基于XML的可升级矢量图像(SVG)浅析

基于XML的可升级矢量图像(SVG)浅析  

  
 
 吴高峰 (wugfeng@263.net)

上海大学计算机系

2001 年 8 月

SVG是基于XML的专门为网络而设计的图像格式。本文给出了SVG的几个简单例子，并与其它矢量图形格式VML、PDF、SWF进行比较，展示了 SVG的优点和美好前景。

一、什么是SVG

SVG(Scable Vector Graphics，可升级矢量图像)是一种基于XML的开放的矢量图形描述语言。SVG图像是与XML1.0兼容的文档，SVG元素是指示如何绘制图像的一些指令，阅读器(Viewer)解释这些指令，把SVG图像在指定设备上显示出来。使用SVG可以在网页上显示出各种各样的高质量的矢量图形，支持很多您想象得出的功能：几何图形、动画、渐变色、滤镜效果等。最关键的是，它是完全用普通文本来描述的！也就是说，这是一种专门为网络而设计的基于文本的图像格式。

1999年2月，SVG草案出台，经过不断地修改更新，最终形成了第一份实验性的实现规范。2001年7月，W3C正式发布了SVG图像格式建议书，这就是SVG1.0规范。目前，该规范是被提议的推荐标准，到8月底将成为W3C的正式推荐标准。W3C对SVG的解释是：SVG是一种使用XML来描述二维图像的语言。它允许3种形式的图像对象存在，分别是矢量图形、点阵图像和文本。各种图像对象能够组合、变换，并且能修改其样式，也能够定义成预处理对象。文本是XML名字空间中的有效字符，这些字符能被作为SVG图像的关键字而存留在搜索引擎中。SVG的功能包括嵌套变换、路径剪裁、透明度处理、滤镜效果以及其他扩展，同时，SVG支持动画和交互，也支持完整的XML的DOM接口。任何一种SVG图像元素都能使用脚本来处理类似于鼠标单击、双击以及键盘输入等事件。因为同Web标准兼容的缘故，SVG还能够在同一个Web页面里凭着继承自XML的名字空间等特性来完成一系列交互操作。

二、SVG都有哪些优点

基于XML标准

XML是公认的下一代网络标记语言，拥有无穷的生命力。SVG在最开始设计的时候就基于XML，这使得它具有一种先天的优势，并且同HTML、CSS、DOM、XSL、JavaScript、CGI一样，成为新的标准。

高质量的图像

由于基于矢量，使得SVG图像的质量得到大大的提高。放大、缩小以及各种特效都比位图的表现要好，在打印的时候，完全可以以印刷质量输出图片。SVG图像在客户端动态绘制，用户可以随意调整图像的一些参数而不会导致图像模糊。SVG图像的大小只与图形的复杂程度有关，而与图形的具体尺寸无关。

灵活易用的文件格式

SVG主要由３个部分组成：矢量图形、位图和文字。由于SVG文件是以文本的形式（XML）存放的，更改起来是非常方便的。也就是说，可以不用任何图像处理工具，仅仅用记事本就可以生成一个SVG图像！在页面运行的过程中，我们也可以对很多部分做修改。而其中的图形描述又可以被任何人重复的使用。

支持交互和动画

SVG支持SMIL（synchronized multimedia integration language），使得用户可以自由的同SVG中的元素完成一些交互的动作，从而完成既定的目标，这一点在目前单独依靠图片是完成不了的，需要由网页中的Script语句来实现。

支持字符查找

查找"图片"中的字符，在SVG中成为可能。而这在其它格式的图片文件中则是不可思议的？！

支持Xlink 和Xpointer

这意味着我们可以在SVG文档之间制作超链接，这使我们拥有一种能力，可以制作一个完全由SVG构成的WEB站点！这个站点可以包含图片、文本以及拥有与用户进行交互的能力。Andrew Watt就制作了世界上第一个这样的全SVG站点(http://www.svgspider.com) .当然你首先得要安装一个SVG的阅读器，推荐使用Adobe公司的Adobe SVG Viewer 2.0 ,但它只能用在MS Windows和MacOS上。使用一个合适的Java虚拟，Apache的Batik viewer可以运行在任何平台上。

看到这么多优点，是不是觉得不可思议？好，下面我们从几个小例子着手，揭开SVG的神秘面纱。

三、SVG的几个简单例子

任何人可以利用一个记事本来创建和编辑SVG图像，但有时这样做会很复杂。现在有越来越多的工具开始支持SVG编码，可以减轻我们的工作。比如：从Adobe Illustrator 9.0和CorelDraw9开始就可以制作极度复杂的SVG图形。虽然SVG的语法和格式仍是XML规范的一部分，但SVG有其自己的一些基本概念、SVG的渲染模型、SVG数据类型与坐标系设置等，详细内容请参照参考资料。

一个最简单的例子：

<?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?>
<!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 20000303 Stylable//EN"
"http://www.w3.org/TR/2000/03/WD-SVG-20000303/DTD/svg-20000303-stylable.dtd">
<svg xml:space="preserve" width="5.5in" height="5in">
<rect style="fill:#ff13e2;" width="250" height="100"/>
<text style="fill:blue;" y="15">Hello World!</text>
<path d="M 50 50 L 250 30 L 200 90 z"/>
</svg>

例1 一个SVG的基本图形例子

SVG文档(通常以后缀.svg存放)总是以根元素开始。和标记内是SVG的图像描述语句。我们可以定义一个视口坐标系和用户坐标系，缺省的情况下两者是一致的，度量单位也相同，如果属性值没有带单位，则使用用户坐标系的长度单位-像素（px）。大多数情况下，用户坐标系的原点处在视口的左上角，X轴的正向朝右，Y轴的正向朝下，即如果不进行坐标变换，一切渲染都是以初始坐标系为准。例1中的SVG首先画了一个矩形，然后写了一段文字，接着利用路径元素画了一个三角形，最后显示效果如图1所示：

图1 在浏览器中显示例1的结果

SVG提供了一种通用的路径式元素（path），可以用来创建庞大复杂的图像对象，像电子设计、流程图、统计绘画等领域有大量固定的符号，SVG不可能全部囊括。SVG规范允许用户定义自己的符号，可以将自定义的符号创建、重用、发布而不需要其他额外的手段，更不需要一个什么委员会来批准注册，这种自由灵活的风格更加扩展了SVG的功能。

SVG提供的另一个很重要的功能是超级链接。在HTML网页中，图像和链接是分离的，图像作为外部文件而存在，链接则在HTML中说明，这样虽然有灵活和可重用的优点，却不易管理。而Flash的SWF矢量格式则相反，图像中内嵌链接，两者成为一个整体，虽然方便，但却不能重用。SVG则综合了两者的优点，其超级链接以明文的形式内嵌于文档内部，在形式上是一个整体，而且也有利于修改。由于SVG是基于XML的，象"xlink" 和 "xpointer"等都是XML特有的，所以SVG就自然而然获得了XML所定义的链接的好处和功能。

把例1稍做修改，对那个黑三角加上一个超级链接，如例2所示：
......
<a xlink:href="http://www.shu.edu.cn/">
<path d="M 50 50 L 250 30 L 200 90 z"/>
</a >
......

例2 超级链接的例子

当鼠标指针移到黑三角上时就变成了手的形状，状态栏上也显示了此链接所指向的URL。例2只是一种常见的情况，实际上SVG中超级链接标志符的定义格式有3种：

通过SVG元素的"id"属性对元素进行链接与标识。如somfile.svg#someplace。

使用与XML兼容的"xpointer"。如somefile.svg#xpointer(id("someplace"))。

使用SVG的"viewBox"说明。

SVG作为一种适用于网络的图像格式，不仅仅在于它的体积小、易修改、可缩放等与普通矢量图形一样的优点，还在于它添加有针对网络的交互功能。SVG图像可以内嵌交互定义。单独的一个SVG文件和一个客户端的SVG解释器便可以完成网页中链接、动画、交互等大部分功能。与Flash的SWF格式基于"帧"的二进制数据流不同，SVG是完全基于ASCII字符的文本。例3是一个交互的例子。

<?xml version="1.0" standalone="no"?>
<!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 20000303 Stylable//EN"
 
"http://www.w3.org/TR/2000/03/WD-SVG-20000303/DTD/svg-20000303-stylable.dtd">
<svg width="6cm" height="5cm" viewBox="0 0 600 500">
<script><![CDATA[
 function rect_mousemove(evt){
   var rect01 = evt.target;
   var currentwidth = rect01.getAttribute("width");
   var currentheight = rect01.getAttribute("height");
   rect01.setAttribute("width",currentwidth*2);
   rect01.setAttribute("height",currentheight*2);
 }
 function rect_mouseout(evt){
 //.....
 }
]]>
</script>
<rect x="100" y="100" height="100" width="200"
      onmouseover="rect_mousemove(evt)"
      onmouseout="rect_mouseout(evt)"/>
</svg>

例3 SVG利用<script>元素进行交互的例子

<script>元素中定义了两个函数来分别响应鼠标的两个事件。关于SVG中脚本的语句，读者可以参考有关JavaScript的书籍。

SVG不但能够实现交互，而且能够实现动画。动画与交互在某些方面是相通的，比如都可以利用脚本语句来执行一些动态效果，都能实现可视化元素的增、删、改等功能。只是交互一般由事件来触发，而动画可以"我行我素"，不需要外界干涉。SVG中的动画只说明某个属性或样式的值在动画过程中的起止时刻、变化速度等关键参数，动画的中间效果完全靠SVG客户端解释程序来渲染完成，因此其生成的动画文件有着比SWF格式的文件更加短小精悍的优点。关于动画，本文就不举详细的例子了，有兴趣的读者可参见参考文献6。

四、SVG、VML、FLASH、PDF之间的比较

过去在XML矢量图形的发展上，有两派人马互相较劲。一派以Adobe为首，提倡PGML，另一派由微软、MacroMedia为代表，鼓吹VML(IE5以上支持VML)，在这两套提案呈递给W3C后，W3C融合各家之长，促成了SVG的诞生。

SVG建立于纯文字格式的XML之上，直接继承了XML的特性，简化异质系统间的信息交流，方便数据库的存取。SVG可以直接融入XML和XHTML网页中，可以直接利用浏览器已有的技术，如CSS、DOM、Javascript，达到动画及DHTML般的动态效果，支持单向和多向链接等等。更重要的是SVG是W3C制定的网络标准，不受单一的公司控制。

MacroMedia Flash 的SWF格式提供矢量和动画功能，但Flash必须要依靠浏览器外挂程序(插件:Plug-ins)，而且因为Flash的格式是二进制的，Flash中的文字内容无法让使用者在浏览器中做字符串搜索，这样的网页也无法让搜索引擎索引来供用户做全文检索。此外，高互动性的多媒体动画，往往需要编程来实现，在这一点上Flash也有先天的不足，Flash和JavaScript之间的互动，只能通过比较狭窄的FSCommand来做桥梁。当然，尽管Flash有上述这些缺陷，但时至今日，它仍是网上矢量动画最好的解决方案。

PDF(Portable Document Format，便携文件格式)是由Adobe公司开发而成的一种电子文档格式。它可以将文字、字型、格式、颜色、图形图像、超文本链接、声音、动态图像等信息封装在一个文件当中。PDF从页面描述语言PS(PostScript)发展而来，具有与PS几乎相同的页面描述能力和相似的描述方法。但与PS不同的是，PDF除了能描述复杂版面外，还具有交互功能(如超链接、交互表单等)、页面随机存取及字体仿真描述等特性。因此，PDF不仅适合印刷出版，而且也适合电子出版。PDF文件特别适合打印以及在屏幕上阅览，具有加密功能以及能够跨平台创建和阅览，支持全文检索。但是，由于PDF不是基于XML格式的，因此也就丧失了XML所能带来的所有好处和优点，例如我们可以仅用一个记事本就可以创建或修改一个SVG文档，而制作一个PDF文档呢，主要途径不外乎有3个：用专门的PDF制作工具软件进行制作；将包含有Postscript页面描述语言的文件转换成PDF文档；利用转换工具把其他格式文件(如DOC、HTML等)转换成PDF文档。相比之下，优劣立现。另外PDF不能制作动画，所以PDF的流行范围也仅限于电子文档的发布。

五、SVG的美好前景

统一的标准和开放性是SVG的强大生命力所在。我们可以想象SVG流行起来以后的景象：由于XML的Parser是可以免费得到的，而且标准也是公开的，所以除了将SVG应用在网页上或作为独立应用程序执行外，它应该可以跑在任何标准设备上。会有那么一天，你在出差前在Illustrator里面制作一张图片，然后作为附件发送给公司的同事。公司的同事在收到以后，如果需要在图片的文字上作一些改动，她就会直接用写字板程序打开你的图片文件，改正需要改动的文字，再保存起来。由于你已经到达外地，而又不能马上接入互联网，所以你的同事会直接把图片发送到你的手提电话上。你的支持SVG的手提电话会直接在屏幕上显示你想要看到的图片，这时你发现你画的圆的比例不太正确，不过没有问题，你并不需要一个大型的制图软件，你需要的只是手提电话里面内置的一个文本编辑器就能够完成修改了。

相信我，有一天（这一天可能不远的，因为今天我们已经有了SVG，我们还会不断的有新的标准），你可能会煞有介事的从手提电话向你的冰箱传送图片，仅仅是为了更改你已经看的不耐烦了的液晶操作面板。

由于SVG使用XML语法，我们可以使用XSLT从XML数据中生成SVG。我们还可以很容易地对以XML格式存放的数据制作一个图形表示。例如，对于一个包含玩具生产商所占市场份额的XML文档，我们可以用SVG创建一个饼图来方便比较！

记住，这一切的前提就是：公开的，标准化的，跨平台的时代的到来。

一些有用的链接

http://www.SVGSpider.com - 世界上第一个全部用SVG制作的网站,该网站有许多非常好的例子,推荐访问.

http://www.adobe.com/svg/ - 可以从这个站点下载Adobe SVG Viewer,另外还有许多 Adobe's SVG 工具的链接, 和SVG的例子.

http://www.kevlindev.com - 该网站有非常有用的SVG教程.

http://www.w3.org/TR/SVG/ - 有最新的SVG规范.

一些主要的SVG图像阅读器,制作以及转换工具 

参考资料

• W3C Scalable Vector Graphics (SVG) http://www.w3.org/Graphics/SVG/
  
• Scalable Vector Graphics (SVG) Specification - http://www.w3.org/TR/SVG/
  
• Adobe on SVG http://www.adobe.com/svg
  
• SVG in Gnome http://www.levien.com/svg/
  
• SVG Brings Fast Vector Graphics to Web
  
• 基于XML的SVG应用指南 北京科海培训中心