机械图形的XML数据存储结构设计

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广东技术师范学院学报　

２００８年第６期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

机械图形的ＸＭＬ数据存储结构设计　

姚屏　姚宏２　

（１．广东技术师范学院机电学院，广东广州５１０６３５；２．邵阳学院信息与电气工程系，湖南邵阳４２２０００）　

摘　要：研究了ＸＨＬ数据的存储方法，并在比较现有的存储策略的基础上，提出了采取用户定制的方案。随之进行了　

图形关系模式的逻辑设计，进行了元数据库设计，组件库设计，并建立了ＥＲ集成模型。最后分别建立了元数据表，图形实　

体．风格属性的物理模型。通过对ＸＨＬ数据存储结构的设计能更好的发挥机械图形标记语言的潜能。　

关键词：ＸＨＬ；数据存储；元数据；组件；ＥＲ模型；物理模型　

中图分类号：ＴＦ・３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—４０２Ｘ（２００８）０６—００１１—０４　

０　引　言　

机械产品的生命周期中，辅助设计系统与其他　

阶段进行了大量的文档交换，尤其是一些图形数据，　

Ｃｏｌｌｏｍｎ模式，即将整个文档作为一块数据放人数据　

库的一个字段中．如ＣＬＯＢ或ＢＬＯＢ字段。（２）ＸＭＬ　

Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ．即拆分一个ＸＭＬ文档，将其片段放到不同　

的表中．然后根据片段问的联系建立关系　］。　

方法２适用面最广．甚至无需文档结构的定义，　

但操作起来过于复杂。方法１以树结构为基础构造关　

系图，产生的表少，但查询效率低。方法３利用了ＸＭＬ　

本身的模式。作者认为，ＸＭＬ本身只是一种元语言，　

尽管其本身的结构可能非常复杂且缺乏规律性，但　

应用在具体的领域时，可以通过文档结构的定义规　

格式往往互相独立、功能差异很大，而且依赖于专用　

软件，不能相互转换。据此，作者提出设计一种基于　

ＸＭＬ的可描述机械图形的标记语言ＭｇＭＬ（Ｍａｃｈｉｎｅ　

ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ），将图形转化为文本描　

述，实现产品数据交流共享以及数据的网络传输和　

检索［　。ＭｇＭＬ数据虽然也能以磁盘文件的方式存　

储，但随着工程数据量日益庞大，采用普通文件来存　

储复杂的且互相关联的机械图形的ＸＭＬ数据是很不　

适宜的。为了更好的实现机械图形标记语言ＭｇＭＬ的　

范其结构。因此在具体的应用环境中，方法４定制映　

射模式具有更好的适应性。对机械图形对象模型而　

言，其ＸＭＬ层数不超过三层，每层的内容均较为单　

一

潜能，本文提出利用：大容量的数据库来存储机械图　

形的ＸＭＬ数据并进行了实现。　

，

因而完全适应用户定制的映射方案。　

２图形关系模式的逻辑设计　

ＥＲ数据模型（Ｅｎｔｉｔｙ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｄａｔａ　ｍｏｄｅ１），是　

一

１图形对象的存储方法　

当前ＸＭＬ数据在关系型数据库中的保存尚无统　

一

种简单的图形技术，用来定义数据库中需要的数　

的方法，目前常见的存储策略有如下几种：　

１１用固定的ＲＤＢ模式类存储：即将ＸＭＬ树结构　

据库表、字段和关系；用实体、联系和属性的概念描　

述数据　。　

２．１元数据库设计　

分解了结点和边，构造相应的表来存放边；　

２１从ＸＭＬ实例中提取ＲＤＢ模式：对文档的实例　

数据进行分析、提取，总结出关系模式；　

３１从文档模式定义中导出模式：对ＸＭＬ模式的　

ＤＴＤ或Ｓｃｈｅｍａ中的语法进行分析、提取；　

元数据库的设计思想在于，将图形的表示规则　

及组织方式内化为数据库的记录，图形表示规范的　

变化对应于数据库记录的变化。元数据包含了ＸＭＬ　

中的ＤＴＤ或Ｓｃｈｅｍａ定义的内容，元数据库保存应用　

的标记语言或模型解析的解决方案，还是任何标记　

４）系统缺省／用户定制的模式：为大多数商业数　

架构生成信息。就这一点而言，元数据库不只是单一　

据库系统所采用。其中又分为两种情况：（１）ＸＭＬ　

基金资助：广东技术师范学院自然科学基金（０７ＫＪＹ１４）资助，广东技术师范学院教改基金资助。　

收稿日期：２００８—０１—２２　

作者简介：姚屏（１９７８一），女，广东技术师范学院机电学院讲师，主要研究领域为机电一体化；智能化制造与检测技术。　

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．

１２．　姚屏姚宏：机械图形的ＸＭＬ数据存储结构设计　第６期　

语言的解析及互相转换方案。因而在同一数据库中，　

可存放多种图形表示的模式。在软件实现上，元数据　

将可能重复用到的图形集合统一标识并存放。　

２．２．１组件库的基本模式　

库保存了不同语言或不同模型间的转换规则，使得　

解析器变得更为简单。中间层只需要导出元数据库　

中的架构数据即可实现解析，从而大大简化了解析　

及交换机制。　

首先，考虑到图块内部可能包含另一图块，而另　

一

图块又可包含更低层的图块。因此图块在整体上　

应该是树形结构。图块的构成是在各组成元素满足　

某种约束条件下的组合，如有序列等，因而设计时将　

利用该模式进行如表ｌ所示图元素的定义。其　其组合方式分离出来构成独立实体。其次，元数据库　

中，ｌｉｎｅ表示类，Ｓｎａｍｅ表示标记对象名，作为参数（可　

在实质上和组件库没有严格意义上的区别，其生成　

以规定，以￥开始的单词均表示参数），使用前替换成　规则是一致的。因而可直接使用元数据库中的生成　

实际变量　

表１　图元素定义表　

Ｔａｂ．１　Ｆｉｇｕｒｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　

规则，即物理实现时可直接使用统一的生成规则表。　

２．２．２组件库的参数化处理　

组件库的设计主要考虑两方面因素：①参数化；　

标记名　

ｌｉｎｅ　

￥ｎａｍｅ：ｌｉｎｅ　

ｃｉｒｃｌｅ　

标记ＩＤ　

ｌ　

０　

ｊ　

分类　类名　标准　

ＳＶＧ　

ＶＭＬ　

ＳＶＧ　

基本形状　线段　

基本形状　线段　

基本形状　圆　

②约束。任何图块和基本图形类（如线、圆）一样，都　

有类名，同样也有属性，参数是作为图块属性而记录　

的，图块的变化（如缩放比例、切变）可通过定义一些　

控制参数来实现。　

４　图块　箭头　ＭｇＭＬ　ａｌＴＯＷ　

图１所示是元数据库的关系模型。生成规则表示　

某个图元素的内部构成规则，通常为ＤＴＤ或Ｓｃｈｅｍａ　

片断。图元素定义主要指基本图形、图块、图层的定　

义。属性定义表示图形生成时所需要的参数，如位　

置、大小定义等。属性包括必选参数和可选参数。图　

１中Ｒｅｆ关系表示引用，每个图元素对应一个生成规　

则。Ｈａｓ关系表示所有，这里表示图元素应具有一到　

多个属性　

图３存储模型的ＥＲ图　

生成规则　Ｒｅｆ（Ｉ：ｎ）二＞　图元素定义ｈ＜　ａｓ（１　ｎ　＞—　

图１元数据库关系模型　

Ｆｉｇ．１　Ｍｅｔａ—ｄａｔａｂａｓｅ　Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｄｅｌ　

■性定义　

Ｆｉｇ．３　ＥＲ　ｐｌａｎｓ　ｏｆ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｍｏｄｅｌ　

约束是在参数化的基础上形成的一种控制机　

制。比如：虽然图块的整体比例或部分比例可以进行　

显然，元数据的核心是生成规则，而图元素类的　

定义是不统一的。在不同的ＸＭＬ标准中，类定义的记　

录是不同的。如表ｌ中，类“线段”分别对应于ＳＶＧ及　

ＶＭ　准，采用了不同的记录，而生成规则只是针对　

抽象的类“线段”　

２．２组件库设计　

任意的变化，但其变化被限定在某些范围之内的。如　

螺母和螺钉的型号就可以在一系列的标准值中进行　

选择，其外型大体相似，但比例不同，在实际应用中，　

除了预先定义的规格外，不允许其它规格的存在。图　

块的基本模式也是一样的　

因此设计时将组件定义为一种图块，在实际引　

≤　叫［　］　Ｓ　届

ｌ　．　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．＿ｊ　

用时，通过调整参数来控制其大小，通过约束将参数　

的范围限制在几个可选值之内，并且给每种变化一　

个统一标识，如螺母的Ｍ６，Ｍ８，ＭＩ２等。　

２．３　ＥＲ集成模型的建立　

图２组件库基本模式　

Ｆｉｇ．２　Ｂａｓｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｌｉｂｒａｒｙ　

组件库主要是图块的定义及存储。使用图块可　

综上所述，可以得到集成后的存储模型，该模型　

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第６期　姚屏姚宏：机械图形的ＸＭＬ数据存储结构设计　・１３・　

分为三个层次：元数据层、组件层、应用层。三个层次　

的构成及其之间的关系，如图３所示（其中Ｐａｒｔ表示构　

墨ｌ　（瞄驻面益掘量）　

成关系）。元数据层是对数据存储的数据结构本身的　

ｌ　哟　

ＧＬ！Ｄ（醐屡编号）　

ＧＢＩＤ（圈捷ＩＤ）　

ＥｌｅｍＮａｍｅ（元豢名称’　

描述，该层包括元素类型和属性类型。元素类型包括　

Ｉ　ｓｌｙｌｅＩＤ（风格引ｊ｝｛）　

Ｏ＇ｒｙｐｅ（元紊类型）　

Ｐ０　（插入点ｘ坐标）　

基本类型，如线段、圆等。属性类型规定某种元素应　

ＰｏｓＹ（插＾点Ｙ建标）　

Ｒｏｕｔ（旋转角度）　

具备的属性及可选的属性，如线段两端点的坐标值　

函Ｉ　Ｉ　ＦＰＫｔ　Ｊｌ黑　垃ｆ届性垃）　

Ｓｃａｌ￣放缩比侧１　

等。组件层处于中间层次，包括可重用的图块及图块　

Ｍ地啮｜姗　ｌ　ｌ　Ｉ　ＡｔｒｒＶａｌｕｅ（￣９＂／）　

属性的定义。图块既是根据元数据构造的实例，也是　

具体图中的元数据。基本图元不具备领域内的意义，　

ＰＫ　ｌ　Ｉ　图蛰属性缩墨ｌ　

如线段、圆等，但图块可以通过组合基本图元形成领　

ｌ　ＡｔｔｒＮａｍｅ（斌性名）　

ｌ　ＡｔｔｒＶａｌｕｅ￣属性值）　

域内有意义的实体，如螺母、齿轮等。应用层是对具　

Ｉ　ＡｔｔｒＯｒｄｅｒ（块内顺序）　

体一张图的描述，包括图形、图形元素、图形属性的　

ＰＫ　ｌ　ＢＩⅨ国敦ｌｍ　

描述。　

Ｉ　ＢｌｏｅｋＮａｍｅ（块名）　

通过这种设计方法可以在当前无统一标准的情　

ＦＫＩ　ｆ　ＰａｒｅｎｔｌＤ（父块【Ｄ）　

Ｉ　ＢｌｏｃｋＴｙｐｅ（块分荧）　

ＦＫ２　Ｉ　ＣｈｉＭＩＤ（予块ＩＤ）　Ｉ　ＰａｒａＣｏｕｍ（参数个数）　

况下保持模型的开放性。这是因为，一方面标准本身　

图ｎ５图形买体物理模型　

的完善需要不断的改进本存储模型，另一方面，技术　

Ｆｉｇ．５　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　ｅｎｔｉｔｉｅｓ　

发展可能会产生新的属性及表示方案。特别是设计　

形标记语言的转换。在图元素定义和属性定义表中，　

中将可重用组件与应用数据分离使得数据结构更清　

爨　

同样保留标记ｍａｒｋ）字段，即表示相应的ＸＭＬ标记　

晰，具体图中的ＸＭＬ表示更简洁。　

的具体形式，系统最终可根据相应的记录生成符合　

３数据库物理模型的建立　

不同标准的ＸＭＬ文件。　

这种元数据表的设计不仅使解析器更加灵活，　

３．１元数据表设计　

可适应多变的环境，同时对于画图过程中的的导航、　

元数据表主要记录图结构的定义信息及对象与　检验也具有重要的作用。　

ＸＭＬ的对应关系。元数据物理模型如图４所示。　

３．２图形实体部分　

在机械图形的对象模型中，图属于顶层对象。图　

图形实体主要是记录图形形状的基本数据，包　

对象本身也是数据库中的一个元素。图形的基本信　

括组件库和应用数据库，其物理模型如图５所示。图　

息，如作者、日期等就是其属性，考虑到其在检索方　

形的基本层次分为：图、图层、图块、基本形状等。　

面具有特殊意义，所以单独用图形信息定义表表示。　图块及图块关系表构成了组件库，主要存放机　

生成规则表主要记录图元素及其构成规则，规　

械图形中的标准件。图块只记录图块内部图元素及　

则是通过规则表达式表达。　其相互关系。图块表记录块名、块分类和参数个数，　

图元素的定义则和具体的标准相关。Ｓｔａｎｄａｒｄ字　块分类按本领域相关的规范进行。图块的控制参数　

段即表示具体的标准，￣ＩＩＳＶＧ。本架构可支持多种图　

用一关联的图块属性表来表示。由于图块可递归引　

用另一图块，因而图块本身也可构成树结构，建立图　

块关系表可有效地表示相关的数据。　

ＩｎｆｏＯｒｄｅｔ（信息项序号）　

Ｒｕ｜ｅｌＤ（规则编号）　

【ｎｆｏＮ啪ｅ借息名）　ＲｔｔｌｅＥｘｐ（规则表达式）　

图形元素表记录图层中的图块及基本形状。图　

ＩｎｆｏＴｙｐｅ（信息类型）　

Ｄ船ｃ—ｐｌ（规则描述）　

ＤａｔａＴｙｐｅ（数据类型）　

ＡＩ赴也￡厦　ｌ篮璺　

形元素表记录的是具体的机械图中的图元素．因此　

ＶａｌｕｅＲｅｓｔｒｉｃｔ（，￣约束）　

Ｄｅｆａｕ　Ｖａｌｕｅ（默认值）　ＥｌｅｍｌＤ（￣絮ｌＤ）　

必须记录图块在图中位置相关的数据．包括插入点　

ＯＳｔａｎｄａｒｄ（￥　标准）　ＡｔｔｒＮａｍｅ（属性名）　

ＥｌｅｍｌＤｆ￣ＪｌＤ）　

ＡｔｔｒＴｙｐｅ（属性类型）　

位置（Ｘ，Ｙ），旋转角度，缩放比例等。　

ＶａｔｕｅＲｅｓｔｄｃｔ（值约束１　

ＥｌｅｍＮａｍｅ（元素名称）　

ＤｅｆａｕｌｔＶａｌｕｅ（默认值）　

标记也可看成一种图块．因此和图元素一样．同　

ＥｌｅｍＴｙｐ《元素类型ｊ　

Ｄ￣ａＴｙｐｃ（数据类型）　

Ｓｌ：ａｎｄａｒｄ（标准）　

Ｓｍｎｄ￣ｄ（标准１　

样也引用图块表．即各种类型的标记可被定义成图　

Ｍａｒｋ（对应的标记）　

Ｍａｒｋ（标记）　

块存放在图块表中。考虑到大多数标记是尺寸标注、　

图４元数据模型　

公差标注和引线标注．因而提供两个点坐标．可以作　

Ｆｉｇ。４　Ｍｅｔａｄａｔａ　ｍｏｄｅ　

为尺寸标注的起点和终点坐标。若只对一个点标注，　

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．

１４．　姚屏姚宏：机械图形的ＸＭＬ数据存储结构设计　第６期　

则第二个点坐标表示标记说明部分的起始位置。　

３．３风格属性部分　

言ＭｇＭＬ￣Ｊ潜能。在后继研究工作中，将进一步对该　

存储方案及机械图形的ＸＭＬ表示方案进行不断改进　

风格是借鉴Ｗｅｂ设计中的ＣＳＳ机制。通过将多种　

和完善，使之适应机械图形交换及网络传输的需要，　

并成为一种流通的标准。　

参考文献：　

［１］姚屏．基于ＸＭＬ的机械图形标记语言的研究与开发［Ｄ］．长　

沙：中南大学，２００５．　

绘图风格属性绑定在一起。供元素引用，从而简化了　

属性的表示和存储。风格分为属性表和风格表，属性　

名和值构成了不同的风格属性。元素的风格由风格　

名称和风格类型构成，说明元素本身。　

４　、　结　

本文首先研究了机械图形的ＸＭＬ数据的存储方　

法。其次利用实体联系数据模型的相关知识。提出了　

［２］许卓明，刘琴，董逸生．基于关系数据库的ＸＭＬ存储技术评　

述［Ｊ］．计算机工程与应用，２００３，２１：１９７～２０４．　

［３］Ｆｔｉａｎ，ｅｔａ１．Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｌｔｅｒ—　

ｎａｔｉｖｅ　ＸＭＬ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ［ＥＢ／ＯＬ￣．２０００－１２－１３．ｈｔｔｐ：／／　

ｗｗｗ．ｅｓ．ｗｉｓｃ．ｅｄｕ／ｎｉａｇａｒａ／ｐａｐｅｒｓ／ｖｌｄｂｏｏＸＭＬ．ｐｄｆ．　

元数据库和组件库的设计思想。通过这种设计使整　

个系统保持开放性和广泛的兼容性。最后建立了元　

数据、图形元素、风格属性三部分的物理模型，并在　

数据库中得到了实现。这种存储方案能有效的对大　

量工程数据进行存储。更好的实现机械图形标记语　

［４］徐德智，吴敏，赖同庆．ＸＭＬ模式、查询和存储技术扫描．计　

算机工程与科学．２００３，２５（３）：２２～２５．　

［５］Ｒｙａｎ　Ｋ．Ｓｔｅｐｈｅｎｓ，Ｒｏｎａｌｄ　Ｒ．Ｐｌｅｗ．Ｄａｔａｂａｓｅ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．北　

京：机械工业出版社。２００１．３５—６８．　

ＸＭＬ　Ｄａｔａ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　

ＹＡＯ　Ｐｉｎｇ　ＹＡＯ　Ｈｏｎｇ２　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，ＧｕａｎｇＤｏｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇ　Ｚｈｏｕ　５　１　０６３５　

２．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　Ｓｈａｏｙａｎｇ　ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｏｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ　４２２０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｆｔｅｒ　

ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ＸＭＬ　ｄａｔａ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｎ，ｌｏｇｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｍｏｄｅｌｓ，ｍｅｔａ－ｄａｔａｂａｓｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　

ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｏｄｅｌ　ＥＲ　ａｒｅ　ｄｏｎｅ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｅｔａｄａｔａ　ｔａｂｌｅ

，　

ｇｒａｐｈｉｃ　ｅｎｔｉｔｉｅｓ，ｓｔｙｌｅ　ａｔｔｉｂｕｔｒｅｓ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＸＭＬ　ｄａｔａ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　

ｒａｐｈｉｇｃｓ　ｍａｒｋｕｐ　ｌａｎｇｕａｇｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＸＭＬ；ｄａｔａ　ｓｔｏｒａｇｅ；ｍｅｔａｄａｔａ；ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ＥＲ　ｍｏｄｅｌ；ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ