开源纯C#工控网关+组态软件(六)图元组件
一、 图元概述
图元是构成人机界面的基本单元。如一个个的电机、设备、数据显示、仪表盘，都是图元。构建人机界面的过程就是铺排、挪移、定位图元的过程。
图元设计是绘图和编码的结合。因为图元不仅有显示和动画，还有背后操纵动画的控制逻辑。
一个好的图元设计框架，应该最大限度提高设计的效率和专业程度。
因为你找到一个会做美工的码农，和会写代码的美工，都很困难，但是单独找码农和绘图员却一抓一大把。所以专业性意味着用人的灵活性，和省钱。而你招来一个美工，一个码农，合作完成一个图元组件，必须考虑减少两人的交互，最好埋头各干各的。并行作业，才有最高效率。
可以通过以下手段提高界面开发效率：
- 前后端分离。
前后端分离的设计模式有很多优点。前后端对设计者的要求是不同的。。
前端设计者需要考虑的是界面更直观、美观、清晰、大气，可以熟练使用绘图工具（例如Blend），可以不会编程。
后端设计者要考虑的是业务逻辑，如何有条不紊、准确执行。可以不会画图，但一般必然熟练编码，使用设计工具（如Visual Studio）。
前后端分离便于设计者术业有专攻，前后端分工协作，互不干扰，并行工作，提高效率。
- 专业的前端设计工具。
对于绘图员或美工，一个简单易用、同时又有强大功能的趁手设计器是必须的。
绘图板、动画、整合、调色板，美工的全套装备必须齐全；网格定位、缩放、旋转、保存、撤销，常规的设计器功能必须应有尽有。
- 尽可能少的编码。
很多行业都有庞大的图元库。各种设备、开关、构件，各种非标组件，不断会有新的图元入库。
因此，力求用最少的代码实现尽可能多的功能，最大限度提升开发效率。一个强大的基类和一个方便的继承是必要的。
二、 前后端分离的设计模式式
- 通过WPF实现前后端分离
看看百度百科对WPF的介绍：WPF（Windows Presentation Foundation）是微软推出的基于Windows 的用户界面框架，属于.NET Framework 3.0的一部分。
它提供了统一的编程模型、语言和框架，真正做到了分离界面设计人员与开发人员的工作；同时它提供了全新的多媒体交互用户图形界面。
WPF通过一种MVVM（Model-View-ViewMode）的设计模式实现界面与编码解耦。界面元素的颜色、动画、形状，可以方便的与代码类的属性绑定（Binding）。
绑定的便利在于，后台类的某属性变化，马上会自动反映到界面的变化，无需编写代码；界面元素的变化，也马上会触发属性值的改变，这种方式天然适合人机界面的前后端分离设计。
同时，WPF提供XAML文件，是一种声明式编程方式，类似于Android的界面文件、HTML，界面设计者与代码编写者只需要通过XAML文件交互，进一步达成前后端分离并行作业的目的。
- 前后端交互的内容
绘图员的工作：
使用Blend绘图，使用故事板（Storyboard）制作动画，定义动画的视图状态（VisualState），绑定属性如：
Text="{Binding BinName, RelativeSource={RelativeSource TemplatedParent}}"
码农的工作：
定义一个CustomControl。继承HMIControlBase。
定义依赖项属性如Running：
public static readonly DependencyProperty RunningProperty = DependencyProperty.Register("Running", typeof(bool), typeof(Elevator), new FrameworkPropertyMetadata(false, FrameworkPropertyMetadataOptions.AffectsRender, new PropertyChangedCallback(OnValueChanged)));
属性变化事件切换视图状态如
VisualStateManager.GoToState(this, _funcRun () ? "Run" : "Stop", true);
就这么简单。
三、 绘图与动画
- 强大的设计工具：Blend
Blend是VS2010起微软提供的专业设计工具。早期曾经有三贱客（Blend,Design, Encoder ），后两者已经合并入Blend。
在 Expression Blend 中，可以在美工板上绘制形状、路径和控件，然后修改其外观和行为，从而直观地设计界面元素。可以导入图像、视频和声音，还可以导入和更改三维对象。
可以创建Storyboard实现帧动画，定义状态（VisualState），并设计触发器（Trigger）触发动画。还可以定义样式（Style）。
Blend对美工人员是简单易上手的。按我的经验，对于习惯AutoCAD工具的绘图工程师，熟练掌握Blend一般在两周内，就可以绘制复杂的动画图形。
所有的图元组件均为CustomControl类型，这样编辑好的图元文件会自动加入到Generic.xaml文件。相应的图元模板可在Blend内重新编辑。
- 用代码实现动画
如果不用Blend，也可以用代码直接实现动画。部分对性能要求高、使用频繁的图元组件如Guage，LinkLine，可以继承Control的OnRender方法并使用StreamGeometry这类的底层API绘图，以达到最佳的性能。
StreamGeometry的优点是调用底层绘图API，不生成多余的对象，而Blend在生成图形过程中有大量冗余元素和对象，复杂的层次结构，在对性能要求较高的场合略显笨重。
四、 强大的图元基类
为了尽可能减少编码，需要在图元基类（HMIControlBase） 中实现尽可能多的功能；但又不能包办一切，牺牲图元自身的“个性”。要实现简洁、强大、可扩展。
因此，我在图元基类实现了所有界面元素共有的几个基本功能：
- 连线。
为了实现方便的连线，需要能自行设置图元的锚点，作为拖放连线的连接点。
继承GetLinkPositions方法，锚点分上下左右四个，每个锚点用一个Point确定相对位置。如果只有一个锚点，就返回单一的LinkPosition如下：
public override LinkPosition[] GetLinkPositions() { return new LinkPosition[1] { new LinkPosition(new Point(0.75,0),ConnectOrientation.Top), }; }
- 绑定变量表达式。
只要继承基类，就可以弹出变量组态界面。
可以自行定义左边的属性树。即继承GetActions方法。注意这个树状结构支持嵌套，如某设备带两个电机（Motor），则电机的属性列表会作为树的子节点显示。
public override string[] GetActions() { return new string[] { TagActions.VISIBLE, TagActions.CAPTION, TagActions.RUN, TagActions.ALARM, TagActions.DEVICENAME }; }
- 动画显示。
继承SetTagReader方法，只要相关Tag变化，就会触发动画脚本。如
public override Action SetTagReader(string key, Delegate tagChanged) { switch (key) { case TagActions.RUN: var _funcInRun = tagChanged as Func<bool>; if (_funcInRun != null) { return delegate { VisualStateManager.GoToState(this, _funcInRun() ? "Running" : "NotRunning", true); }; } else return null; } return base.SetTagReader(key, tagChanged); }
VisualStateManager.GoToState方法根据不同的状态字，触发了在Blend里定义的故事板动画。
五、 如何实现：增加新图元
图元设计流程：
六、 下面的计划
写一系列帖子，把架构、原理讲清楚。大致如下：
- 网关层接口概述
- 上下位机通讯原理
- 如何实现一个设备驱动
- 如何设计图元
- VS插件模块及原理
- 归档模块及文件格式
- 如何进行功能扩展
- 组态变量表达式实现
github地址：https://github.com/GavinYellow/SharpSCADA。QQ群：102486275
