图形数据转换方法研究与比较

【摘 要】现在许多行业用到绘图软件，如建筑、机械、电气等，为了提高工作效率，常常需要将两种图形进行相互转换，本文综合介绍了四种图形数据之间的转换方法，并对这四种方法进行了研究与比较，分析了每种图形转换方法的优缺点，为需求者提供了选择图形转换方法的依据。

【关键词】数据转换；直接数据访问；空间数据互操作；数据共享

0.引言

现今随着计算机的普遍应用，图形处理软件的使用日益广泛，出现了针对不用性能、不同需求的图形处理软件，这些软件很少为彼此提供交互接口[1]。虽然一些实力雄厚的图形处理软件公司积极地开发平台接口，提供基于平台的转换功能，但是大部分图形软件间不能直接进行数据交换。即使是具有这种功能的图形处理软件，也是根据对该软件的个人理解，为特定的用户，特定的应用目的设计的数据模型或数据结构。不同的图形软件自成体系致使图形处理软件领域局部有序但是整体无序。

图形数据不同于事务管理数据，事务管理数据也称属性数据，有几种固定的数据模型。在关系数据库管理系统中，数据的转换问题相对简单，因为系统会提供读写数据的函数，但是由于对图形对象的理解不同，导致它们的表达、定义以及存储方式的差异，使得图形数据转换难度极大，因此在图形软件系统开发中，解决多种图形格式间数据的转换已成为重要问题，当前实现图形数据共享的模式主要有直接数据访问模式、空间数据互操作模式、空间数据格式转换模式、图形数据共享平台四种[2]，下面对这四种图形数据共享模式进行详细介绍。

1.直接数据访问模式

直接数据访问模式是指将一个图形软件系统的内部数据文件直接转换成另外一种图形软件系统的内部数据文件（如图1所示），使用一个图形软件，用户就可以存取多种数据格式。直接数据访问的优势有，在用户不具有某数据格式的宿主软件时，就可以在某一个图形软件中访问其他图形软件的数据格式，并且不需要运行宿主软件，这种方法还避免了冗繁的数据交换，由此可知，直接数据访问是一种较为经济实用的多源数据共享模式。

在本质上，直接存取方法也是一种数据转换的方法，图形软件系统直接读取不属于本系统格式的空间图形数据时，事实上这也是一个数据转换的过程[3]。

2.空间数据互操作模式

OGC制定了数据互操作模式（如图2所示）规范来解决一种图形软件无法直接操纵其它图形软件的数据这一问题，也就是需要经过数据转换来实现。图形软件互操作模式是指在图形软件的用户相互理解的基础上，分布计算和异构数据库的情况下能够透明的获取所需要的信息。在OGC颁布的规范中，把提供数据源的软件叫做数据服务器（Data Server），把使用数据的软件叫做数据客户（Data Client），发出数据请求并由数据服务器提供服务的过程就是数据客户使用某数据的过程，它的最终目的就是使数据客户能够读取由任意数据服务器提供的空间数据。OGC规范是基于Microsoft的OLE/COM、OMG的CORBA和SQL等，为实现不同平台之间客户端与服务器的服务和数据请求提供了一个统一的协议。OGC规范得到了ISO和OMG的承认，逐渐成为一种国际标准，被更多的研究者和图形软件系统所接受和采纳，但是目前还没有商业化的图形软件完全支持这种规范[4]。

3.空间数据格式转换模式

空间数据格式转换模式是指直接读写其它图形软件的外部格式、由它转换的标准格式以及内部格式，这是一种间接的数据交换方式，经专门的数据转换程序将一种数据格式进行格式转换后，存储到当前系统的文件或数据库中[5]。

在空间数据格式转换模式中，各个图形系统间的数据一般需要经过两次或者三次转换（如图3所示）。从图形系统M到N，首先需要从M的内部数据转换到它的外部交换文件，然后分为两种情况：第一种如果N图形系统能够直接读M图形系统的外部交换文件，则可由图形系统M的外部交换文件直接转换为图形系统N的内部数据，此时共需要转换两次；第二种情况为N图形系统无法直接读M图形系统的外部交换文件，那么需要完成两次转换，首先由图形系统M的外部交换文件转换为图形系统N的外部交换文件，再由N的外部交换文件转换为它的内部数据文件，此时共经过三次转换。

因为图形软件系统繁多，它们不可能为所有商用图形软件提供读写外部数据文件的程序。为了标准、科学的进行空间数据交换，很多组织制定了空间数据交换标准，如欧洲DGIwG的数字图形信息交换标准（DIGEST），美国的空间数据交换标准（SDTS）等，我国也制定了相应的空间数据交换格式标准（CNSDTF）[5]。有了这些标准，每个系统都提供读写该标准空间数据格式的程序，数据转换仅需两次，避免了大量的编程工作，如图4所示。

4.图形数据共享平台

图形数据共享平台采用C/S结构。一个部门的每个应用软件模块和全部的图形数据都共享一个平台，每个应用软件都有一个Client端的程序，全部的图形数据都存储在Server上，通过这个平台向Server中存取数据。这种体系结构的优点是避免了数据的不一致性问题，因为任何应用程序所做的数据更新都会及时的反映到数据库中[6]。

5.图形数据转换方法比较

直接数据访问模式采用直接存取的方法，在实现时会出现数据表达歧义性和精度损失的情况，这是直接数据访问模式实现图形数据共享时存在的弊病[3]。

空间数据互操作模式将图形软件带入开放时代，它为数据交换方法提供了新规范和新思路，为空间数据共享以及集中式管理提供了操作依据。

但是在应用时，这种转换方法有一定的局限性：

（1）在一定时期内无法实现每种格式的宿主软件全部按照统一的规范实现数据访问接口，但这是实现图形格式数据间互操作的前提。

（2）用户必须同时安装这两种图形处理软件，并同时运行才能完成数据互操作过程。

（3）OGC标准考虑更多的是采用了OpenGIS协议的空间数据客户软件和空间数据服务软件，对于那些大量历史存在的非OpenGIS标准的空间数据格式的处理方法仍然缺乏标准的规范，而从目前来看非OpenGIS标准的空间数据格式依旧占据已有数据的主体。

（4）图形软件存储了不同的空间信息导致API函数提供的信息可能是最小的。

（5）一般情况下图形软件间操纵的数据不包含工程数据，该数据仍然由其自身系统进行管理，导致了数据的不一致性问题的出现[4]。

空间数据格式转换模式中的图形数据转换标准在一定程度上解决了不同数据格式间缺乏统一空间数据描述基础的问题，但是两种图形数据间的转换必须经过从源图形数据到标准空间数据，再由标准空间数据到目标图形数据间的两次转换才能完成，这样可能会增加磁盘荷载，产生大量的冗余数据，因此这种转换方法也有它的局限性[5]。

图形数据共享平台虽然是一种比较好的空间数据共享模式，但是目前实现起来十分困难。由于现在的图形处理软件非常多，每一种图形软件都不想失去自身的底层，去采用一个公共的平台。只有当某个图形软件的底层Server绝对优于其它系统，并且该Server又管理着大量的基础数据时，才有可能实现共享平台[6]。

对以上四种图形转换方法进行研究比较之后发现，直接数据访问模式与现实的资金条件和技术条件相符，在具体的工程应用中具有现实性和可操作性；空间数据互操作模式为数据交换方法提供了新规范和新思路，但是这种方法的要求比较高，局限性比较大；空间数据格式转换模式产生了大量的冗余数据，增加磁盘荷载；图形数据共享平台是实现数据共享较为理想但实现难度较大的方式。

参考文献：

[1]黄建梅.基于深度图像的快速反求系统数据处理技术的研究[D].哈尔滨理工大学，2005.

[2]汲旭生.空间数据交换格式的设计思想和原则[J].测绘与空间地理信息，2009（3）：76～77.

[3]杨灿.电子政务系统的空间数据安全交换体系研究[J].信息网络安全，2011（5）：83～84.

[4]张蓓等.船舶设计制造中的数据转换标准研究[J].中国造船，2009（3）：23～25.

[5]奚凌云.基于ArcGIS Data Interoperability的空间数据格式转换[J].徐州工程学院学报，2009（3）：55～56.

[6]郭敏.基于Arcobjects的GIS数据转换研究[D].西安科技大学，2009.

作者简介：

王丽丽（1987-），女，硕士研究生，克拉玛依职业技术学院，主要研究方向：数据挖掘与智能系统。