基于WPF的交互式繪圖系統的開(kāi)發(fā)

交互式繪圖系統是指能為用戶(hù)提供交互式操作支持，使用戶(hù)通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)和手寫(xiě)筆等在圖形終端上輸入數據和圖形信息，進(jìn)行繪圖，并對生成的圖形進(jìn)行修改、編輯等操作，設計完成后，保存設計結果，最終在顯示屏或其他外部設備上進(jìn)行圖形輸出的一整套設計及其應用軟件，在CAD、辦公自動(dòng)化和其他領(lǐng)域得到了非常廣泛的應用?，F有繪圖軟件繪制復雜圖形時(shí)會(huì )占用大量CPU，消耗大量?jì)却?，從而導致界面失去響應?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/WPF">WPF是一個(gè)新的編程模型，與傳統GDI/GDI+繪圖模型相比，WPF將CPU和GPU分開(kāi)來(lái)利用，由于GPU的浮點(diǎn)計算能力遠高于CPU,從而保證了大量計算的優(yōu)先性，同時(shí)也能最小化CPU 使用率。WPF以DirectX作為核心繪圖函數，DirectX繪圖速度高于GDI/GDI+，能產(chǎn)生更好的視覺(jué)效果。對于需要大量浮點(diǎn)運算的圖形圖像來(lái)說(shuō)， WPF是一個(gè)很好的選擇。本文介紹了在VS2008環(huán)境下，以WPF為平臺，用C#編寫(xiě)開(kāi)發(fā)的一個(gè)交互式圖形系統。
1交互式繪圖系統的設計
1.1 系統的功能設計
基于WPF的交互式繪圖系統主要由輸入單元、基本繪圖單元、圖元編輯單元、圖元修改單元、屬性設置單元、輸出單元組成。系統模塊結構圖如圖1所示。

本系統實(shí)現了以下功能：
(1)基本圖形元素（點(diǎn)、直線(xiàn)、折線(xiàn)、圓形、圓弧、橢圓、矩形、多邊形、B樣條、閉合B樣條）以及文本的動(dòng)態(tài)繪制與生成功能；
(2)編輯修改功能：對象的拾取、刪除、復制、鏡像、陣列、移動(dòng)、旋轉、填充、裁剪，平移縮放視圖，測量封閉區域的面積；
(3)屬性的設置：包括對圖元的圖層、線(xiàn)型、線(xiàn)寬、顏色；系統的背景色，文字的高度等屬性進(jìn)行設置；
(4)圖形數據文件的讀取、保存、打印等操作。
1.2 開(kāi)發(fā)平臺的選擇
目前Windows環(huán)境下的圖形程序接口主要有GDI/GDI+、Direct3D、OpenGL、WPF四種。GDI/GDI+通常是一個(gè)靜態(tài)的顯示系統，只有有限的動(dòng)畫(huà)支持，此外GDI/GDI+只支持二維圖形開(kāi)發(fā)。OpenGL是一個(gè)開(kāi)放的三維圖形軟件包，由于它是圖形的底層圖形庫，沒(méi)有提供幾何實(shí)體圖元，不能直接用以描述場(chǎng)景。Direct3D以COM接口形式提供，所以較為復雜，穩定性差。WPF是微軟新一代圖形系統，運行在.NET Framework 3.0架構下。WPF 的核心是一個(gè)與分辨率無(wú)關(guān)并且基于向量的呈現引擎，旨在利用現代圖形硬件的優(yōu)勢來(lái)最小化 CPU 使用率。在WPF中，底層的圖形技術(shù)不再是GDI/GDI+，而是DirectX。
WPF在圖形與界面開(kāi)發(fā)方面,主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢[1]：
(1)豐富的繪圖模型與文本模型。不同于以往的逐個(gè)像素的繪制，在WPF中可以直接處理基本形狀、文本框以及其他UI元素。
(2)獨立的圖形解析。WPF 圖形系統的基本度量單位是與設備無(wú)關(guān)的像素，它等于1英寸的 1/96。不管實(shí)際的屏幕分辨率是多少，每個(gè)與設備無(wú)關(guān)的像素都會(huì )自動(dòng)縮放，以符合呈現該像素的系統上的每英寸點(diǎn)數 (dpi) 設置。
2交互式繪圖系統的實(shí)現
2.1 系統的功能界面
交互式繪圖系統的界面窗口主要由標題欄、菜單欄、工具欄、繪圖區、工具箱、消息框和狀態(tài)欄組成，如圖2所示。

2.2 系統的功能實(shí)現
2.2.1 系統的窗口框架
　WPF包含兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的編程接口，通常使用可擴展應用程序標記語(yǔ)言 (XAML) 標記實(shí)現應用程序的外觀(guān)，而使用托管編程語(yǔ)言(代碼隱藏)實(shí)現其行為。WPF中的Menu控件、ToolBar控件、StatusBar控件、GroupBox控件、TextBox控件以及Canvas面板[2]分別構成了應用程序主窗口頂端的菜單欄、工具欄、底端的狀態(tài)欄與客戶(hù)區左邊的工具箱、下方的消息框以及繪圖區。系統使用鼠標和鍵盤(pán)輸入來(lái)繪制圖形，Canvas 面板是用于創(chuàng )建復雜繪圖的特別理想的選擇，因為它支持對其子對象的絕對定位?？蚣艽翱诘倪壿嫎?shù)簡(jiǎn)圖如圖3所示?！　?/p>

2.2.2 圖形的繪制與編輯功能
WPF提供了Shapes庫來(lái)顯示矢量圖，WPF中的基本圖形類(lèi)主要位于System.Windows.Shapes命名空間。Shape類(lèi)是所有圖形類(lèi)的基類(lèi),它定義了Stroke、StrokeThickness、Fill等通用屬性，用來(lái)繪制形狀輪廓的顏色、粗細以及形狀的內部填充。具體的圖形元素類(lèi)（Line、Path、Polygon、Polyline、Ellipse、Rectangle）都由其派生而來(lái)。2D相關(guān)類(lèi)型的層次結構圖如圖4所示。