第2章 图形的标准化和窗口系统

Computer Graphics 16
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
GKS中的图形输入与输出
六种输入功能
定位、笔划、取值、选择、拾取、字符串
可在请求、采样、事件三种模式中操作
六种输出图素
折线（Polyline）、相同符号集 （Polymarker）、文本（Text）、填充区 （Fill Area）、单元阵列（Cell Array）、 一般图素（GDP：Generalized Drawing Primitive）
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
IGES实体
允许在CAD/CAM系统之间进行产品数据交换 的文件结构至少要支持产品的几何数据、标注 和数据组织方式的通信。IGES标准定义的文 件格式将产品数据看作独立于应用的实体 （Entity）的集合
在IGES标准中定义了五类实体：
曲线和曲面几何实体 构造实体几何CSG实体 边界B-Rep实体 标注实体 结构实体
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
PHIGS
(Programmer’s Hierarchical
Interactive Graphics System)
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。 是一个高度动态化和交互式图形系统
计算机图形学
1893
图形的标准化和 窗口系统
武汉大学国际软件学院 周松涛
stzhou.cg@gmail.com
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
图形系统标准
图形标准：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。
面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文 件格式：
基本图形转换规范（IGES） 产品数据转换规范（STEP）
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Computer Graphics 4
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
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图形标准的作用
应用系统
数据库 IGES,STEP GKS, PHIGS, Open GL
图形系统
CGI
设备 驱动
设备 驱动
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设备 驱动
元文件 输出程序
CGM
元文件 输入程序
Computer Graphics 5
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
CGI
(Computer Graphics Interface)
计算机图形接口标准是ISO TC97组提出的图 形设备标准。CGI是一个针对图形设备接口， 而不是应用程序接口的交互式计算机图形标准。 CGI的目标是使应用程序和图形库直接与各种 不同的图形设备相作用，使其在各种图形设备 上不经修改就可以运行，即在用户程序和虚拟 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。
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Computer Graphics 6
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
CGM
(Computer Graphic Metafile)
不同的系统与系统之间、应用程序与应用程序间 产生的图形信息共享问题是计算机图形标准化的 方向之一。1980年开始，美国国家标准委员会 ANSI和国际标准化组织ISO专门成立了标准化组 着手计算机图形元文件标准的制定，并于1987年 正式成为ISO标准。
1893
GKS详细介绍
GKS的功能
控制功能（对工作站的控制） 输出功能 输出属性 变换功能（规格化变换和工作站变换） 图段功能（增删改、拷贝、属性等的控制） 输入功能 询问功能（询问状态表、描述表、出错表等） 实用程序，实现几何变换 元文件处理 出错处理
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Computer Graphics 17
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
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Computer Graphics 18
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
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Computer Graphics 19
可变换性，可见性，醒目性，可检测性，优先级可控 性
方便对一组图元进行二维坐标变换，提供不同工作站 上的图段传输
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Computer Graphics 20
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
GKS的分级管理
九级管理，从L0a～L2c
每一级有相应的适应领域和必备设备，并向上 兼容
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Computer Graphics 24
计算机图形学
网络透明性
图形的标准化和窗口系统
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建立在客户/服务器模型上的网络透明性是 OpenGL的固有特性，它允许一个运行在工作 站上的进程在本机或通过网络在远程工作站上 显示图形。利用这种性质能够均衡各工作站的 工作负荷,共同承担图形应用任务。
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Computer Graphics 10
计算机图形学
GL
图形的标准化和窗口系统
1893
(Graphics Library)
图形程序库(Windows下为OpenGL) 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。
CGM提供了一个在虚拟设备接口上存贮与传输图 形数据及控制信息的机制，它具有广泛的适用性， 大部分的二维图形软件都能够通过CGM进行信息 存贮和交换。
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Computer Graphics 7
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
Байду номын сангаасCGM的功能如下：
提供图形存档的数据格式
提供一种以假脱机方式绘图的图形协议
为图形设备接口标准化创造条件
便于检查图形中的错误，保证图形的质量 提供了把不同图形系统所产生的图形集成到
一起的一种手段
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Computer Graphics 8
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
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GKS
(Graphics Kernal System)
克服IGES中的问题和缺点
IGES过于冗长，有些数据也不能表达，网络传 输等问题
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Computer Graphics 14
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
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STEP的产品模型数据是覆盖产品整个生命周期 的应用而全面定义的产品模型信息；
产品模型信息包括进行设计、分析、制造、测试、 检验零件或机构所需的几何、拓扑、公差、关系、 属性和性能等信息，也包括一些和处理有关的信 息；
GKS-3D
对GKS-2D进行扩充，增加13个三维相关功能
增加观察坐标系和规格化投影坐标系
二、三维功能可混合应用
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Computer Graphics 21
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
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OpenGL介绍
OpenGL是一个功能强大的开放图形库（Open Graphics Library）。其前身是SGI公司为其图 形工作站开发的IRIS GL。为使其能够更加容易 地移植到不同的硬件和操作系统，SGI开发了 OpenGL。
从程序开发人员的角度来看，OpenGL是一组绘 图命令的API集合。利用这些API能够方便地描述 二维和三维几何物体，并控制这些物体按某种方 式绘制到显示缓冲区中。
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Computer Graphics 22
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图形的标准化和窗口系统
1893
OpenGL特点
作用：方便不同系统间的数据交换；方便 程序移植；硬件隔离，实现图形系统的硬 件无关性。
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Computer Graphics 2
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
图形标准历史
20世纪70年代初，开始研究计算机图形软件功能标准化 问题；
1974年美国成立了图形标准化规划委员会（GSPC），提 出了其提出了世界上第一个图形标准方案Core。同期， 德国制订出著名的GKS标准；
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
1893
GKS中的工作站
逻辑概念，具有逻辑上的矩形绘图区域
六种工作站：输入、输出、输入输出、独立图段存储、 元文件输入、元文件输出
GKS中的坐标系
三种：用户坐标系（WC），设备坐标系（DC），规 格化的设备坐标系（NDC）
图段
具有相同属性的一组输出图元的集合（早期概念）
1980年，由美国国家标准局主持成立了由波音公 司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了 IGES;
1982,1988 IGES 4.0, IGES 5.0
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
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Computer Graphics 12
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Computer Graphics 11
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
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IGES (Initial Graphics
Exchange Specification)
CAD/CAM系统的不同，提出了在各个系统中进 行产品信息的交换的要求，从而导致了产品数据 交换标准的制订;
Computer Graphics 3
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图形的标准化和窗口系统
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图形系统标准分类
面向图形设备的接口标准：
计算机图形元文件(CGM)，(CRT,绘图仪,打印机，…) 计算机图形接口(CGI)，（设备驱动程序）
面向应用软件的标准：
程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL (图形程序包) （三维）图形核心系统（3D-)GKS
STEP的产品模型对于生产制造，直接质量控制 测试和支持产品新功能的开发提供了全面的信息。 其中形状特征信息模型是STEP的产品模型的核 心是，在此基础上可以进行各种产品模型定义数 据的转换。
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Computer Graphics 15
计算机图形学
图形的标准化和窗口系统
跨平台特性
OpenGL与硬件、窗口和操作系统是相互独立 的。为了构成一个完整功能的图形处理系统， 其设计实现共分 5 层：图形硬件、操作系统、 窗口系统、 OpenGL和应用软件。
因而， OpenGL可以集成到各种标准窗口和 操作系统中。例如，操作系统包括UNIX， Windows NT， Windows 95/98， DOS等； 窗口系统包括X Windows， Microsoft Windows等。
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
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Computer Graphics 9
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Computer Graphics 23
计算机图形学
应用的广泛性
图形的标准化和窗口系统
1893
OpenGL是目前最主要的二、三维交互 式图形应用程序开发环境，已成为业界 最受推荐的图形应用编程接口。自从 1992年发表以来，OpenGL已被广泛地 应用于CAD/CAM、三维动画、数字图像 处理以及虚拟现实等领域，三维动画软 件3D Studio Max就是突出的代表。无论 是在PC机上，还是在工作站甚至是大型 机和超级计算机上，OpenGL都能表现出 它的高性能和强大威力。
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Computer Graphics 13
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图形的标准化和窗口系统
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STEP
(Standard for the Exchange of
Product model Data)
覆盖产品整个生命周期，包括设计、制造、 使用、维护、报废等。
强调建立能存入数据库中的一个产品模型 的完整表示。
1985年计算机图形信息标准既计算机图形核心系统 （GKS）正式颁布；
之后，三维图形核心系统（GKS-3D）、程序员层次交互 式图形系统（PHIGS）、计算机图形原文件（CGM）、 计算机图形接口（CGI）、初始图形交换规范（IGES）以 及产品数据交换标准（STEP）等相继制订并颁布。
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