时间：2022-11-25 16:30:01 | 来源：信息时代
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图形系统标准 : 图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准,以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准,前者称为数据及文件格式标准,后者称为子程序界面标准。图形系统标准制订的主要原则是与具体的计算机硬件无关,实现程序的可移植性。
1.ISO/IEC第一联合技术委员会第24分委员会ISO/IEC JTC1的前身为国际标准化组织信息处理技术委员会ISO-TC97,其工作包括了计算机图形标准化与数据库标准化。第24分委员会负责计算机图形系统的标准起草、指定和管理。制订的标准有:GKS、PHIGS、CGM、CGI等。
2. 图形系统标准
图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准,以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准,前者称为数据及文件格式标准,后者称为子程序界面标准。在一个计算机图形系统的分层结构中,按现行的标准进行分类时可以得出:第一级是IGES、PDES、STEP等,它管理着专用数据库和应用程序之间的数据交换,它允许将在一个CAD系统中生成的数据传递到另一个CAD系统中去进行处理; 第二级是CORE、GKS(GKS-3D)和PGIGS等,它们定义了一组子程序作为应用程序和图形实用系统之间的接口; 第三级是VDI,它规定了图形实用程序和设备驱动程序之间的接口。主要有CGI(computer graphics interface,计算机图形接口标准)等。另外,NAPLPS(north american presentation level protocal syntax)规定了一种数据传递格式,它对于在计算机系统之间进行远程传递图形是非常有效的。
3.计算机图形系统标准
(1)信息技术—计算机图形—计算机图形参考模型; ISO/IEC 11072—1992。
(2)信息技术—计算机图形和图像处理—图形核心系统(GKS); GB 9544—88; ISO 7942—1994。
(3)信息处理系统—计算机图形—三维图形核心系统(GKS-3D)的功能描述; ISO 8805—1988。
(4)能描述国家标准idt ISO 8805—1988 4信息处理系统—计算机图形—程序员层次交互式图形系统(PHIGS); ISO/IEC 9592—1989。
(5)信息处理系统—计算机图形—图形核心系统(GKS)语言联编; ISO 8651—1988。
(6)信息技术—计算机图形—三维图形核心系统(GKS)语言联编; ISO/IEC 8806—1991。
(7)信息处理系统—计算机图形—程序员层次交互式图形系统(PHIGS)语言联编; ISO/IEC 9593—1990。
(8)信息技术—计算机图形—图画描述信息的存储和转换的图形元文件;ISO 8632—1992。
(9)信息技术—计算机图形—与图形设备对话的接口技术(CGI)—功能规范;ISO/IEC 9636—1991。
(10)信息技术—计算机图形和图像处理—图形标准实现的一致性测试; ISO 10641—1993。
4. 图形系统标准分类
(1)面向图形设备的接口标准:①计算机图形元文件(CGM),(包括CRT,Mouse,…); ②计算机图形接口(CGI)或图形设备驱动程序。CGI是提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法,也是图形设备驱动程序的一种标准,在用户程序和虚拟设备之间,以一种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。
(2)面向应用软件的标准:①程序员层次交互式图形系统(PHIGS),GL(图形程序包); ②(三维)图形核心系统(3D-)GKS。
(3)面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式: ①初始图形转换规范(IGES); ②产品模型数据转换规范(STEP)。
(4)图形应用软件接口:①CGM: 1987年,与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式;规定了生成、存储、传送图形信息的格式,面向系统和系统开发者,和CGI配套提供,通用性是其关键属性。②GKS: 提供了在应用程序和图形输入/输出设备之间的功能接口,与语言无关,应用程序的所有图形资源由GKS控制(通过GKS元文件)。GKSM用于:图形信息存档; 系统传送图形信息;GKS应用程序间传送图形信息; 与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。③PHIGS: 1986年,是一个高度动态化和交互式图形系统。向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口; 图形数据按层次结构组织; 提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。④GL: 图形程序库,UNIX下运行,OpenGL—微机,分类: 基本图素; 坐标变换; 设置属性和显示方式;I/O处理; 真实图形显示。⑤IGES(initial graphics exchange specification):在不同的CAD/CAM系统之间交换数据。文件格式是ASCII码,五节: 开始节、目录入口(DE)、参数(DP)节、整体节和结束节。⑥STEP(standard for the exchange of product model data): 覆盖产品整个生命周期,强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。克服IGES中的问题和缺点。
5.三维图形的标准化
目前一些图形标准GKS只适用于接受二维数据: CORE系统虽然是二维和三维图形的标准,但尚未被采纳为国际标准。在三维图形标准化中,ISO收到两个提议: GKS-3D和PHIGS。其中GKS-3D已为ISO正式批准为国际标准,PHIGS也被批准。GKS-3D是在GKS-2D的基础上进行了功能扩充;PHIGS所采用的形式和术语与GKS类似,还包含了一些GKS没有的功能。因此,它们两者之间可以相互补充,成为一个比较理想的三维图形国际标准。
6. 核心图形系统(CORE)
由美国计算机学会图形标准化计划委员会(GSPC)提出的一个图形软件标准。早在1977年该委员会就首次提出了CORE系统。这是一个面向画线显示(随机扫描图形显示)的系统,以二维和三维图形为处理对象,并具有很强的交互式输入功能和取景功能,但它不支持光栅扫描图形技术。由于光栅扫描图形显示器业已成为标准设备,所以后来在系统中又增加了有关光栅图形学的技术以及计算机与设备之间的接口等,于是在1979年又公布了CORE的修订版。CORE系统可以支持对标记符号、直线、折线、正文和多边形等图形元素及其属性的描述,并提出作为一组可操纵元素的图形段的概念,它已为GKS所采用。一般认为,CORE系统主要是应用在高性能画线图形方面,其中高密度画线图形和三维旋转图形等的效率较高。
7. 图形核心系统(GKS)
计算机图形的第一个国际标准。它是一个为应用程序服务的基本图形系统。提供有一组用于计算机图形程序设计的功能。实际上,它可被视为是一个和系统(包括计算机、外部设备、程序设计语言、应用软件)无关的图形软件接口。其开发略晚于CORE系统,1977年,原联邦德国的标准化协会(DIN)的一个小组首先提出了一个GKS草案,1980年被推荐为联邦德国的国家标准,此后又被ISO作为计算机图形的二维国际标准草案,经修改、补充后,1985年才正式公布为国际标准ISO 7942。按照所实现的功能,GKS中提出了九种不同的输入、输出级别。其基本概念包括有: 输出原语、输出属性、图段、工作站、逻辑输入设备等。六种输出原语(或图元)为: 折线(polyline)、多点标记(polymarker)、正文(text)、填充区(fillarea)、单元阵列(cell array)和广义绘图图元(generalized drawing primitive)等;所谓工作站的概念是对各种图形输入、输出设备的抽象。GKS提供了三种坐标系,即世界坐标系、规格化设备坐标系(NDC)和设备坐标系(DC),并定义了坐标系之间的转换。此外,还提供了用于存储或在不同GKS应用之间传送图形信息的GKS元文件-GKSM。现在,GKS已在一些用于图形处理的计算机系统上得到实现,其推广使用大大地改善了图形软件和应用软件的可移植性,并进一步推动了计算机图形学的发展和应用。
8.三维GKS(GKS-3D)
ISO公布的三维图形国际标准之一(另一个是PHIGS),是对二维图形国际标准GKS的扩充。它保留了GKS的一些主要概念和特点,对于二维GKS的应用程序,不必做任何修改就可在三维GKS下执行,并且结果相同。GKS-3D的扩充功能包括: 与三维图形有关的输出原语、三维观察功能、对隐藏的可选支持、用于三维图形的观察参考坐标系(view reference coordinates)。其分级与GKS相同。
9.初始图形交换规范(initial graphics exchange specification,IGES)
应用广泛的数据交换标准,其目标是在不同的CAD系统之间可以方便地传输产品定义数据。它是由美国国家标准局在1979年组织研制开发,其第1版是在1981年作为ANSI标准的一部分,第3版于1987年8月被批准为美国国家标准,以后又相继提出了4.0和5.0版。IGES标准是以实体概念为基础,将实体分为几何实体、注释实体和结构实体三类,并对各种实体都规定了类型号和各种参数。IGES是图形数据库与应用程序之间的接口,它规定了用于数据传输的文件格式。这是可以用ASCII或二进制来表示的顺序文件,由5个(或6个)段组成,它们分别是: 标志段(可选的)、开始段、全局参数段、目录条目段、参数数据段和结束段。用IGES格式在不同的CAD系统之间传输数据需要两个步骤:首先由一个系统的前处理器将数据转换为IGES格式文件,然后由另一系统的后处理器将IGES文件转换为其内部格式。
10.程序员层次交互图形标准(PHIGS)
ISO付诸实施的三维图形国际标准之一,规定了应用程序对设备无关的图形环境的接口。PHIGS保留了GKS中的许多概念,包括基本图元及其属性类型,逻辑输入设备等,其图形数据以结构(structure)方式进行组织,结构的组成成分(元素)可包括有输出原语、属性、变换矩阵和结构的引用; 对结构中的组成成分可进行编辑、插入、删除等操作。结构通过引入另外的结构而构成分层结构网,工作站则通过遍历结构来显示图形。在遍历时,属性是随结构成分的顺序处理而改变的,对同一图元,可以以不同的属性多次显示,属性值可通过结构的上下关系被继承,子结构可以继承父结构,反之不然。PHIGS还有一个功能很强的观察流水线,它能将在模型坐标系中定义的一个或几个物体映射到设备坐标系中的图像。
11.产品模型数据交换标准(STEP)
ISO用于CAD/CAM数据交换的国际规范,规定用于CAD/CAM数据交换的产品规范的外部表现及其生成结构。在数据交换方面应用最广的IGES,由于其发展受到限制,因此,在20世纪80年代中期,ISO决定研制国际标准,以适应产品模型的数据交换等要求。STEP的制定是遵循三层结构(应用层、逻辑层和物理层)的原则,采用形式定义语言描述应用领域的要求模型;定义集成的产品信息模型,形成对特定应用领域的数据描述,并对形成的文件结构或生成的数据库结构进行描述。该标准支持了广泛的应用领域,适应了数据文件交换的需要,也提供了建立、共享产品数据库的基础。
12. 计算机图形接口(CGI)
ISO的计算机图形接口标准是处于图形软件与图形设备之间的接口,分为功能描述标准和数据流编码标准两部分。功能描述包括一些用于传输信息的功能: 输出图形原语、控制图形原语属性、查询图形设备特性和状态、控制设备等。数据流编码标准为CGI功能的编码表示。计算机图形接口的标准化可以便于图形系统软件在不同设备上的移植。
13. 开放的图形程序接口(OpenGL)
这是一种新型的三维图形开发标准,是从事三维图形开发工作的必要工具,其稳定性、可靠性、可扩展性等特点,赋予了其强大的生命力和应用前景,OpenGL已经广泛应用于在CAD/CAM/CAE、医学图像处理、虚拟现实、娱乐、广告等领域。
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