線切割機(jī)實現(xiàn)切割漢字的自動編程技術(shù)
| 1 引言 隨著現(xiàn)代計算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展，人們?yōu)榫€切割機(jī)裝備了基于PC機(jī)且功能愈來愈強(qiáng)大的編程和控制系統(tǒng)，使線切割機(jī)的應(yīng)用技術(shù)不斷有新的發(fā)展。編程控制系統(tǒng)的發(fā)展是線切割加工技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。對編程系統(tǒng)來講，先是通過專用語言對待加工零件進(jìn)行描述，然后轉(zhuǎn)化為切割指令實現(xiàn)自動編程，后又把CAD技術(shù)引入編程中，從而實現(xiàn)了圖形式輸入方式，大大提高了編程效率和質(zhì)量；在控制技術(shù)上，則從早期的開環(huán)控制過渡到了檢測多個加工狀態(tài)參數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)乃至模糊控制系統(tǒng)。 但直到現(xiàn)在，線切割機(jī)的應(yīng)用范圍還主要限制在機(jī)械零部件及模具的加工上，在線切割機(jī)上實現(xiàn)切割漢字可以說是一個空白。針對我國的國情，實現(xiàn)對漢字的切割既有現(xiàn)實的市場需求，又有廣闊的應(yīng)用前景。 在線切割機(jī)上進(jìn)行加工，首先要通過編程系統(tǒng)將待加工零件轉(zhuǎn)化為切割指令。為此要實現(xiàn)切割漢字的功能，也必須將要切割的漢字字形輪廓轉(zhuǎn)化為切割指令。本文將從幾個方面具體講述在Windows操作系統(tǒng)的PC平臺上，從TrueType字庫中提取漢字字形輪廓，并將其轉(zhuǎn)化為切割指令的自動編程技術(shù)。 2 字形輪廓的提取 要實現(xiàn)切割漢字首先要獲得漢字字形輪廓，這涉及到如何從字庫中提取漢字字形輪廓的問題。漢字的字體根據(jù)其實現(xiàn)形式的不同可分為點陣字體、矢量字體及TrueType字體等幾種。其中使用最廣泛的為TrueType字體，與其他字體相比，TrueType字體具有明顯的優(yōu)點： (1)它使用直線和曲線對字符進(jìn)行描述，具有放大和縮小不變形的特點； (2)具有處理速度快及與設(shè)備無關(guān)的特點； (3)它是Windows系統(tǒng)所使用的最廣泛的字體，因而Windows提供了大量的API函數(shù)來支持和處理這種字體，利用這些函數(shù)可方便地對TrueType字符進(jìn)行各種處理，如旋轉(zhuǎn)、變形等。 在TrueType字體中，字形輪廓是由一些直線和曲線的集合及一些對字體的描述信息所組成，這些直線和曲線定義了TrueType字體及符號的外形輪廓，而那些字體的描述信息則用來控制和調(diào)整直線的長度和曲線的形狀，主要用來調(diào)整字形輪廓尺寸，使用這些描述信息可對TrueType字體或符號在保持其原始形狀的情況下進(jìn)行放大、縮小等處理。 Windows提供了許多函數(shù)來處理TrueType字體，其中與提取字形輪廓有關(guān)的最主要的函數(shù)為GetGlyphOutline，它可用來提取被選擇到指令設(shè)備環(huán)境(如內(nèi)存、顯示設(shè)備等)的字符的輪廓或位圖。在Windows API中，GetGlyphOutline函數(shù)聲明如下： DWORD GetGlyphOutiline( HDC hdc,∥設(shè)備環(huán)境的句柄 UINT uChar,∥所要查詢的字符 UINT uFormat，∥所要返回的數(shù)據(jù)類型 LPGLYPHMETRICS lpgm,∥指向字符規(guī)格結(jié)構(gòu)的地址 DWORD cbBuffer,∥數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小 LPVOLD lpvBuffer,∥數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址 CONST MAT2*lpmat2,∥變換矩陣結(jié)構(gòu)的地址)； 其中的主要參數(shù)說明如下： uChar:指定所要查詢的字符，對漢字來說是指漢字的編碼，如：GB-2312和Unicode等編碼。 uFormat：指定函數(shù)所要提取的數(shù)據(jù)的格式，可取下面一些值：GGO_ITMAP、GGO_NATIVE、GGO_METRICS、GGO_GRAY2_BITMAP、GGO_GRAY4_BITMAP、GGO_GRAY8_BITMAP。 對于提取字符的字形輪廓來說，由于只需得到字形輪廓的二值圖象，不用得到灰度圖象，因此uFormat參數(shù)可取兩個值：GGO_BITMAP、GGO_NATIVE。如取GGO_BITMAP，函數(shù)將返回字符的字形輪廓位圖；取GGO_NATIVE，函數(shù)將返回用來描述字符外形輪廓的曲線的點的數(shù)據(jù)，使用的單位是字體設(shè)計的單位，如uFormat參數(shù)取值為GGO_NATIVE，則任何lpmat2參數(shù)指定的變換矩陣將被忽略。由于可能需對提取出的字形輪廓作一定的變換處理(如：放大、縮小、旋轉(zhuǎn)及改變縱、橫比等)，將參數(shù)uFormat的值設(shè)置為GGO_NATIVE。 調(diào)用GetGlyphOutline，函數(shù)將返回一系列的折線和樣條曲線，返回的折線和曲線的信息存儲在一個 TTPOLYGONHEADER結(jié)構(gòu)及緊隨其后的多個TTPOLYCURVE結(jié)構(gòu)中，這些信息主要為描述折線和曲線所需的點的坐標(biāo)，要描述字形輪廓須使用這些信息。上述兩個結(jié)構(gòu)中所有的點都以POINTFX結(jié)構(gòu)形式返回，這些點描述的是絕對位置而不是相對位置。要描繪一個TrueType字符的字形輪廓，須同時使用折線和曲線。TTPOLYGONHEADER結(jié)構(gòu)中的pfxStart成員返回字形的封閉輪廓的起始點，也是封閉輪廓的終止點。 下面對其中幾個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作簡要的說明。 其中，TTPOLYGONHEADER結(jié)構(gòu)指定一個TrueType字符的字形輪廓的起始點及該輪廓的類型(直線或曲線)。其定義為： typedef struct_TTPOLYGONHEADER{//ttph DWORD cb; DWORD dwType； POINTFX PfxStart; }TTPOLYGONHEADER,FAR.LPTTPOLYGONHEADER； 其中成員cb指定描述字形輪廓的TTPOLYGONHEADER結(jié)構(gòu)和TTPOLYCURVE結(jié)構(gòu)所需的字節(jié)數(shù)；dwType字符的輪廓類型；pfxStart指定輪廓的起始點。 TTPOLYCURVE結(jié)構(gòu)中包含了TrueType字符中有關(guān)字形輪廓曲線的信息。其定義為： typedef struct tagTTPOLYCURVE { // ttpc WORD WType; WORD Cpfx; POINTFX apfx ［1］; } TTPOLYCURVE,FAR*LPTTPOLYCURVE； 其中成員wType指定TTPOLYCURVE結(jié)構(gòu)所描述的曲線類型，可有兩個取值；TT_PRIM_LINE和TT_PRIM_OSPLINE，分別代表曲線是折線和B樣條曲線；cpfx指定數(shù)組中POINTFX結(jié)構(gòu)的數(shù)目；apfx指定一個確定折線或者B樣條曲線的POINTFX結(jié)構(gòu)類型的數(shù)組。 POINTFX結(jié)構(gòu)中包含用來描述TrueType字符字形輪廓的點的坐標(biāo)，其定義為： typedef struct tagPOINTFX { // ptfx FIXED X; FIXED Y; } POINTFX, 其中X和Y分別代表點的橫、縱坐標(biāo)。 在調(diào)用GetGlyphOutline函數(shù)得到描述字形輪廓的數(shù)據(jù)后，要將其描繪出來還需調(diào)用繪制直線和曲線的函數(shù)。一個TrueType字符由折線和二次樣條曲線描繪而成，調(diào)用GetGlyphOutline函數(shù)返回了描繪這些折線和曲線所需的點的有關(guān)信息，這些信息存儲在TTPOLYGONHEADER和TTPOLYCURVE結(jié)構(gòu)中，根據(jù)其中的成員wType所指定的不同值，來調(diào)用Windows API所提供的相關(guān)繪制折線和樣條曲線的函數(shù)，即可繪制出字符的字形輪廓。在繪制時還可根據(jù)需要對字形輪廓進(jìn)行各種處理，如放大、縮小、旋轉(zhuǎn)及改變字符的縱橫比等。圖1顯示了采用以上方法提取的“電”字的字形輪廓。
圖1 “電”字的字形輪廓 還有一個需解決的問題是如何獲得漢字編碼的問題。通常漢字是以字符串的形式輸入計算機(jī)的，要調(diào)用GetGlyphOutline函數(shù)得到某一漢字的字形輪廓，還須得到該漢字的編碼(一般指GB-2312編碼，在Windows NT和Windows 2000下可使用Unicode編碼)，用來指定GetGlyphOutline函數(shù)中的uChar參數(shù)，這就需進(jìn)行由字符串到漢字編碼的轉(zhuǎn)換。下面給出了用Delphi實現(xiàn)的由漢字字符串到漢字的GB-2312編碼的轉(zhuǎn)換函數(shù)，該函數(shù)的輸入?yún)?shù)為字符串的形式的單個漢字，返回值為輸入?yún)?shù)漢字的GB-2312編碼。
圖2 未經(jīng)編輯處理時線切割機(jī)所能加工的“電”字字形輪廓
圖3 編輯處理后線切割機(jī)所能加工的“電”字字形輪廓 因為我們只需標(biāo)識字形的邊界輪廓，因此將其轉(zhuǎn)化為二值圖象即可。將字形輪廓轉(zhuǎn)化為二值圖象，也就是將其轉(zhuǎn)化為一個用矩陣表示的象素點圖象，矩陣中的每一位都是二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)該位為1時表示字符的筆劃經(jīng)過此位，該位為0時表示字符的筆劃不經(jīng)過此位。因為只要分辨出某點為0還是1，因此每個點只要用一位二進(jìn)制數(shù)表示即可，這樣1個字節(jié)就可以表示8個象素點，但為方便敘述本文采用以1個字節(jié)表示1個點來進(jìn)行說明。 |
