Transcript 计算机图形学6
1974年，美国成立了图形标准化规划委员会(GSPC， Graphics Standards Planning Committee)，提出了世界上第一个图 形标准方案Core 。 德国的GKS(Graphics Kernel System，计算机图形核心系统) 标准最为著名。 1985年，第一个国际计算机图形信息标准——计算机图形 核心系统(GKS)得以正式颁布。 三维图形核心系统(GKS-3D，Graphics Kernel System-3 Dimension)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS，Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System)、计算机图形原文件 (CGM，Computer Graphics Metafile)、计算机图形接口(CGI， Computer Graphics Interface)、初始图形交换规范(IGES，Initial Graphics Exchange Standard)以及产品数据交换标准(STEP， Standard for The Exchange of Product model data) 本章简单介绍GKSM、CGM和CGI等“低级”数据接 口和交换标准之后，着重介绍与最终用户密切相关的DXF、 IGES和STEP数据交换标准。各种计算机图形标准之间的 关系如图6.1所示。 6.1 计算机图形标准之间的关系 6.1 GKS元文件标准GKSM 6.1.1 GKSM功能 GKSM是图形核心系统标准GKS用于保存信息的 一种机制。 GKSM可实现以下几种功能： ⑴ 图形信息的存档。 ⑵ 不同GKS应用之间图形信息的传送和使用。 ⑶ 不同的图形系统之间图形信息的传送和使用。 ⑷ 异地之间图形信息的传送(利用磁盘、网络 等媒体)。 ⑸ 与图形信息相辅的由应用程序定义的非图形 信息的存储和复用。 GKS提供了一个与元文件的接口 ， 对元文件的内容和格式并无特定要求 图6.2 GKSM的写入和读出 6.1.2 GKSM生成 GKSM定义了一个明文编码方案 ，其结 构是一个逻辑数据项目的序列。如图6.3所示。 图6.3 GKSM结构 GKSM的生成： 在GKS运行中，通过一个GKSM输出工作站的“打 开”“启用”“停用”“关闭”整个过程后形成的。 图6.4 GKSM生成流程 6.1.3 GKSM输入 一个GKSM的输入由GKSM输入工作站(MI 类工作站)的“打开”“关闭”的整个过程完 成。 6.5 GKSM输入流程 6.2 计算机图形元文件标准 CGM 6.2.1 CGM功能 CGM提供了一个在虚拟设备接口上存储与传输图 形数据及控制信息的机制 ，类似于GKSM具，但是有 广泛的适用性 CGM标准由一套标准的、与设备无关的定义图形的 语法和词法元素组成。 包括功能描述 ，3种编码形式， 即字符编码、二进制数编码和明文编码 。 图6.6 CGM图形元文件结构 6.3 计算机图形接口标准CGI 6.3.1 CGI功能 CGI，图形接口标准(Computer Graphics Interface，CGI)使户程 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 。 CGI是设备级的计算机图形标准，它规定了一个CGI实现和CGI 用户之间的接口。 CGI提供了管道机制。CGI的管道分为以下3种： ⑴ 图形对象管道 ⑵ 光栅管道 . ⑶ 输入管道 CGI的功能集 ⒈ CGI控制功能集 ⒉ CGI输出功能集 ⒊ CGI图段功能集 ⒋ 输入和应答功能集 ⒌ 光栅功能集 6.3.2 光栅功能集 向量设备和光栅设备 CGI输出设备描述表中，显示类型项指定了图形设备的类型， 可以是Vector(向量)、Raster(光栅)或Other(其他)。 CGI提供的光栅操作功能包括产生、检索、修改和显示像素 数据的功能 ⑴ 光栅控制 ⑵ 光栅操作 ⑶ 光栅属性 为了方便产品的数据交换，制定了基本图 形交换规范IGES(Initial Graphics Exchange Specification) 。 制定IGES标准的目的就是建立一种信息结 构用于产品定义数据的数字化表示和通信，以 便在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交 换产品定义数据。 6.4.2 IGES元素 。IGES标准定义的文件格式将产品数据看做元 素(Entity)的文件 在IGES数据交换文件中，表示信息的基本单 位是元素，每种元素都有惟一的元素类型号与 之对应 。 在IGES标准中定义了5类元素， 1. 即曲线/曲面几何元素、 2. 构造实体几何元素、 3. 边界B-Rep实体元素、 4. 标注图形元素和结构元素。 5. 结构元素 6.4.3 IGES文件结构 ⑴ 标志(Flag)段。 ⑵ 开始(Start)段。 ⑶ 全局(Global)段。 ⑷ 元素索引(Directory Entry)段。 ⑸ 参数数据(Parameter Data)段。 ⑹ 结束(Terminate)段。 ⒈ 开始段(Start Section) 图6.7 ASCII码的IGES开始段格式 ⒉ 全局段(Global Section) • 文件的全局段包含由前置处理器写入、 后置处理器处理该文件所需的信息 ，详 细说明见书本的表6.2。 ⒊ 元素索引段(Directory Entry Section) 每种元素对应一个索引，每个索引记录含有20项，每项占 8个字符。每个索引在元素索引段中占两行，索引说明如图6.8所 示。 图6.8 ASCII码的IGES元素索引段格式 ⒋ 参数数据段(Parameter Data Section) 该段记录了每个元素的几何数据 图6.9 ASCII码的IGES参数数据段格式 ⒌ 结束段(Terminate Section) 结束段格式如图6.10所示。 图6.10 ASCII码的IGES结束段格式 6.5 DXF数据接口 • DXF是AutoCAD系统的图形数据文件，主要用于实现高级语 言编写的程序与AutoCAD系统间的连接，或其他CAD系统与 AutoCAD系统间交换图形文件。 ⒈ DXF文件结构 ⑴ 标题段 ⑵ 表段 ⑶ 块段 ⑷ 元素段 ⑸ 文件结尾 • DXF文件的每个段由若干个组构成 ，组 代码范围如表6.3所示 组代码范围 跟随值的类型 09 1059 6079 210239 999 10001009 10101059 10601079 表6.3 组代码范围 串 浮点 整数 浮点 注释 串 浮点 整数 ⒉ DXF文件接口程序设计 ⒊ DXF文件格式存在的问题: ⑴ 由于DXF文件制定得较早，因而存在很多不 足 ⑵ DXF文件格式尚不合理，文件 的处理很不方 便 所以推动了新的标准的制定 6.6 产品模型数据交换标准STEP （各种标准的演变） SET IGES VDAFS PDES PDES/STEP 6.6.1 STEP的组成 ⒈ STEP的组成 • STEP是一个关于产品数据的计算机可理 解式表示和交换的国际标准。 • STEP把所有组成部分划分成7个系列，每 个系列包括若干部分 • STEP的体系结构也分为3层 ：应用层，逻 辑层，物理层。 ⒉ STEP中性文件实现方式 STEP有3种信息处理实现方法。 ⑴ 文件交换。 ⑵ 应用编程接口。 ⑶ 数据库实现。 STEP中性文件由两部分组成，即头部 段(HEADER)和数据段(DATA)。 6.6.2 产品模型信息结构 STEP的产品模型数据覆盖产品整个生命周期的应用，并全 面定义了产品模型信息 。完整的STEP产品信息模型如图 6.11所示。 6.11 STEP产品信息模型 形状特征(Form Features)标准 形状特征层和表达层的定义，分别给出了它们 的模式(schema)。形状特征模式提供了形状表达 所需要的特性信息；表达模式则提供了形状建模 的多种方式。 ⒈ 形状特征模式 ⑴ 形状特征实体 ⑵ 形状特征元素实体 ⒉ 形状特征表达模式 ⑴ 形状建模方法 ⑵ 形状特征表达的基本类 型 6.6.3 几何与拓扑表示 几何和拓扑表示是STEP标准集成资源类的一 部分，主要用于产品标准中几何外型的显式表示 。 相关国际标准主要划分为几何、拓扑及几何形状模 型几部分 。 ⒈ 几何 ⒉ 拓扑 ⒊ 几何形状模型 6.12 STEP拓扑实体继承性框架 End of the chapter