一、 地圖是怎么做出來的

首先說一下地圖是怎么出來的，可能你感覺是廢話，但實(shí)際上很多人并不知道如何下手。我覺得這里需要先給你個(gè)思路準(zhǔn)備：地圖就是使用繪圖語句畫出來的！

從底層繪制地圖，能使用的就是繪圖函數(shù)，在.NET里，就是用Graphics類的方法，在窗口中繪制點(diǎn)、線、面、標(biāo)準(zhǔn)、柵格等，組合起來，就是一張地圖（瓦片圖方式除外）。

關(guān)于.NET的繪圖，本文不進(jìn)行講解，如果你還還不熟悉，建議你先看看這方面資料。

二、 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換-地圖繪制的關(guān)鍵

.NET提供了大量繪圖方法，基本上都是以Graphics類的函數(shù)形式提供，包括各類幾何形狀、圖像、文字的繪制，靈活運(yùn)用這些方法，就可以畫出精美的圖出來。假設(shè)你已熟悉.NET的繪圖，這樣就只有有一個(gè)問題要解決：圖我會(huì)畫了，但拿到地圖元素一般為地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度），應(yīng)該畫在地圖上什么位置？這就需要涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。

先不考慮怎么實(shí)現(xiàn)，首先需要這么一個(gè)函數(shù)：

/// 《summary》

/// 經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)

/// 《/summary》

/// 《param name=“xy”》經(jīng)緯度《/param》

/// 《returns》屏幕坐標(biāo)《/returns》

public Point WorldToScreen（PointF xy）

再一個(gè)，有時(shí)，還需要根據(jù)屏幕上點(diǎn)位置反算出它的經(jīng)緯度，如在需要顯示鼠標(biāo)指針處的經(jīng)緯度，所以還需要這么一個(gè)函數(shù)：

/// 《summary》

/// 屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度

/// 《/summary》

/// 《param name=“xy”》屏幕坐標(biāo)《/param》

/// 《returns》經(jīng)緯度《/returns》

public PointF ScreenToWorld（Point xy）

有了這兩個(gè)函數(shù)，就可以將以經(jīng)緯度表示的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，然后再屏幕繪圖了。

為了完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，需要使用幾個(gè)地圖參數(shù)的變量：地圖縮放倍數(shù)、地圖中心點(diǎn)經(jīng)緯度、地圖大小，關(guān)于地圖參數(shù)，可參考這篇文章：

http://hi.baidu.com/geochenyj/blog/item/6b5c5c1294057557f819b835.html

另外，還需要對(duì)地圖進(jìn)行縮放、平移，這些操作實(shí)質(zhì)上也是對(duì)地圖參數(shù)的操作，如放大就是對(duì)地圖縮放倍數(shù)操作，平移就是對(duì)地圖中心點(diǎn)進(jìn)行操作，我們將這些操作也寫Coordinator類的方法。投影變換也作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一部分，Coordinator類還增加了投影方面方法，這個(gè)后面再講。

將上面兩個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)和三個(gè)地圖參數(shù)封裝為一個(gè)類Coordinator。，的類如下所示：

?

三、 繪圖

有了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類Coordinator，就可以用經(jīng)緯度數(shù)據(jù)來繪圖了，如拿到某省的行政邊界經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，就可以將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，然后用Graphics的方法來畫出來了，Graphics對(duì)象又從哪里來呢？可以從一個(gè)Image對(duì)象創(chuàng)建，也可以從一個(gè)控件的Paint事件中取得，總之，有了坐標(biāo)，發(fā)揮你的想象力，自己畫吧。

在氣象數(shù)據(jù)分析中，除了要繪制點(diǎn)、線、面、文字、柵格外，還需要繪制一些特殊符號(hào)，如風(fēng)、天氣現(xiàn)象、云等。這些符號(hào)，可以用圖片、天氣字庫、符號(hào)庫來實(shí)現(xiàn)，圖片方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，色彩豐富，但縮放效果不好；字庫方式，需要安裝字庫，程序部署比較麻煩；符號(hào)庫方式代碼編寫較麻煩。FreeMicaps的天氣現(xiàn)象符號(hào)采用符號(hào)庫方式，祥見： http://blog.csdn.net/HZGJF/archive/2009/05/27/4220508.aspx

風(fēng)符號(hào)和云量符號(hào)采用計(jì)算坐標(biāo)繪制方式。

為了使用方便，F(xiàn)reeMicaps把符號(hào)繪制功能封裝到三個(gè)符號(hào)類中，以靜態(tài)方法提供。

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.NET的繪圖是對(duì)GDI+的封裝，包括了對(duì)點(diǎn)、線、面等各種圖形元素的封裝，圖形圖像的繪制、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，各種反走樣和平滑等功能，功能十分強(qiáng)大（當(dāng)然，效率不太高），利用它可以繪出漂亮的圖形。

根據(jù)OGC標(biāo)準(zhǔn)，GIS系統(tǒng)首先需要對(duì)地圖元素進(jìn)行抽象和封裝，但FreeMicaps中，經(jīng)再三考慮，放棄了這種方式，一個(gè)是因?yàn)楣ぷ髁勘容^大，另一個(gè)是因?yàn)槲也桓冶ＷC能很好地進(jìn)行封裝，可能給插件開發(fā)帶來麻煩，不如把繪圖權(quán)完全交給圖層，大家自由發(fā)揮。

四、 圖層

為了使繪圖過程便于管理，可將繪圖過程分為組，如可以將一張地圖的繪制分為：繪制世界地圖、繪制中國(guó)地圖、繪制河流、填地名幾個(gè)過程，每次繪圖好像就是在一張玻璃上繪制，疊加起來就形成了一張地圖圖，這里把每次繪圖過程形象地稱為一個(gè)圖層。地圖分層后，圖層可以增刪，每個(gè)圖層可以單獨(dú)進(jìn)行隱藏、設(shè)置屬性等，更重要的是可以將利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)把每個(gè)圖層當(dāng)做一個(gè)對(duì)象進(jìn)行管理。詳細(xì)介紹見：http://blog.csdn.net/HZGJF/archive/2008/10/03/3014558.aspx

對(duì)圖層進(jìn)行抽象，它應(yīng)該有一個(gè)圖層繪制方法（Render），一個(gè)圖層標(biāo)題（LayerName），一個(gè)用于表示數(shù)據(jù)源的字符串（DataSource），一個(gè)用于表示繪圖樣式的設(shè)置的LayerStyle，加上一些輔助方法屬性，最終形成如下抽象圖層類（CustomLayer），各種圖層均從它繼承：

?

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計(jì)模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時(shí)，會(huì)自動(dòng)判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要讀數(shù)據(jù)繪圖。

對(duì)于一種類型數(shù)據(jù)，需要從CustomLayer繼承新建一個(gè)圖層類。各種類型數(shù)據(jù)圖層的工作方式完全一樣，僅在數(shù)據(jù)讀取和繪制方面不同，所以，寫新圖層類時(shí)，僅需實(shí)現(xiàn)DoLoad（）和DoRender（）兩個(gè)抽象方法，完成讀取數(shù)據(jù)和繪制圖層代碼即可。FreeMicaps里使用了字符串作為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)，通用GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了抽象，我也嘗試這么做，但代碼過于復(fù)雜，增加圖層開發(fā)難度，最終增大插件開發(fā)難度，所以放棄了。

前面說了，一張地圖有多個(gè)圖層，所以還需要將圖層放入一個(gè)列表，繪制地圖時(shí)遍歷圖層，調(diào)用每個(gè)圖層的Render（）方法，畫出一張完整的地圖。對(duì)于圖層列表，大家馬上會(huì)想到使用List類，但圖層繪制是需要有順序的，如在衛(wèi)星云圖上面疊加地名，需要先畫衛(wèi)星云圖，再填地名，否則云圖會(huì)把地名蓋住，所以在圖層的樣式（LayerStyle）中放了一個(gè)ZOrder屬性，通過它來控制圖層順序。但由于List本身的排序方法是一種“非穩(wěn)固排序”，也就是說當(dāng)兩個(gè)圖層的ZOrder相等時(shí)，它們的順序是不確定的，為了避免這個(gè)問題，F(xiàn)reeMicaps從CollectionBase繼承了一個(gè)類LayerList，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層的管理，并實(shí)現(xiàn)了IXmlSerializable接口，完成圖層序列化功能。另外，還增加了添加圖層、刪除圖層事件。LayerList類如下：

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計(jì)模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時(shí)，會(huì)自動(dòng)判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要讀數(shù)據(jù)繪圖。

對(duì)于一種類型數(shù)據(jù)，需要從CustomLayer繼承新建一個(gè)圖層類。各種類型數(shù)據(jù)圖層的工作方式完全一樣，僅在數(shù)據(jù)讀取和繪制方面不同，所以，寫新圖層類時(shí)，僅需實(shí)現(xiàn)DoLoad（）和DoRender（）兩個(gè)抽象方法，完成讀取數(shù)據(jù)和繪制圖層代碼即可。FreeMicaps里使用了字符串作為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)，通用GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了抽象，我也嘗試這么做，但代碼過于復(fù)雜，增加圖層開發(fā)難度，最終增大插件開發(fā)難度，所以放棄了。

前面說了，一張地圖有多個(gè)圖層，所以還需要將圖層放入一個(gè)列表，繪制地圖時(shí)遍歷圖層，調(diào)用每個(gè)圖層的Render（）方法，畫出一張完整的地圖。對(duì)于圖層列表，大家馬上會(huì)想到使用List類，但圖層繪制是需要有順序的，如在衛(wèi)星云圖上面疊加地名，需要先畫衛(wèi)星云圖，再填地名，否則云圖會(huì)把地名蓋住，所以在圖層的樣式（LayerStyle）中放了一個(gè)ZOrder屬性，通過它來控制圖層順序。但由于List本身的排序方法是一種“非穩(wěn)固排序”，也就是說當(dāng)兩個(gè)圖層的ZOrder相等時(shí)，它們的順序是不確定的，為了避免這個(gè)問題，F(xiàn)reeMicaps從CollectionBase繼承了一個(gè)類LayerList，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層的管理，并實(shí)現(xiàn)了IXmlSerializable接口，完成圖層序列化功能。另外，還增加了添加圖層、刪除圖層事件。?

五、 封裝地圖

有了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類、圖層類、圖層列表類，就可以利用它們做出一個(gè)具有縮放平移、圖層管理等功能的地圖了，但為了更方便地對(duì)地圖進(jìn)行操作，還需要對(duì)這些類進(jìn)行組合封裝。新建一個(gè)類WeatherMap，添加Coordinator和LayerList類的實(shí)例作為它的屬性，為了更符合大家操作習(xí)慣，將Coordinator類的實(shí)例作為私有成員，將地圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等方法加入WeatherMap類，也就是說地圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中，不訪問Coordinator，而要調(diào)用WeatherMap類的方法。類圖如下：

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再回到抽象圖層類CustomLayer，它有一個(gè)成員Map，即為WeatherMap對(duì)象，在將圖層加入圖層列表時(shí)會(huì)自動(dòng)賦值。在編寫CustomLayer的子類時(shí)，可調(diào)用它來進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和地圖操作。

為了使地圖在繪制復(fù)雜圖形過程中不至于假死，并在繪圖過程中能隨時(shí)中斷繪圖，如快速縮放平移地圖中可終止前次繪圖過程直接繪制最后一次，地圖繪制使用了多線程，但多線程增加了代碼編寫難度，特別是多線程操作UI，對(duì)程序流程造成了一定混亂，程序結(jié)構(gòu)受到影響，所幸并不會(huì)對(duì)圖層代碼造成困難。

六、 再次封裝-增加UI

上面已完成了地圖繪制的核心代碼，為了使代碼編寫更加容易，需要對(duì)WeatherMap類再次進(jìn)行封裝（MapView類），加入U(xiǎn)I部分，即給地圖加一個(gè)具有界面的殼，并在上面實(shí)現(xiàn)地圖的操作如縮放、拖動(dòng)功能。

MapView從PictureBox類繼承，內(nèi)建了WeatherMap類的實(shí)例，在MapView的Refresh（）方法中調(diào)用WeatherMap.Render（）對(duì)地圖進(jìn)行繪制。

為了完成對(duì)地圖的操作，F(xiàn)reeMicaps定義一個(gè)IMapTool接口，包含了鼠標(biāo)和鍵盤操作方法，MapView類內(nèi)建一個(gè)IMapTool接口成員，MapView的鼠標(biāo)和鍵盤操作，將被IMapTool接口的實(shí)例接管，在實(shí)現(xiàn)IMapTool接口的類中，可對(duì)地圖做各種操作，如平移、縮放等操作，這個(gè)對(duì)象可隨時(shí)替換以實(shí)現(xiàn)不同方式的地圖操作。在FreeMicaps中，已完成一個(gè)實(shí)現(xiàn)IMapTool接口的類ZoomTool，此類為默認(rèn)的地圖縮放和平移工具。IMapTool接口類圖如下：

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另外，在MapView中，還引入了一個(gè)當(dāng)前圖層的概念CurrentLayer，用它來表示當(dāng)前操作的圖層，后面用它來實(shí)現(xiàn)圖層元素拾取、圖層工具條等功能。

MapView類圖如下：

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七、 總覽

地圖部分類關(guān)系圖如下：

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地圖繪制部分活動(dòng)圖如下：

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以上已經(jīng)介紹完FreeMicaps地圖部分設(shè)計(jì)框架，相信大家的已對(duì)設(shè)計(jì)思路已有一定了解，此框架不僅適用于天氣圖分析軟件，也適用于一般的GIS系統(tǒng)。本文僅對(duì)FreeMicaps的地圖部分框架進(jìn)行了介紹，未涉及到具體的地圖數(shù)據(jù)讀取及繪制，這些將在下一篇文章中介紹。