GDAL矢量驅(qū)動拓展

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GDAL是一個用于柵格和矢量地理空間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換庫，采用MIT開源許可躬络，由開源地理空間基金會發(fā)布与柑。它為調(diào)用程序提供了柵格抽象數(shù)據(jù)模型和矢量抽象數(shù)據(jù)模型并包含所有支持的格式粮揉。它還提供了一些實用的命令行程序用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理凛辣。

OGR

OGR是GDAL項目的一個分支，功能與GDAL類似驾窟，只不過它提供對矢量數(shù)據(jù)的讀寫支持舆床，包括ESRI Shapefiles，PostGIS等雅倒。

矢量數(shù)據(jù)模型（Vector Data Model）

OGR為矢量數(shù)據(jù)提供了矢量數(shù)據(jù)模型璃诀。

類概況

幾何圖形（ogr_geometry.h）：幾何類（OGRGeometry等），封裝了OpenGIS模型矢量數(shù)據(jù)并提供一些幾何操作蔑匣，以及對WKB和WKT的轉(zhuǎn)換劣欢。幾何圖形包含了空間參考系。

geometry模型.png
空間參考（ogr_spatialref.h）：OGRSpatialRefence類裁良，封裝了投影和基準(zhǔn)的定義凿将。
要素（ogr_feature.h）：OGRFeature類，封裝了feature的定義价脾，包括一個幾何和屬性牧抵。
要素類定義（ogr_feature.h）：OGRFeatureDefn類，將一組相關(guān)要素（一個Layer）的概要數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝侨把，包括了集合類型犀变、名稱、屬性域定義等秋柄。
圖層（ogrsf_frmts.h）：OGRLayer類获枝，一個抽象基類，代表了GDALDataset中的一個要素圖層骇笔。
數(shù)據(jù)集（gdal_priv.h）：GDALDataset類映琳，包含一個或多個OGRLayer對象的類，其通常代表一個文件或數(shù)據(jù)庫蜘拉。
驅(qū)動（gdal_priv.h）：GDALDriver類萨西，為特定格式提供驅(qū)動，用以打開特定格式的數(shù)據(jù)得到GDALDataset旭旭，如ESRI Shapefile谎脯、PostGIS。所有的驅(qū)動都被GDALDriverManager管理持寄。

體系架構(gòu)：

體系架構(gòu).png

矢量驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

在程序中實現(xiàn)矢量驅(qū)動時源梭，程序版本需與gdal庫版本一致娱俺，如release版的gdal庫，編譯程序時也應(yīng)為release版废麻。

通過實現(xiàn)特定格式的驅(qū)動荠卷，來為OGR加入新的格式支持。這需要實例化GDALDriver類并實現(xiàn)GDALDataset和OGRLayer的子類烛愧。GDALDriver實例需要在運行時通過GDALDriverManager進(jìn)行注冊油宜。

1.實現(xiàn)GDALDriver

特定格式的驅(qū)動程序類是作為GDALDriver的實例實現(xiàn)的。通常會創(chuàng)建一個GDALDriver實例并通過GDALDeiverManager進(jìn)行注冊怜姿。而實例化過程由一個全局C函數(shù)進(jìn)行處理慎冤。該函數(shù)由自己實現(xiàn)并在內(nèi)部實例化一個GDALDriver對象。

void registerOGRSPF()
{
    if( GDALGetDriverByName("SPF") != NULL )
        return;

    GDALDriver *poDriver = new GDALDriver();

    poDriver->SetDescription("SPF");
    poDriver->SetMetadataItem(GDAL_DCAP_VECTOR, "YES");
    poDriver->SetMetadataItem(GDAL_DMD_LONGNAME, "Long name for SPF driver");
    poDriver->SetMetadataItem(GDAL_DMD_EXTENSION, "spf");
    poDriver->SetMetadataItem(GDAL_DMD_HELPTOPIC, "drv_spf.html");

    // 為GDALDriver設(shè)置函數(shù)指針
    poDriver->pfnOpen = OGRSPFDriverOpen;
    poDriver->pfnIdentify = OGRSPFDriverIdentify;
    poDriver->pfnCreate = OGRSPFDriverCreate;

    poDriver->SetMetadataItem(GDAL_DCAP_VIRTUALIO, "YES");

    GetGDALDriverManager()->RegisterDriver(poDriver);
}

SetDescription("SPF")指定了驅(qū)動程序的名稱沧卢。
SetMetadataItem( const char * pszName, const char * pszValue)設(shè)置驅(qū)動的元數(shù)據(jù)信息：

GDAL_DCAP_VECTOR：設(shè)置為"YES"表示驅(qū)動程序?qū)⑻幚硎噶繑?shù)據(jù)蚁堤。
GDAL_DCAP_VIRTUALIO：設(shè)置為"YES"表示驅(qū)動程序可以處理使用VSI*L GDAL API打開的文件。否則不應(yīng)定義此元數(shù)據(jù)項但狭。
GDAL_DMD_LONGNAME：文件格式的詳細(xì)描述披诗，長度一般在50-60個字符。（手工設(shè)置）
GDAL_DMD_HELPTOPIC：URL立磁，相對于http://gdal.ogr/如果有的話藤巢，是關(guān)于這個驅(qū)動幫助文檔的名稱。（可選）
GDAL_DMD_EXTENSION：該類型文件的擴(kuò)展名息罗。如果擴(kuò)展名多于一個掂咒，則最好選擇最通用的那個，或者直接為空迈喉。（可選）
GDAL_DMD_MIMETYPE：該格式數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)用途類型绍刮，例如“image/png”。（可選）
GDAL_DMD_CREATIONOPTIONLIST：用于描述創(chuàng)建時的選項挨摸『⒏铮可以參考geotiff驅(qū)動的實現(xiàn)代碼。（可選）
GDAL_DMD_CREATIONDATATYPES：支持創(chuàng)建數(shù)據(jù)集的全部類型列表得运。如果存在Create()方法這些類型都將被支持膝蜈。如果存在CreateCopy()方法，該類型列表將是那些支持無損輸出的類型熔掺。比如饱搏，一個格式使用了CreateCopy()方法，如果可以寫為Float32類型置逻，那么Byte推沸、Int16和UInt16都應(yīng)該被支持（因為它們都可以用Float32表示）

將自定義的實現(xiàn)函數(shù)賦值給GDALDriver的函數(shù)指針，通過調(diào)用GDALDriver的函數(shù)指針，以下函數(shù)被具體執(zhí)行：

static GDALDataset* OGRSPFDriverOpen(GDALOpenInfo* poOpenInfo);
static int          OGRSPFDriverIdentify(GDALOpenInfo* poOpenInfo);
static GDALDataset* OGRSPFDriverCreate(const char* pszName, int nXSize, int nYSize,
                                    int nBands, GDALDataType eDT, char** papszOptions);

Open()方法用于打開數(shù)據(jù)源并返回一個GDALDataset實例鬓催，通常被委托給實際的GDALDataset子類肺素，即在內(nèi)部調(diào)用GDALDataset子類實例的Open()方法。

static GDALDataset *OGRSPFDriverOpen( GDALOpenInfo* poOpenInfo )
{
    if( !OGRSPFDriverIdentify(poOpenInfo) )
        return NULL;

    OGRSPFDataSource *poDS = new OGRSPFDataSource();
    if( !poDS->Open(poOpenInfo->pszFilename, poOpenInfo->eAccess == GA_Update) )
    {
        delete poDS;
        return NULL;
    }

    return poDS;
}

Identify()方法可以對數(shù)據(jù)源進(jìn)行校驗宇驾，判斷是否是合格數(shù)據(jù)源倍靡。

static int OGRSPFDriverIdentify( GDALOpenInfo* poOpenInfo )
{
    // Does this appear to be an .spf file?
    return EQUAL(CPLGetExtension(poOpenInfo->pszFilename), "spf");
}

create()在用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)，如該驅(qū)動用于驅(qū)動文件類型的數(shù)據(jù)時课舍，則可在create()中實現(xiàn)文件的創(chuàng)建塌西。

2.實現(xiàn)GDALDataset子類

GDALDataset子類以一個vector保存多個Layer數(shù)據(jù)。

class OGRSPFDataSource : public GDALDataset
{
    std::vector<OGRSPFLayer*>   papoLayers;
    int                 nLayers;

public:
  OGRSPFDataSource();
  ~OGRSPFDataSource();

    int                 Open( const char *pszFilename, int bUpdate );

    int                 GetLayerCount() { return nLayers; }
    OGRLayer            *GetLayer( int );

    int                 TestCapability( const char * ) { return FALSE; }
};

Open()方法將會訪問數(shù)據(jù)源信息并創(chuàng)建OGRLayer的子類對象布卡，在實現(xiàn)OGRLayer的子類時雨让，訪問數(shù)據(jù)源信息雇盖，并獲取要素數(shù)據(jù)忿等。

int  OGRSPFDataSource::Open( const char *pszFilename, int bUpdate )
{
    if( bUpdate )
    {
        CPLError(CE_Failure, CPLE_OpenFailed,
                "Update access not supported by the SPF driver.");
        return FALSE;
    }

    // Create a corresponding layer.s
    nLayers = 1;

    papoLayers.append(new OGRSPFLayer(pszFilename));

    pszName = CPLStrdup(pszFilename);

    return TRUE;
}

3.實現(xiàn)OGRLayer子類

自定義OGRSPFLayer類繼承自O(shè)GRLayer。在內(nèi)部擁有OGRFeatureDefn成員變量崔挖，以便訪問該圖層的元數(shù)據(jù)信息贸街。

OGRLayer中的純虛函數(shù)有：

virtual void ResetReading() = 0;
virtual OGRFeature *GetNextFeature() CPL_WARN_UNUSED_RESULT = 0;
virtual OGRFeatureDefn *GetLayerDefn() = 0;
virtual int TestCapability( const char * ) = 0;

class OGRSPFLayer : public OGRLayer
{
    OGRFeatureDefn     *poFeatureDefn;
    FILE               *fp;
    int                 nNextFID;

public:
    OGRSPFLayer( const char *pszFilename );
    ~OGRSPFLayer();

    void                ResetReading();
    OGRFeature *        GetNextFeature();

    OGRFeatureDefn *    GetLayerDefn() { return poFeatureDefn; }

    int                 TestCapability( const char * ) { return FALSE; }
};

類內(nèi)部的OGRFeatureDefn將被多個OGRFeature引用，所有在該類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中也應(yīng)通過OGRFeatureDefn::Reference()和OGRFeatureDefn::Release()對OGRFeatureDefn對象進(jìn)行引用計數(shù)的+1和-1

OGRSPFLayer::OGRSPFLayer( const char *pszFilename )
{
    nNextFID = 0;

    poFeatureDefn = new OGRFeatureDefn(CPLGetBasename(pszFilename));
    SetDescription(poFeatureDefn->GetName());
    poFeatureDefn->Reference();
    poFeatureDefn->SetGeomType(wkbPoint);

    OGRFieldDefn oFieldTemplate("Name", OFTString);

    poFeatureDefn->AddFieldDefn(&oFieldTemplate);

    fp = VSIFOpenL(pszFilename, "r");
    if( fp == NULL )
        return;
}
OGRSPFLayer::~OGRSPFLayer()
{
    poFeatureDefn->Release();
    if( fp != NULL )
        VSIFCloseL(fp);
}

重寫GetNextFeature()狸相，在函數(shù)體內(nèi)訪問數(shù)據(jù)源獲取到每一個feature的信息薛匪，并創(chuàng)建OGRFeature對象后返回。

OGRFeature *OGRSPFLayer::GetNextFeature()
{
  /* 從數(shù)據(jù)源獲取到下一個feature的數(shù)據(jù) */
  ......
  {
    OGRFeature *poFeature = new OGRFeature(poFeatureDefn);

    poFeature->SetGeometryDirectly(new OGRPoint(dfX, dfY));
    poFeature->SetField(0, pszName);
    poFeature->SetFID(nNextFID++);
    if(/*match*/)
    {
      return poFeature;
    }
    else
    {
      delete poFeature;
    }
  }

}

OGRLayer基類擁有成員變量：OGRLayer::m_poFilterGeom和OGRLayer::m_poAttrQuery分別對幾何和屬性進(jìn)行過濾脓鹃，以便篩選出符合要求的feature逸尖，可以在GetNextFeature()方法中進(jìn)行判斷：

        if( (m_poFilterGeom == NULL ||
            FilterGeometry(poFeature->GetGeometryRef())) &&
            (m_poAttrQuery == NULL ||
            m_poAttrQuery->Evaluate(poFeature)) )
            return poFeature;

        delete poFeature;

重寫OGRLayer::ResetReading()，在函數(shù)體內(nèi)重置feature的索引瘸右，代表重新獲取feature娇跟，與OGRLayer::GetNextFeature()聯(lián)動。

void OGRSPFLayer::ResetReading()
{
    VSIFSeekL(fp, 0, SEEK_SET);
    nNextFID = 0;
}

4.GDALDataset虛函數(shù)

重點實現(xiàn)：

virtual int GetLayerCount();
獲取圖層數(shù)量太颤，默認(rèn)實現(xiàn)返回0苞俘。
virtual OGRLayer *GetLayer(int iLayer);
根據(jù)下標(biāo)獲取圖層，默認(rèn)實現(xiàn)返回nullptr龄章。
virtual OGRLayer *GetLayerByName(const char *);
根據(jù)圖層名稱返回圖層吃谣，默認(rèn)實現(xiàn)會根據(jù)GetLayerCount()、GetLayer()遍歷所有圖層做裙，并比較圖層名后返回岗憋。其首先會大小寫敏感判斷圖層名，如果沒有符合的圖層锚贱，會用大小寫不敏感去匹配圖層名澜驮。
virtual OGRErr DeleteLayer(int iLayer);
根據(jù)下標(biāo)刪除指定圖層，默認(rèn)實現(xiàn)為空邏輯惋鸥。
virtual void ResetReading();
重置feature的讀取為從第一個feature開始杂穷，該函數(shù)會影響GetNextFeature()悍缠。
virtual OGRFeature* GetNextFeature( OGRLayer** ppoBelongingLayer, double* pdfProgressPct, GDALProgressFunc pfnProgress, void* pProgressData );
通過循環(huán)圖層，獲取每個圖層的feature耐量，會調(diào)用圖層的GetNextFeature()方法飞蚓。
virtual int TestCapability( const char * );
判斷該數(shù)據(jù)源是否有某一功能，默認(rèn)實現(xiàn)為返回false廊蜒。傳入的字符串有：

 <ul>
  <li> <b>ODsCCreateLayer</b>: True if this datasource can create new layers.<p>
  <li> <b>ODsCDeleteLayer</b>: True if this datasource can delete existing
          layers.<p>
  <li> <b>ODsCCreateGeomFieldAfterCreateLayer</b>: True if the layers of this
          datasource support CreateGeomField() just after layer creation.<p>
  <li> <b>ODsCCurveGeometries</b>: True if this datasource supports curve
          geometries.<p>
  <li> <b>ODsCTransactions</b>: True if this datasource supports (efficient)
          transactions.<p>
  <li> <b>ODsCEmulatedTransactions</b>: True if this datasource supports
          transactions through emulation.<p>
  <li> <b>ODsCRandomLayerRead</b>: True if this datasource has a dedicated
          GetNextFeature() implementation, potentially returning features from
          layers in a non sequential way.<p>
  <li> <b>ODsCRandomLayerWrite</b>: True if this datasource supports calling
         CreateFeature() on layers in a non sequential way.<p>
 </ul>o

virtual bool AddFieldDomain(std::unique_ptr<OGRFieldDomain>&& domain, std::string& failureReason);
向數(shù)據(jù)集添加字段域趴拧，默認(rèn)實現(xiàn)是空邏輯。
virtual bool DeleteFieldDomain(const std::string& name, std::string& failureReason);
根據(jù)名稱刪除指定的字段域山叮，默認(rèn)實現(xiàn)是空邏輯著榴。
virtual bool UpdateFieldDomain(std::unique_ptr<OGRFieldDomain>&& domain, std::string& failureReason);
通過替換定義更新一個已經(jīng)存在的字段域，將通過字段域的名稱去匹配屁倔，默認(rèn)實現(xiàn)是空邏輯脑又。
virtual OGRLayer *ICreateLayer( const char *pszName, OGRSpatialReference *poSpatialRef = nullptr, OGRwkbGeometryType eGType = wkbUnknown, char ** papszOptions = nullptr );
創(chuàng)建圖層，默認(rèn)實現(xiàn)是返回nullptr锐借，該接口為protected问麸。

非重點實現(xiàn)：

virtual void FlushCache(bool bAtClosing = false);
將所有緩存數(shù)據(jù)寫入硬盤，默認(rèn)實現(xiàn)是調(diào)用每個raster bands的FlushCache()和每個Layer的SyncToDisk()钞翔。
virtual const OGRSpatialReference* GetSpatialRef() const;
獲取數(shù)據(jù)集的空間參考系严卖，默認(rèn)實現(xiàn)是返回nullptr。
virtual CPLErr SetSpatialRef(const OGRSpatialReference* poSRS);
為數(shù)據(jù)集設(shè)置空間參考系布轿，默認(rèn)實現(xiàn)為空邏輯哮笆。
virtual CPLErr GetGeoTransform( double * padfTransform );
virtual CPLErr SetGeoTransform( double * padfTransform );
virtual void *GetInternalHandle( const char * pszHandleName );
獲取內(nèi)部特定格式的有意義句柄，默認(rèn)實現(xiàn)返回nullptr汰扭。
virtual GDALDriver *GetDriver(void);
有默認(rèn)實現(xiàn)稠肘。
virtual const char* GetDriverName();
有默認(rèn)實現(xiàn)。
virtual char **GetFileList(void);
virtual const OGRSpatialReference* GetGCPSpatialRef() const;
返回地理轉(zhuǎn)換控制點的坐標(biāo)系东且，默認(rèn)實現(xiàn)返回nullptr
virtual int GetGCPCount();
獲取地理轉(zhuǎn)換控制點數(shù)量启具，默認(rèn)實現(xiàn)返回0。
virtual const GDAL_GCP *GetGCPs();
默認(rèn)實現(xiàn)返回nullptr珊泳。
virtual CPLErr SetGCPs( int nGCPCount, const GDAL_GCP *pasGCPList, const OGRSpatialReference * poGCP_SRS );
virtual CPLErr AdviseRead( int nXOff, int nYOff, int nXSize, int nYSize, int nBufXSize, int nBufYSize, GDALDataType eDT, int nBandCount, int *panBandList, char **papszOptions );
virtual CPLErr CreateMaskBand( int nFlagsIn );
virtual GDALAsyncReader* BeginAsyncReader(int nXOff, int nYOff, int nXSize, int nYSize, void *pBuf, int nBufXSize, int nBufYSize, GDALDataType eBufType, int nBandCount, int* panBandMap, int nPixelSpace, int nLineSpace, int nBandSpace, char **papszOptions);
virtual void EndAsyncReader(GDALAsyncReader *);
virtual bool GetRawBinaryLayout(RawBinaryLayout&);
獲取數(shù)據(jù)集中原始二進(jìn)制格式的圖層鲁冯，默認(rèn)實現(xiàn)為返回空。
virtual void ClearStatistics();
virtual bool IsLayerPrivate(int iLayer) const;
通過下標(biāo)判斷該圖層是否是私有圖層色查，默認(rèn)實現(xiàn)返回false薯演。
virtual std::vector<std::string> GetFieldDomainNames(CSLConstList papszOptions = nullptr) const;
返回字段域的名稱列表，默認(rèn)實現(xiàn)是從成員變量m_oMapFieldDomains中取出所有的key秧了。
virtual const OGRFieldDomain* GetFieldDomain(const std::string& name) const;
根據(jù)名稱獲取字段域跨扮，默認(rèn)實現(xiàn)是從成員變量m_oMapFieldDomains中查找。
virtual OGRLayer *CreateLayer( const char *pszName, OGRSpatialReference *poSpatialRef = nullptr, OGRwkbGeometryType eGType = wkbUnknown, char ** papszOptions = nullptr );
創(chuàng)建新圖層，默認(rèn)實現(xiàn)是委托給ICreateLayer()衡创，而ICreateLayer()的默認(rèn)實現(xiàn)是空邏輯帝嗡。
virtual OGRLayer *CopyLayer( OGRLayer *poSrcLayer, const char *pszNewName, char **papszOptions = nullptr );
復(fù)制一個已存在的圖層，有默認(rèn)實現(xiàn)璃氢，新圖層的創(chuàng)建由ICreateLayer()完成哟玷，之后將原圖層的各項數(shù)據(jù)復(fù)制給新圖層。
virtual OGRStyleTable *GetStyleTable();
獲取數(shù)據(jù)集的樣式表一也，默認(rèn)實現(xiàn)是返回成員變量m_poStyleTable巢寡。
virtual void SetStyleTableDirectly( OGRStyleTable *poStyleTable );
直接設(shè)置樣式表，默認(rèn)實現(xiàn)是將形參直接賦值給成員變量m_poStyleTable椰苟。
virtual void SetStyleTable(OGRStyleTable *poStyleTable);
設(shè)置樣式表抑月，默認(rèn)實現(xiàn)會先delete原指針，后執(zhí)行OGRStyleTable::Clone()舆蝴。
virtual OGRLayer * ExecuteSQL( const char *pszStatement, OGRGeometry *poSpatialFilter, const char *pszDialect );
對數(shù)據(jù)源執(zhí)行SQL語句谦絮，返回執(zhí)行后得到的圖層，有默認(rèn)實現(xiàn)须误。
virtual void ReleaseResultSet( OGRLayer * poResultsSet );
釋放ExecuteSQL()后得到的結(jié)果挨稿，默認(rèn)實現(xiàn)是直接delete形參仇轻。
virtual OGRErr AbortSQL( );
virtual OGRErr StartTransaction(int bForce=FALSE);
virtual OGRErr CommitTransaction();
virtual OGRErr RollbackTransaction();
以上API提供數(shù)據(jù)集級別的事務(wù)機制京痢，可參考GDAL的RFC 54
virtual std::shared_ptr<GDALGroup> GetRootGroup() const;
默認(rèn)實現(xiàn)返回nullptr

5.OGRLayer虛函數(shù)