和z轴坐标进行调换，然后通过DXF组码的形式把三维设备的xyz坐标数据赋值给二维设备CAD图块；在读取设备信息后，根据设备的长宽来重新计算图形中心；

处理CAD图块的缩放：把CAD图块对应的长宽高，乘以设备信息中的xyz轴上的缩放值；处理设备高度；通过设备的z轴高度判断当前设备是否高于地面，将设备楼层高度写入到CAD图块的额外属性中；

处理需要动态生成多层多列的模型：使用基本的图元进行绘制，每个模型的长宽通过组装多边形LwpolyLine图元来生成模型的CAD图块；

处理同一层楼的设备：根据设备所在楼层的信息，对同一层楼的设备进行分组，分组的方式：使用DXF组码，对相同楼层的设备赋予同一个分组组码。

4.根据权利要求3所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，图形中心重新计算的方法：

获取图形的最大和最小x轴坐标以及最大和最小y轴坐标，分别记作xMax、xMin、yMax、yMin，设图形中心的坐标(xCenter，yCenter)，设x方向的水平长度为xLength，y方向的垂直长度为yLength，

xLength＝xMax-xMin

yLength＝yMax-yMin

得到图形中心的坐标(xCenter，yCenter)

xCenter＝xMin+xLength/2

yCenter＝yMin+yLength/2。

5.根据权利要求1或4所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，CAD解析系统接收到三维场景数据后，先对三维场景数据进行MD5编码，然后对比数据库中是否存在对应的三维场景数据，若存在，直接返回已经解析过的DXF文件供用户下载，否则开始遍历三维场景中的设备数据。

6.根据权利要求1或4所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，所述三维场景数据包括：场景的所有设备信息，每个设备信息包含设备的id、大小、坐标、旋转、缩放、平面号。

7.根据权利要求1或4所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，在遍历三维场景数据中的设备数据时，若出现设备型号无法正确匹配到CAD标准图块，使用预先设置的默认图块进行绘制。

8.根据权利要求1所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，在二维转三维中，解析组码信息包括解析Block段组码和解析Entity段组码；解析Block段组码：读取Block段组码，获得与数据库中的标准模型有一一对应关系的设备id的值，以及自定义的模型属性。

9.根据权利要求8所述的基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化方法，其特征在于，解析Entity段组码：根据具体图形，拆分出多种图元对象，每种图元对象负责对自己图元的解析和组装；读取Entity段组码，获得坐标、形变、自定义属性信息。

10.一种基于DXF文件技术的三维模型场景数据与CAD图纸的快速转化装置，其特征在于，包括：CAD解析系统、3D系统和关系型数据库；所述CAD解析系统包括三维模型标准库和二维标准CAD图块，对CAD图块进行标准模块处理：所述关系型数据库，用于管理三维模型与二维图块的关联关系，并存储；所述3D系统，用于搭建、渲染三维模型场景，解析组码信息。

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