🔥 👨🏾‍🎓 🎒 Tajima DST Machine Embroidery File FormatでのQRコード生成 🎻 ↙️ 👩🏾‍🏭

はじめに

現在、QRコード（クイックレスポンス）はさまざまな分野で広く使用されています。 QRコードの構造は、原正博によって日本で開発されました。

「Habrahabr」の読者と、機械刺繍形式Tajima DSTでQRコードを生成する方法を共有したいと思います。この方法により、QRコードの作成と、結果として得られる画像の機械刺繍デザインへの変換のための手動操作が不要になります。あなたまたはあなたの知人が刺繍機を持っている場合、結果のファイルを機械のメモリにダウンロードして刺繍を実行すると、次のものを入手できます。

問題

機械刺繍を操作するプログラムには、QRコードを生成する機能はありません。 QRコード刺繍ファイルを取得するには、最初にこれを許可するオンラインサービスでQRコード画像を取得し、次にマシン刺繍エディターを使用してステッチブロックに変換する必要があります。 1つまたは2つのQRコードの場合、このアプローチは受け入れられます。無制限の数のQRコードを生成するには、手動操作を除外する必要があります。

解決策

サードパーティのライブラリを使用してQRコードを独自に作成し、各列で取得したマトリックスを使用して、連続的に移動するマトリックスセルのステッチセットを構築します。 QRコードの品質を高めるために、サポートする正方形を個別に形成します。このため、マトリックスを6つの領域に分割します。

刺繍は、刺繍機モデルBrother NV 90Eでテストされました。

入力の説明

入力文字列は、電子名刺（VCARD）の形式である場合があり、地理的位置（GEO）に関する情報を含む場合があります。また、単なるテキストまたはURLの文字列にすることもできます。

VCARDとしての入力データ：

BEGIN:VCARD VERSION:3.0 FN:..., .    N:;;;.,... ORG:   URL:http://ru.wikipedia.org/_ EMAIL;TYPE=INTERNET:vasya.kvakin@example.com END:VCARD

VCARD形式の完全な説明はここにあります。
地理座標形式の入力データ。最初の座標は経度、2番目の座標は緯度です。

GEO:30.31616, 59.95015

アプリケーションの説明

アプリケーションはC＃で記述されています。ライブラリは、MessagingToolkit.QRCodeを使用します。これにより、着信情報行のQRコードを作成できます。ライブラリは、パッケージマネージャーコンソールを介してnuget.orgのパッケージによってインストールされます。

PM> Install-Package MessagingToolkit.QRCode

QRコードのマトリックスは、論理値の2次元配列として形成されます。

QRコードのマトリックスを受け取ったら、次のステップに進みます-それからステッチのシーケンスを形成するためのラインのリストを形成します。
行を、隙間のないQRコードの連続したセルのセットと見なします。 QRコードのサポートフレームの場合、ラインは垂直または水平のいずれかです。一連の線を使用して、ステッチのブロックを形成します。

QRコードの角に3つの参照長方形があります。マトリックスを6つの領域に分割します。最初の領域は左上の長方形で、ステッチが最初に形成されます。長方形のステッチは、一般的な場合のように垂直の列ではなく、そのすべての辺に対して順番に形成されます。次に、左上の支持長方形と左下の支持長方形の間の線にステッチが形成されます。奇数列のステッチは上から下に形成されます。偶数列の場合、ステッチは下から上に形成されます。この一連のステッチにより、下から上へ、またはその逆の長い糸の移行がなくなります。 4番目の領域は、2番目と同様に形成された最大の領域です。 5番目の領域は、右上隅にある参照長方形です。 6番目の領域は最後の領域であり、その列のステッチも形成されます。上から下、奇数から下までです。

QRCodeCreatorクラス

このクラスは、MessagingToolkit.QRCode.Codec名前空間を使用して、次のメソッドでQRコードマトリックスを生成します。

 using System.Text; using MessagingToolkit.QRCode.Codec; namespace EmbroideryFile.QRCode { internal class QRCodeCreator { public bool[][] GetQRCodeMatrix(string DataToEncode) { if (string.IsNullOrEmpty(DataToEncode)) return new bool[1][]; QRCodeEncoder qrCodeEncoder = new QRCodeEncoder(); qrCodeEncoder.CharacterSet = "UTF8"; qrCodeEncoder.QRCodeEncodeMode = QRCodeEncoder.ENCODE_MODE.BYTE; qrCodeEncoder.QRCodeScale = 1; qrCodeEncoder.QRCodeVersion = -1; qrCodeEncoder.QRCodeErrorCorrect = QRCodeEncoder.ERROR_CORRECTION.L; return qrCodeEncoder.CalQrcode(Encoding.UTF8.GetBytes(DataToEncode)); } } }

CharacterSetは、キリル文字をエンコードできるようにUTF8をインストールします。
QRCodeErrorCorrectプロパティをQRCodeEncoder.ERROR_CORRECTION.Lに設定します-エンコード中の低レベルの冗長性。

読み取り時の過剰なデータ冗長性は必要ないと考えています。
入力行にキリル文字が含まれている場合、ファイルはUTF8エンコードで保存する必要があります。
このクラスのインスタンスは、QRCodeStitcherクラスのコンストラクターで作成されます。

QRCodeStitcherクラス

このクラスでは、あらゆる種類のステッチブロックの形成が実装されていますが、これは次の手順で保証されます。

6つの領域のそれぞれについて連続線のリストを作成します。
行のリスト上の各領域のステッチ生成。

QRコードマトリックスに垂直線のリストを作成するには、垂直列のセルを調べて、現在のセルが空の結果のリストに現在の行を追加します。例外は、QRコードの端にある参照正方形です。リストの各要素には、開始点、行の終了点、その長さ、およびQRコード行列の最後の行に入る行の最下位セルの符号に関するデータが含まれます。

縦座標と横座標の軸に沿った動きの垂直線に対してステッチが形成されるとき、それらは固定値を持ちます：dX = 25; dY = 2; QRコードのセルサイズも固定されています：cellSize = 25単位。ここの単位は0.1 mmです。
ラインデータモデルは、次の構造として表示されます。

  public struct Line { public Coords Dot1 { get; set; } public Coords Dot2 { get; set; } public int Length { get; set; } public bool Lowest { get; set; } }

以下の方法は、QRコードの前述の6つの領域すべてに対してステッチのブロックを形成します。

 private List<List<Coords>> GenerateQRCodeStitchesBoxed() { var blocks = new List<List<Coords>>(); int rectSize = GetRectSize(); //    blocks.AddRange(GetRectangleSatin(0, 0, rectSize - 1, rectSize - 1)); //    blocks.Add(GenerateBoxStitchBlock(2, 2, rectSize - 4)); //       blocks.AddRange(GetSatinStitches(GetLaneList(0, rectSize + 1, rectSize, _dimension - rectSize - 1))); //    blocks.AddRange(GetRectangleSatin(0, _dimension - rectSize, rectSize - 1, _dimension - 1)); //     blocks.Add(GenerateBoxStitchBlock(2, _dimension - rectSize + 2, rectSize - 4)); //   blocks.AddRange(GetSatinStitches(GetLaneList(rectSize + 1, 0, _dimension - rectSize - 1, _dimension - 1))); //    blocks.AddRange(GetRectangleSatin(_dimension - rectSize, 0, _dimension - 1, rectSize - 1)); //     blocks.Add(GenerateBoxStitchBlock(_dimension - rectSize + 2, 2, rectSize - 4)); //      blocks.AddRange(GetSatinStitches(GetLaneList(_dimension - rectSize, rectSize + 1, _dimension - 1, _dimension - 1))); return blocks; }

GetRectangleSatin（）メソッドは、最も外側のセルの座標にステッチの正方形のブロックを作成します。

 IEnumerable<List<Coords>> GetRectangleSatin(int x1, int y1, int x2, int y2) { int LeftX = (x1 > x2) ? x2 : x1; int TopY = (y1 > y2) ? y2 : y1; int RightX = (x1 < x2) ? x2 : x1; var BottomY = (y1 < y2) ? y2 : y1; int length = RightX - LeftX; var rect = new List<List<Coords>>(); rect.Add(GenerateVerticalColumnStitchBlock(LeftX, TopY, length)); rect.Add(GenerateHorizonColumnStitchBlock(LeftX, BottomY, length)); rect.Add(ReverseCoords(GenerateVerticalColumnStitchBlock(RightX, TopY + 1, length))); rect.Add(ReverseCoords(GenerateHorizonColumnStitchBlock(LeftX + 1, TopY, length))); return rect; }

次のメソッドは、QRコードのサポート領域の内側の正方形を生成するためのQRコードを作成します。

 /// <summary> ///       /// </summary> /// <param name="cellHorizonPos">      </param> /// <param name="cellVerticalPos">      </param> /// <param name="boxSize"> </param> /// <returns> </returns> private List<Coords> GenerateBoxStitchBlock(int cellHorizonPos, int cellVerticalPos, int boxSize) { var block = new List<Coords>(); int y = 0; int x = 0; int startX = cellHorizonPos * _cellSize; int startY = cellVerticalPos * _cellSize; block.Add(new Coords { X = startX, Y = startY }); while (y < _cellSize * boxSize) { while (x < _cellSize * boxSize - _dX) { x = x + _dX; block.Add(new Coords{ X = startX + x, Y = startY + y }); } x = boxSize * _cellSize; block.Add(new Coords { X = startX + x, Y = startY + y }); y = y + _dY; while (x > _dX) { x = x - _dX; block.Add(new Coords { X = startX + x, Y = startY + y }); } x = 0; block.Add(new Coords { X = startX + x, Y = startY + y }); y = y + _dY; } return block; }

一連の垂直線のステッチのブロックは、次の方法で形成されます。

 /// <summary> ///          /// </summary> private List<List<Coords>> GetSatinStitches(List<Line> lanes) { List<List<Coords>> blockList = new List<List<Coords>>(); foreach (var lane in lanes) { List<Coords> satin = null; if (((lane.Length == 1) && ((lane.Dot1.X % 2) == 0)) || ((lane.Length > 1) && (lane.Dot2.Y > lane.Dot1.Y))) satin = GenerateVerticalColumnStitchBlock(lane.Dot1.X, lane.Dot1.Y, lane.Length); else satin = ReverseCoords(GenerateVerticalColumnStitchBlock(lane.Dot2.X, lane.Dot2.Y, lane.Length)); blockList.Add(satin); } return blockList; }

次の方法で、エリア2、4、6の行のリストが生成されます。回線終了チェックは、ConsumeRelativeCellDown（）およびConsumeRelativeCellUp（）メソッドで実行されます。

 /// <summary> ///           /// </summary> /// <param name="x1">X    </param> /// <param name="y1">Y    </param> /// <param name="x2">X    </param> /// <param name="y2">Y    </param> /// <returns></returns> private List<Line> GetLaneList(int x1, int y1, int x2, int y2) { try { if (_lines != null) _lines.Clear(); if (y1 > y2) { _topY = y2; _bottomY = y1; } else { _topY = y1; _bottomY = y2; } if (x1 > x2) { _leftX = x2; _rightX = x1; } else { _leftX = x1; _rightX = x2; } for (int j = _leftX; j <= _rightX; j = j + 2) //X { _state = false; for (int i = _topY; i <= _bottomY; i++) // Y { ConsumeRelativeCellDown(j, i); } if (j >= _rightX) break; _state = false; for (int i = _bottomY; i >= _topY; i--) // Y { ConsumeRelativeCellUp(j + 1, i); } } return _lines; } catch (Exception ex) { Trace.WriteLine(string.Format("GetLineList(): {0}",ex)); throw; } }

QRコードの偶数列の行のリストを作成するときに、ConsumeRelativeCellDown（）メソッドが呼び出されます。

 /// <summary> ///         /// </summary> /// <param name="j"></param> /// <param name="i"></param> void ConsumeRelativeCellDown(int j, int i) { if (_cells[j][i] == true) { //       if ((i == _topY)) { _dot1 = new Coords() { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _laneLen = 1; _state = true; } else if ((_state == false)) { //     if (i == _bottomY) { _dot1 = new Coords() { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _dot2 = new Coords() { X = j, Y = i }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = 1; _curLane.Lowest = true; _endLaneFlag = true; } //   else { _dot1 = new Coords() { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _laneLen = 1; _state = true; } } else if ((i == _bottomY)) { //    _dot2 = new Coords() { X = j, Y = i }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = ++_laneLen; _curLane.Lowest = true; _endLaneFlag = true; } //   else { _laneLen++; } } //  ,    else if (_state == true) { _dot2 = new Coords() { X = j, Y = i - 1 }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = _laneLen; _state = false; _endLaneFlag = true; } if (_endLaneFlag == true) { _lines.Add(_curLane); _endLaneFlag = false; } }

QRコードの奇数列の行のリストを作成するときに、ConsumeRelativeCellUp（）メソッドが呼び出されます。

 void ConsumeRelativeCellUp(int j, int i) { if (_cells[j][i] == true) { //    if ((i == _bottomY)) { _dot1 = new Coords { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _laneLen = 1; _state = true; } else if ((_state == false)) { //   if (i == _topY) { _dot1 = new Coords { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _dot2 = new Coords { X = j, Y = i }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = 1; _curLane.Lowest = true; _endLaneFlag = true; } //   else { _dot1 = new Coords { X = j, Y = i }; _curLane.Dot1 = _dot1; _laneLen = 1; _state = true; } } else if ((i == _topY)) { // end of lane at the top _dot2 = new Coords { X = j, Y = i }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = ++_laneLen; _curLane.Lowest = true; _endLaneFlag = true; } //   else { _laneLen++; } } //  ,    else if (_state) { _dot2 = new Coords { X = j, Y = i + 1 }; _curLane.Dot2 = _dot2; _curLane.Length = _laneLen; _state = false; _endLaneFlag = true; } if (_endLaneFlag) { _lines.Add(_curLane); _endLaneFlag = false; } }

偶数列は上から下に、奇数列は下から上に刺繍されます。これにより、QRコードセルの次の列に移動する際の糸の動きの長いステッチがなくなります。次のコードは、ラインにステッチを追加するためのロジックを実装しています。

 /// <summary> ///        /// </summary> /// <param name="cellHorizonPos">   </param> /// <param name="cellVerticalPos"> </param> /// <param name="length"></param> private List<Coords> GenerateVerticalColumnStitchBlock(int cellHorizonPos, int cellVerticalPos, int length) { var block = new List<Coords>(); int curX, curY; int columnLength = _cellSize * length; int startX = cellHorizonPos * _cellSize; int startY = cellVerticalPos * _cellSize; block.Add(new Coords { X = startX + _cellSize, Y = startY }); for (curY = 0; curY < columnLength; curY = curY + _dY) { for (curX = (curY == 0) ? 0 : _dX; (curX < _cellSize) && (curY < columnLength); curX = curX + _dX) { block.Add(new Coords { X = startX + curX, Y = startY + curY }); curY = curY + _dY; } int edgedX = _cellSize - (curX - _dX); int edgedY = edgedX * _dY / _dX; curX = _cellSize; curY = curY + edgedY - _dY; block.Add(new Coords { X = startX + curX, Y = startY + curY }); curY = curY + _dY; for (curX = _cellSize - _dX; (curX > 0) && (curY < columnLength); curX = curX - _dX) { block.Add(new Coords { X = startX + curX, Y = startY + curY }); curY = curY + _dY; } edgedX = curX + _dX; edgedY = edgedX * _dY / _dX; curY = curY + edgedY - _dY; block.Add(new Coords { X = startX, Y = startY + curY }); } curX = _cellSize; curY = columnLength; block.Add(new Coords { X = startX + curX, Y = startY + curY }); return block; }

QrcodeDstクラス

クラスコンストラクターで、DstFileクラスとQrCodeStitcherクラスのインスタンスが作成されます。

 public QrcodeDst() { _dst = new DstFile(); _stitchGen = new QrCodeStitcher(); }

このクラスには、次のプロパティ設定メソッドがあります。

 public QRCodeStitchInfo QrStitchInfo { set { _stitchGen.Info = value; } }

QrcodeDstクラスは、QRコードをTajima DSTマシン刺繍形式で保存するFillStreamWithDst（ストリームストリーム）メソッドを実装します。GetQRCodeStitchBlocks（）メソッドは、刺繍用のステッチブロックの形成を、最初のステッチがジャンプステッチかストップステッチかを示す追加情報とともに提供します。 QrcodeDstクラスのQrStitchInfoプロパティは、入力情報を文字列として受け取り、QRコードマトリックスを保存するためのものです。

クラスメソッドDstFile WriteStitchesToDstStream（）は、座標データのリストとStreamのインスタンスをパラメーターとして受け取り、ステッチデータをマシン刺繍形式で書き込みます。

次のコードは、ファイルからエンコード用のデータを読み取り、QrcodeDstのインスタンスを使用して、QRコードステッチのシーケンスをマシン刺繍ファイルに保存します。

 var qrcodeGen = new QrcodeDst(); using (var inputStreamReader = new StreamReader(fileName)) { var text = inputStreamReader.ReadToEnd(); using (Stream outStream = new FileStream(outputPath, FileMode.Create, FileAccess.Write)) { if (qrcodeGen != null) { qrcodeGen.QrStitchInfo = new QRCodeStitchInfo {QrCodeText = text}; qrcodeGen.FillStream(outStream); } } }

刺繍を保存するためのファイル形式については、次の段落で説明します。

DSTファイル形式

ステッチ座標をバイトに変換するために、ここからのDSTファイル形式の説明が使用されました。ステッチのシーケンスは、前のステッチに対するエンコードされたオフセットとして保存されます。つまり、ファイルには、ステッチの種類を示すスレッドを移動するための命令が保存されます。

可能なステッチタイプ：
•通常
•移行
•停止

手動で行う場合、ステッチを破り、糸を変更できます。
DSTファイルにはヘッダーがあり、ステッチデータはバイトに番号を付けるときに512バイト目から始まります
ゼロから。
ステッチは3バイトでエンコードされます：

ビット数	7	6	5	4	3	2	1	0
バイト1	y + 1	y-1	y + 9	y-9	x-9	x + 9	x-1	x + 1
バイト2	y + 3	y-3	y + 27	y-27	x-27	x + 27	x-3	x + 3
バイト3	移行	止まる	y + 81	y-81	x-81	x + 81	常にインストールされる	常にインストールされる

ジャンプビットとストップビットは同時に設定できます。これは、長い遷移とスレッドの同時変更に必要です。
DSTファイルは3バイトで終わる必要があります：00 00 F3。

以下は、前の位置を基準にしたスレッドの動きの値のステッチバイトを返すコードです。

  byte[] encode_record(int x, int y, DstStitchType stitchType) { byte b0, b1, b2; b0 = b1 = b2 = 0; byte[] b = new byte[3]; //     >+121 or < -121. if (x >= +41) { b2 += setbit(2); x -= 81; }; if (x <= -41) { b2 += setbit(3); x += 81; }; if (x >= +14) { b1 += setbit(2); x -= 27; }; if (x <= -14) { b1 += setbit(3); x += 27; }; if (x >= +5) { b0 += setbit(2); x -= 9; }; if (x <= -5) { b0 += setbit(3); x += 9; }; if (x >= +2) { b1 += setbit(0); x -= 3; }; if (x <= -2) { b1 += setbit(1); x += 3; }; if (x >= +1) { b0 += setbit(0); x -= 1; }; if (x <= -1) { b0 += setbit(1); x += 1; }; if (x != 0) { throw; }; if (y >= +41) { b2 += setbit(5); y -= 81; }; if (y <= -41) { b2 += setbit(4); y += 81; }; if (y >= +14) { b1 += setbit(5); y -= 27; }; if (y <= -14) { b1 += setbit(4); y += 27; }; if (y >= +5) { b0 += setbit(5); y -= 9; }; if (y <= -5) { b0 += setbit(4); y += 9; }; if (y >= +2) { b1 += setbit(7); y -= 3; }; if (y <= -2) { b1 += setbit(6); y += 3; }; if (y >= +1) { b0 += setbit(7); y -= 1; }; if (y <= -1) { b0 += setbit(6); y += 1; }; if (y != 0) { throw; }; switch (stitchType) { case DstStitchType.NORMAL: b2 += (byte)3; break; case DstStitchType.END: b2 = (byte)243; b0 = b1 = (byte)0; break; case DstStitchType.JUMP: b2 += (byte)131; break; case DstStitchType.STOP: b2 += (byte)195; break; default: b2 += 3; break; }; b[0] = b0; b[1] = b1; b[2] = b2; return b; }

QRコードの機械刺繍の形成はリンクで見ることができます。

QRコードの機械刺繍のソースコードをダウンロードするには、次のリンクからダウンロードできます。

刺繍ファイルを形成するコンソールアプリケーションを参照してダウンロードできます。

アプリケーションのあるフォルダーには、必要なライブラリ、実行可能ファイル、およびエンコード用の情報を含むテキストファイルがあります。

アプリケーションを実行するには、コマンドプロンプトで次を入力します。

qrcodegen.exe test.asc

アプリケーションは、アプリケーションのあるフォルダーに拡張子.DSTのファイルを生成します。 SVGベクターファイルとPNGラスターファイルを作成することができます。ファイルは、たとえばhttp://florianisoftware.comのような機械刺繍編集プログラムで開くことができます。

Tajima DST Machine Embroidery File FormatでのQRコード生成