圖形系統(tǒng)標準(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-11-25 16:30:01 | 來源：信息時代

時間：2022-11-25 16:30:01 來源：信息時代

    圖形系統(tǒng)標準 : 圖形系統(tǒng)及其相關應用系統(tǒng)中各界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準,以及供圖形應用程序調用的子程序功能及其格式標準,前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標準,后者稱為子程序界面標準。圖形系統(tǒng)標準制訂的主要原則是與具體的計算機硬件無關,實現(xiàn)程序的可移植性。
1.ISO/IEC第一聯(lián)合技術委員會第24分委員會ISO/IEC JTC1的前身為國際標準化組織信息處理技術委員會ISO-TC97,其工作包括了計算機圖形標準化與數(shù)據(jù)庫標準化。第24分委員會負責計算機圖形系統(tǒng)的標準起草、指定和管理。制訂的標準有:GKS、PHIGS、CGM、CGI等。
2. 圖形系統(tǒng)標準
圖形系統(tǒng)及其相關應用系統(tǒng)中各界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準,以及供圖形應用程序調用的子程序功能及其格式標準,前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標準,后者稱為子程序界面標準。在一個計算機圖形系統(tǒng)的分層結構中,按現(xiàn)行的標準進行分類時可以得出:第一級是IGES、PDES、STEP等,它管理著專用數(shù)據(jù)庫和應用程序之間的數(shù)據(jù)交換,它允許將在一個CAD系統(tǒng)中生成的數(shù)據(jù)傳遞到另一個CAD系統(tǒng)中去進行處理; 第二級是CORE、GKS(GKS-3D)和PGIGS等,它們定義了一組子程序作為應用程序和圖形實用系統(tǒng)之間的接口; 第三級是VDI,它規(guī)定了圖形實用程序和設備驅動程序之間的接口。主要有CGI(computer graphics interface,計算機圖形接口標準)等。另外,NAPLPS(north american presentation level protocal syntax)規(guī)定了一種數(shù)據(jù)傳遞格式,它對于在計算機系統(tǒng)之間進行遠程傳遞圖形是非常有效的。
3.計算機圖形系統(tǒng)標準
(1)信息技術—計算機圖形—計算機圖形參考模型; ISO/IEC 11072—1992。
(2)信息技術—計算機圖形和圖像處理—圖形核心系統(tǒng)(GKS); GB 9544—88; ISO 7942—1994。
(3)信息處理系統(tǒng)—計算機圖形—三維圖形核心系統(tǒng)(GKS-3D)的功能描述; ISO 8805—1988。
(4)能描述國家標準idt ISO 8805—1988 4信息處理系統(tǒng)—計算機圖形—程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS); ISO/IEC 9592—1989。
(5)信息處理系統(tǒng)—計算機圖形—圖形核心系統(tǒng)(GKS)語言聯(lián)編; ISO 8651—1988。
(6)信息技術—計算機圖形—三維圖形核心系統(tǒng)(GKS)語言聯(lián)編; ISO/IEC 8806—1991。
(7)信息處理系統(tǒng)—計算機圖形—程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)語言聯(lián)編; ISO/IEC 9593—1990。
(8)信息技術—計算機圖形—圖畫描述信息的存儲和轉換的圖形元文件;ISO 8632—1992。
(9)信息技術—計算機圖形—與圖形設備對話的接口技術(CGI)—功能規(guī)范;ISO/IEC 9636—1991。
(10)信息技術—計算機圖形和圖像處理—圖形標準實現(xiàn)的一致性測試; ISO 10641—1993。
4. 圖形系統(tǒng)標準分類
(1)面向圖形設備的接口標準:①計算機圖形元文件(CGM),(包括CRT,Mouse,…); ②計算機圖形接口(CGI)或圖形設備驅動程序。CGI是提供控制圖形硬件的一種與設備無關的方法,也是圖形設備驅動程序的一種標準,在用戶程序和虛擬設備之間,以一種獨立于設備的方式提供圖形信息的描述和通信。
(2)面向應用軟件的標準:①程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS),GL(圖形程序包); ②(三維)圖形核心系統(tǒng)(3D-)GKS。
(3)面向圖形應用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件格式: ①初始圖形轉換規(guī)范(IGES); ②產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉換規(guī)范(STEP)。
(4)圖形應用軟件接口:①CGM: 1987年,與設備無關的語義、詞法定義的圖形文件格式;規(guī)定了生成、存儲、傳送圖形信息的格式,面向系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)者,和CGI配套提供,通用性是其關鍵屬性。②GKS: 提供了在應用程序和圖形輸入/輸出設備之間的功能接口,與語言無關,應用程序的所有圖形資源由GKS控制(通過GKS元文件)。GKSM用于:圖形信息存檔; 系統(tǒng)傳送圖形信息;GKS應用程序間傳送圖形信息; 與圖形信息相關的非圖形信息的存儲和復用。③PHIGS: 1986年,是一個高度動態(tài)化和交互式圖形系統(tǒng)。向應用程序員提供的控制圖形設備的圖形系統(tǒng)接口; 圖形數(shù)據(jù)按層次結構組織; 提供動態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。④GL: 圖形程序庫,UNIX下運行,OpenGL—微機,分類: 基本圖素; 坐標變換; 設置屬性和顯示方式;I/O處理; 真實圖形顯示。⑤IGES(initial graphics exchange specification):在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。文件格式是ASCII碼,五節(jié): 開始節(jié)、目錄入口(DE)、參數(shù)(DP)節(jié)、整體節(jié)和結束節(jié)。⑥STEP(standard for the exchange of product model data): 覆蓋產(chǎn)品整個生命周期,強調建立能存入數(shù)據(jù)庫中的一個產(chǎn)品模型的完整表示?？朔蘒GES中的問題和缺點。
5.三維圖形的標準化
目前一些圖形標準GKS只適用于接受二維數(shù)據(jù): CORE系統(tǒng)雖然是二維和三維圖形的標準,但尚未被采納為國際標準。在三維圖形標準化中,ISO收到兩個提議: GKS-3D和PHIGS。其中GKS-3D已為ISO正式批準為國際標準,PHIGS也被批準。GKS-3D是在GKS-2D的基礎上進行了功能擴充;PHIGS所采用的形式和術語與GKS類似,還包含了一些GKS沒有的功能。因此,它們兩者之間可以相互補充,成為一個比較理想的三維圖形國際標準。
6. 核心圖形系統(tǒng)(CORE)
由美國計算機學會圖形標準化計劃委員會(GSPC)提出的一個圖形軟件標準。早在1977年該委員會就首次提出了CORE系統(tǒng)。這是一個面向畫線顯示(隨機掃描圖形顯示)的系統(tǒng),以二維和三維圖形為處理對象,并具有很強的交互式輸入功能和取景功能,但它不支持光柵掃描圖形技術。由于光柵掃描圖形顯示器業(yè)已成為標準設備,所以后來在系統(tǒng)中又增加了有關光柵圖形學的技術以及計算機與設備之間的接口等,于是在1979年又公布了CORE的修訂版。CORE系統(tǒng)可以支持對標記符號、直線、折線、正文和多邊形等圖形元素及其屬性的描述,并提出作為一組可操縱元素的圖形段的概念,它已為GKS所采用。一般認為,CORE系統(tǒng)主要是應用在高性能畫線圖形方面,其中高密度畫線圖形和三維旋轉圖形等的效率較高。
7. 圖形核心系統(tǒng)(GKS)
計算機圖形的第一個國際標準。它是一個為應用程序服務的基本圖形系統(tǒng)。提供有一組用于計算機圖形程序設計的功能。實際上,它可被視為是一個和系統(tǒng)(包括計算機、外部設備、程序設計語言、應用軟件)無關的圖形軟件接口。其開發(fā)略晚于CORE系統(tǒng),1977年,原聯(lián)邦德國的標準化協(xié)會(DIN)的一個小組首先提出了一個GKS草案,1980年被推薦為聯(lián)邦德國的國家標準,此后又被ISO作為計算機圖形的二維國際標準草案,經(jīng)修改、補充后,1985年才正式公布為國際標準ISO 7942。按照所實現(xiàn)的功能,GKS中提出了九種不同的輸入、輸出級別。其基本概念包括有: 輸出原語、輸出屬性、圖段、工作站、邏輯輸入設備等。六種輸出原語(或圖元)為: 折線(polyline)、多點標記(polymarker)、正文(text)、填充區(qū)(fillarea)、單元陣列(cell array)和廣義繪圖圖元(generalized drawing primitive)等;所謂工作站的概念是對各種圖形輸入、輸出設備的抽象。GKS提供了三種坐標系,即世界坐標系、規(guī)格化設備坐標系(NDC)和設備坐標系(DC),并定義了坐標系之間的轉換。此外,還提供了用于存儲或在不同GKS應用之間傳送圖形信息的GKS元文件-GKSM?，F(xiàn)在,GKS已在一些用于圖形處理的計算機系統(tǒng)上得到實現(xiàn),其推廣使用大大地改善了圖形軟件和應用軟件的可移植性,并進一步推動了計算機圖形學的發(fā)展和應用。
8.三維GKS(GKS-3D)
ISO公布的三維圖形國際標準之一(另一個是PHIGS),是對二維圖形國際標準GKS的擴充。它保留了GKS的一些主要概念和特點,對于二維GKS的應用程序,不必做任何修改就可在三維GKS下執(zhí)行,并且結果相同。GKS-3D的擴充功能包括: 與三維圖形有關的輸出原語、三維觀察功能、對隱藏的可選支持、用于三維圖形的觀察參考坐標系(view reference coordinates)。其分級與GKS相同。
9.初始圖形交換規(guī)范(initial graphics exchange specification,IGES)
應用廣泛的數(shù)據(jù)交換標準,其目標是在不同的CAD系統(tǒng)之間可以方便地傳輸產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。它是由美國國家標準局在1979年組織研制開發(fā),其第1版是在1981年作為ANSI標準的一部分,第3版于1987年8月被批準為美國國家標準,以后又相繼提出了4.0和5.0版。IGES標準是以實體概念為基礎,將實體分為幾何實體、注釋實體和結構實體三類,并對各種實體都規(guī)定了類型號和各種參數(shù)。IGES是圖形數(shù)據(jù)庫與應用程序之間的接口,它規(guī)定了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈募袷健＿@是可以用ASCII或二進制來表示的順序文件,由5個(或6個)段組成,它們分別是: 標志段(可選的)、開始段、全局參數(shù)段、目錄條目段、參數(shù)數(shù)據(jù)段和結束段。用IGES格式在不同的CAD系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)需要兩個步驟:首先由一個系統(tǒng)的前處理器將數(shù)據(jù)轉換為IGES格式文件,然后由另一系統(tǒng)的后處理器將IGES文件轉換為其內部格式。
10.程序員層次交互圖形標準(PHIGS)
ISO付諸實施的三維圖形國際標準之一,規(guī)定了應用程序對設備無關的圖形環(huán)境的接口。PHIGS保留了GKS中的許多概念,包括基本圖元及其屬性類型,邏輯輸入設備等,其圖形數(shù)據(jù)以結構(structure)方式進行組織,結構的組成成分(元素)可包括有輸出原語、屬性、變換矩陣和結構的引用; 對結構中的組成成分可進行編輯、插入、刪除等操作。結構通過引入另外的結構而構成分層結構網(wǎng),工作站則通過遍歷結構來顯示圖形。在遍歷時,屬性是隨結構成分的順序處理而改變的,對同一圖元,可以以不同的屬性多次顯示,屬性值可通過結構的上下關系被繼承,子結構可以繼承父結構,反之不然。PHIGS還有一個功能很強的觀察流水線,它能將在模型坐標系中定義的一個或幾個物體映射到設備坐標系中的圖像。
11.產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準(STEP)
ISO用于CAD/CAM數(shù)據(jù)交換的國際規(guī)范,規(guī)定用于CAD/CAM數(shù)據(jù)交換的產(chǎn)品規(guī)范的外部表現(xiàn)及其生成結構。在數(shù)據(jù)交換方面應用最廣的IGES,由于其發(fā)展受到限制,因此,在20世紀80年代中期,ISO決定研制國際標準,以適應產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)交換等要求。STEP的制定是遵循三層結構(應用層、邏輯層和物理層)的原則,采用形式定義語言描述應用領域的要求模型;定義集成的產(chǎn)品信息模型,形成對特定應用領域的數(shù)據(jù)描述,并對形成的文件結構或生成的數(shù)據(jù)庫結構進行描述。該標準支持了廣泛的應用領域,適應了數(shù)據(jù)文件交換的需要,也提供了建立、共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的基礎。
12. 計算機圖形接口(CGI)
ISO的計算機圖形接口標準是處于圖形軟件與圖形設備之間的接口,分為功能描述標準和數(shù)據(jù)流編碼標準兩部分。功能描述包括一些用于傳輸信息的功能: 輸出圖形原語、控制圖形原語屬性、查詢圖形設備特性和狀態(tài)、控制設備等。數(shù)據(jù)流編碼標準為CGI功能的編碼表示。計算機圖形接口的標準化可以便于圖形系統(tǒng)軟件在不同設備上的移植。
13. 開放的圖形程序接口(OpenGL)
這是一種新型的三維圖形開發(fā)標準,是從事三維圖形開發(fā)工作的必要工具,其穩(wěn)定性、可靠性、可擴展性等特點,賦予了其強大的生命力和應用前景,OpenGL已經(jīng)廣泛應用于在CAD/CAM/CAE、醫(yī)學圖像處理、虛擬現(xiàn)實、娛樂、廣告等領域。