Mapnik 介绍

一、 Mapnik 介绍

Mapnik 是一个开源的 Python/C++ 地图渲染引擎，他的功能是把数据形式的地图，包含一些地理对象，如地图、层、数据源、特征和地理几何等，通过 一个样式表的定义，渲染成位图格式，用来提供 WMS 服务。其核心是一个 C++ 的共享库提供空间数据访问和可视化的算法和模式。该共享库支持多种操作系统，可以在多线程环境下很好的运行，主要面向一些提供 GIS 服务的 Web 应用开发。图一为使用 mapnik 渲染出来的街区图：



图一

二、 地图数据组织

Mapnik 数据组织包括地图、图层、风格、规则、符号等，其具体以渲染地图文件的方式或者是编程实现的方式予以提供，其地图文件的组织结构如下图二：



图二

备注：地图中可以包含多个风格（ Style ）、多个图层（ Layer ），图层包含对应一个数据源及多个风格，风格包含多个规则，一个规则可以包含多种符号，不同的符号包含不同的属性设置，以 LineSymbolizer 为例，包含 stroke （颜色）、 stroke-width （宽度）、透明度（ stroke-opacity ）、线相交处模式（ stroke-linejoin ）、线头模式（ stroke-linecap ）、线段绘制迭代间隔（ stroke-dasharray ）。不同的符号之间也有一些相同的属性如 line_pattern_symbolizer 、polygon_pattern_symbolizer 、point_symbolizer 都需要一个file 属性来作为填充图片！

以下是一个仅有路（Road ）表述信息的Mapnik 配置文件，可以对map 文件有初步的了解：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<Map srs="+proj=merc +a=6378137 +b=6378137 +lat_ts=0.0 +lon_0=0.0 +x_0=0.0 +y_0=0 +k=1.0 +units=m +nadgrids=@null +no_defs" bgcolor="rgb(247,239,239)">

         <Style name="highway-border">

        <Rule>

            <Filter>([NR]&lt;=3)</Filter>

            <LineSymbolizer stroke="rgb(188,149,28)" stroke-width="7" stroke-linejoin="round" stroke-linecap="round"/>

        </Rule>

    </Style>

    <Style name="highway-fill">

        <Rule>

            <Filter>([NR]&lt;=3)</Filter>

            <LineSymbolizer stroke="rgb(242,191,36)" stroke-width="5" stroke-linejoin="round" stroke-linecap="round"/>

        </Rule>

    </Style>

         <Style name="road-border">

        <Rule>

            <Filter>(([NR]=4) or ([NR]=5)or ([NR]=6))</Filter>

            <LineSymbolizer stroke="rgb(171,158,137)" stroke-width="5" stroke-linejoin="round" stroke-linecap="round"/>

        </Rule>

    </Style>

    <Style name="road-fill">

        <Rule>

            <Filter>(([NR]=4) or ([NR]=5)or ([NR]=6))</Filter>

            <LineSymbolizer stroke="rgb(255,250,115)" stroke-width="3" stroke-linejoin="round" stroke-linecap="round"/>

        </Rule>

    </Style>

     <Style name="highway-label">

        <Rule>

                            <Filter>([NR] = 1)</Filter>

            <TextSymbolizer name="[STNAMEC]" face_name="Microsoft YaHei Regular" size="12" fill="rgb(0,0,200)" placement="line" halo_radius="1" max_char_angle_delta="60" halo_fill="rgb(255,255,200)" line_spacing="100" character_spacing="3"  avoid_edges="1" allow_overlap="0"  min_distance="50" spacing="500" />

        </Rule>

                   <Rule>

                            <Filter>(([NR]&lt;=6) and ([NR] &gt;= 2))</Filter>

                            <TextSymbolizer name="[STNAMEC]" face_name="Microsoft YaHei Regular" size="9" fill="rgb(10,10,150)" placement="line" halo_radius="1" halo_fill="rgb(255,255,200)" line_spacing="100" character_spacing="1" avoid_edges="1" allow_overlap="0"  min_distance="20"

                            spacing="300" max_char_angle_delta="35"/>

                   </Rule>

         </Style>

           <Layer name="Roads" srs="+proj=merc +a=6378137 +b=6378137 +lat_ts=0.0 +lon_0=0.0 +x_0=0.0 +y_0=0 +k=1.0 +units=m +nadgrids=@null +no_defs">

        <StyleName>road-border</StyleName>

        <StyleName>road-fill</StyleName>

        <StyleName>highway-border</StyleName>

        <StyleName>highway-fill</StyleName>

                   <StyleName>highway-label</StyleName>

        <Datasource>

            <Parameter name="encoding">GB2312</Parameter>

            <Parameter name="file">F:/BeijingM/Pathline1-6</Parameter>

            <Parameter name="type">shape</Parameter>

        </Datasource>

    </Layer>

</Map>

三、 Mapnik 主要架构类关系图



图三

图三右边 feature_type_style 部分，为一系列的参数描述，主要是承载地图渲染所需要的相关绘制参数信息； Map 为组织图层数据及绘制风格的载体； feature_style_processor 为地图渲染的抽象基类， agg_renderer 、 cairo_renderer 就是具体负责渲染绘制的类，在绘制时，需要一个用来绘制的设备，如 agg_renderer 需要一个 image_32 的内存图像缓冲区，来承载最终绘制的图片，然后可以使用 save_to_file<image_data_32>() 函数将内存图片保存成最终文件格式！

四、 Mapnik 使用示例

Mapnik 开发主要流程：

l  定义 Map 对象，设置绘制使用的设备大小，及投影信息

l  加载 Map 的配置信息

l  设置 Map 绘制的地理范围

l  定义绘制使用的设备（ agg_renderer 为内存图片缓冲区）

l  使用 agg_renderer 或者 cairo_renderer 渲染

l  保存到文件（可选，对于 cairo_renderer 渲染到 pdf 及 svg 等矢量文件时不需要）

具体示例代码如下：

#include <mapnik/map.hpp>

#include <mapnik/datasource_cache.hpp>

#include <mapnik/font_engine_freetype.hpp>

#include <mapnik/agg_renderer.hpp>

#include <mapnik/image_util.hpp>

#include <mapnik/config_error.hpp>

#include <mapnik/box2d.hpp>



#include <iostream>

#include <mapnik/save_map.hpp>

#include "mapnik/load_map.hpp"



  int main ( int argc , char** argv)

  {

     using namespace mapnik;// 使用 mapnik 命名空间

     try {

         std::cout << " running demo ... /n";

                     // 注册数据源插件

         datasource_cache::instance()->register_datasources("F:/work/mapnik/trunk/builds/win32/Bin");

                     // 注册字体

                   freetype_engine::register_font("F:/work/fonts/simkai.ttf");

                   freetype_engine::register_font("F:/work/fonts/msyh.ttf");

         std::vector<std::string> names = freetype_engine::face_names();

         std::cout << "face names size:" << names.size() << "/n";

         for (unsigned i = 0; i < names.size(); ++i){

             std::cout << names[i] << "/n";

         }

                     // 声明 Map 对象，包括绘制使用的设备大小，及投影信息

         Map m(1024,1024,"+proj=merc +a=6378137 +b=6378137 +lat_ts=0.0 +lon_0=0.0 +x_0=0.0 +y_0=0 +k=1.0 +units=m +nadgrids=@null +no_defs");

         //m.set_background(color_factory::from_string("white"));

                     // 加载 Map 配置文件

                     load_map(m,"mapconfig.xml");

                   // 设置地图绘制地理范围

         m.zoomToBox(box2d<double>(12934400,4862620,12944200,4872400));

                   // 定义具体绘制的内存图片缓冲区

         image_32 buf(m.getWidth(),m.getHeight());

                     // 使用 agg_renderer 渲染绘制

         agg_renderer<image_32> ren(m,buf);

          ren.apply();

                   //save_map(m,"mapconfig.xml");

         //save_to_file<image_data_32>(buf.data(),"demo.jpg","jpeg");

         //save_to_file<image_data_32>(buf.data(),"demo.png","png");

                     // 保存到文件

         save_to_file<image_data_32>(buf.data(),"demo256.png","png256");

                   //save_map(m,"map.xml",false);

         std::cout << "One maps have been rendered using AGG in the current directory:/n"

            "Have a look!/n";

     }

     catch ( const mapnik::config_error & ex )

     {

         std::cerr << "### Configuration error: " << ex.what() << std::endl;

         return EXIT_FAILURE;

     }

     catch ( const std::exception & ex )

     {

         std::cerr << "### std::exception: " << ex.what() << std::endl;

         return EXIT_FAILURE;

     }

     catch ( ... )

     {

         std::cerr << "### Unknown exception." << std::endl;

         return EXIT_FAILURE;

     }

     return EXIT_SUCCESS;  

  }

五、 总结

Mapnik 作为一个开源的地图渲染引擎，拥有良好的技术架构，并使用了很多成熟的开源技术如 proj4 、 freetype 、 libxml2 、 GDAL 、 Boost 、 ltdl 等，并使用 AGG 、 Cairo-Graphics 来具体渲染绘制，具有良好的反锯齿效果！大量使用了 Boost 库特有的 C++ 技术，如 variant 、 tuple ，并利用 C++ STL （仿函数等）、泛型编程技术及相关设计模式（单件模式、访问者模式等），使用插件式的数据源开发方式，使 Mapnik 可以灵活扩展出针对自己的数据格式插件！

然而对于开发人员， mapnik 采用的属性与具体渲染操作分开的模式，屏蔽了内部复杂的实现细节，而对外提供的接口确是简单易用！