其他章 計(jì)算機(jī)圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)課件

第二章計(jì)算機(jī)圖形的標(biāo)準(zhǔn)和窗口系統(tǒng)圖形軟件類型坐標(biāo)表示圖形標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)（軟件部分）計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.1圖形軟件類型通用編程軟件包----為C,FORTRAN一類的高級(jí)語言編程提供一組圖形函數(shù)?；竟δ馨ㄉ苫緢D形、屬性設(shè)置、視圖選擇以及圖形變換功能等。專用應(yīng)用軟件包

----為非程序員設(shè)計(jì)，用戶可生成圖形而無需考慮圖形生成原理。例如CAD.圖形硬件圖形軟件圖形應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形應(yīng)用軟件圖形支撐軟件圖形計(jì)算機(jī)平臺(tái)圖形設(shè)備圖形系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形支撐軟件第一層次是面向系統(tǒng)的，主要解決圖形設(shè)備與計(jì)算機(jī)的通訊接口等問題，稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，包括一些最基本的輸入、輸出程序。事實(shí)上，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序現(xiàn)在已被作為操作系統(tǒng)一部分，由操作系統(tǒng)或設(shè)備硬件廠商開發(fā)；第二層次是建立在驅(qū)動(dòng)程序之上，完成圖元的生成、設(shè)備的管理等功能，目前這個(gè)層次上的圖形支撐軟件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三層次是在中間層基礎(chǔ)上編寫的，其主要任務(wù)是建立圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義、修改、輸出圖形，它是面向用戶的，要求具有較強(qiáng)的交互功能，使用方便，風(fēng)格好，概念明確，容易閱讀，便于維護(hù)和移植，OpenGL、DirectX便屬于這一層次的軟件。圖形軟件類型坐標(biāo)表示圖形標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)（軟件部分）計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)視頻監(jiān)視器繪圖儀其他輸出設(shè)備建模坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系觀察與投影坐標(biāo)系規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)系這個(gè)轉(zhuǎn)換由相應(yīng)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)規(guī)范化坐標(biāo)系(NC)：指獨(dú)立于具體物理設(shè)備的一種坐標(biāo)系，它的顯示空間在x和y上都是0到1范圍內(nèi)，主要用于在計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理圖形，對(duì)一個(gè)具體物理設(shè)備，NC與DC僅僅是相差一個(gè)比例因子，NC可被看成是一個(gè)抽象的圖形設(shè)備。設(shè)備坐標(biāo)系(DC)或屏幕坐標(biāo)系：將場(chǎng)景的世界坐標(biāo)系描述轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備參照系來顯示。該坐標(biāo)系依賴于具體的顯示輸出設(shè)備。圖形軟件類型坐標(biāo)表示圖形標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)（軟件部分）計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.3圖形標(biāo)準(zhǔn)制定標(biāo)準(zhǔn)的最初目的:可移植性軟件可以方便地從一個(gè)硬件系統(tǒng)移植到另一個(gè)硬件系統(tǒng)，從一個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境移植到另一個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境，從一個(gè)開發(fā)工具環(huán)境到另一個(gè)開發(fā)工具環(huán)境，從一種程序語言到另一種程序語言…圖形標(biāo)準(zhǔn)：圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中各界面之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標(biāo)準(zhǔn)，前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標(biāo)準(zhǔn)，后者稱為子程序界面標(biāo)準(zhǔn)。ISO&ANSI標(biāo)準(zhǔn)GKS--GraphicalKernelSystem圖形核心系統(tǒng)。GKS定義了一個(gè)獨(dú)立于語言的圖形核心系統(tǒng)，包括全部的圖形處理功能，分為十類。GKS3DPHIGS--Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsStandards程序員分層交互圖形標(biāo)準(zhǔn)

PHIGS是GKS的擴(kuò)展，增加了對(duì)象建模、彩色設(shè)定、圖形管理等功能。PHIGS+（三維表面明暗處理功能）CGI--ComputerGraphicsInterface計(jì)算機(jī)圖形接口GCI提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法；CGM--ComputerGraphicsMetafile計(jì)算機(jī)圖形元文件CGM是一套與設(shè)備無關(guān)的語義詞法定義的圖形文件格式；流行于工業(yè)界的軟件包：DirectX(MS)Xlib(X-Window系統(tǒng))OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript應(yīng)用程序圖形軟件包設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序mouseScreenDiskGKS,PHIGS,GLCGICGM語言綁定(languagebinding)圖形函數(shù)定義為獨(dú)立于任何程序設(shè)計(jì)語言的一組規(guī)范。語言綁定則為特定的高級(jí)語言而定義，即不同的語言有專門的語言綁定。語言綁定提供特定編程語言訪問標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)函數(shù)的語法。CGI(ComputerGraphicsInterface)是ISO提出的圖形設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)。CGI的目的是提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法，也使得有經(jīng)驗(yàn)的用戶最大限度地、靈活地直接控制圖形設(shè)備。CGI是圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI)CGI在用戶程序和虛擬設(shè)備之間，以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信，它所提供的功能集包括：控制功能集輸出功能集圖段功能集輸入和應(yīng)答功能集光柵功能集輸出功能集：包含五大功能。(1)圖元功能：用來描述CGI中圖形的構(gòu)成。(2)屬性功能：用來設(shè)置狀態(tài)表中的值，這些值來確定圖元的可視性等屬性。(3)通用屬性和輸出控制：用來規(guī)定圖元的操作方式、圖形設(shè)備的屬性設(shè)置及圖形對(duì)象的定義。(4)檢索功能：返回與正文對(duì)象定位有關(guān)的信息。(5)輸出詢問：返回輸出及屬性描述表和狀態(tài)表的有關(guān)信息。圖段功能集定義了圖形如何組合到圖段中。輸入和應(yīng)答功能集按照返回?cái)?shù)據(jù)的類型對(duì)輸入設(shè)備進(jìn)行邏輯分類，每個(gè)邏輯設(shè)備都有多種輸入方式，該功能集是確定邏輯輸入設(shè)備和其輸入方式。光柵功能集提供了產(chǎn)生、檢索、修改和顯示像素?cái)?shù)據(jù)的功能?？偨Y(jié)：提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法?？煽醋鲌D形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。在用戶程序和虛擬設(shè)備之間，以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。圖形核心系統(tǒng)(GKS)提供了在應(yīng)用程序和圖形輸入輸出設(shè)備之間的功能接口。與語言無關(guān)。

GKS提供了一個(gè)稱為元文件的順序文件接口。應(yīng)用程序的所有圖形資源由GKS控制。

GKSM用于:圖形信息存檔；系統(tǒng)傳送圖形信息；在GKS應(yīng)用程序間傳送圖形信息；與圖形信息相關(guān)的非圖形信息的存儲(chǔ)和復(fù)用。程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)向應(yīng)用程序員提供的控制圖形設(shè)備的圖形系統(tǒng)接口；圖形數(shù)據(jù)按層次結(jié)構(gòu)組織；提供動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)化和交互式圖形系統(tǒng)。圖形程序庫(kù)(GL)圖形程序庫(kù)，UNIX下運(yùn)行，OpenGL—微機(jī)，分類：基本圖素；坐標(biāo)變換；設(shè)置屬性和顯示方式；I/O處理；真實(shí)圖形顯示?；緢D形轉(zhuǎn)換規(guī)范(IGES)InitialGraphicsExchangeSpecification作用：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(jié)束節(jié)。產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(STEP)StandardfortheExchangeofProductmodelData.覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期強(qiáng)調(diào)建立能存入數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)產(chǎn)品模型的完整表示?？朔蘒GES中的問題和缺點(diǎn)。圖形軟件類型坐標(biāo)表示圖形標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)（軟件部分）計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.4窗口系統(tǒng)--工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)是一種與設(shè)備無關(guān)的圖形化的用戶接口環(huán)境。從用戶的觀點(diǎn)看，窗口系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，在光柵顯示器上同時(shí)顯示多個(gè)圖形對(duì)象，為用戶提供直觀、形象、一致的圖文操作手段，并可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)任務(wù)的處理。比較有名的窗口系統(tǒng)有：PC機(jī)的MS-Windows，UNIX下的X窗口，SUN工作站上的NeWS等。2.4.1窗口系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)定義簡(jiǎn)潔窗口系統(tǒng)是控制光柵顯示設(shè)備與輸入設(shè)備的系統(tǒng)軟件，它所管理的資源有屏幕、窗口、象素位圖、顏色表、字體、光標(biāo)、圖形資源及其輸入設(shè)備。(2)界面清晰：窗口系統(tǒng)通常向用戶提供如下界面。應(yīng)用界面：最終用戶和所顯示窗口間的交互接口。它向用戶提供靈活高效、功能豐富的多窗口機(jī)制，包括各種類型的窗口、菜單、圖形、正文、對(duì)話框、滾動(dòng)條等對(duì)象的操作及他們間的相互通信。編程界面：是程序員構(gòu)造應(yīng)用程序的多窗口界面。由窗口系統(tǒng)提供的各類庫(kù)函數(shù)、工具箱、對(duì)象類等編程機(jī)制具有較強(qiáng)的圖形功能、設(shè)備獨(dú)立性和網(wǎng)絡(luò)透明性。窗口管理界面：對(duì)窗口進(jìn)行“宏觀”管理的界面。

(3)目標(biāo)明確：窗口系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)思想是提供各種界面的機(jī)制，而不是具體策略。窗口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：窗口系統(tǒng)與顯示設(shè)備的獨(dú)立性；應(yīng)用程序和程序員的獨(dú)立性；系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)透明性；支持并發(fā)顯示多個(gè)應(yīng)用程序；支持實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)格的用戶界面；支持重疊型和瓦片型窗口；支持層次化、可變大小的窗口；支持高性能和高質(zhì)量的圖形和正文；系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。(4)實(shí)現(xiàn)緊湊基于上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，窗口系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)時(shí)通常采用兩種類型。一種是基于核心的窗口系統(tǒng)，即把窗口系統(tǒng)的核心放到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，這時(shí)對(duì)窗口功能的使用類似于系統(tǒng)調(diào)用。這類窗口系統(tǒng)如：MS-Windows,SUNView等。一種是把窗口系統(tǒng)的核心作為操作系統(tǒng)的用戶進(jìn)程(作為服務(wù)器進(jìn)程)來對(duì)待，而把窗口系統(tǒng)的應(yīng)用程序作為另一個(gè)用戶進(jìn)程(作為客戶進(jìn)程)來對(duì)待，通過進(jìn)程間通信的方式，由窗口服務(wù)器進(jìn)程實(shí)現(xiàn)窗口核心功能。如：X窗口系統(tǒng)等。(5)功能齊全由于窗口系統(tǒng)只規(guī)定了應(yīng)用程序員的編程接口，不同廠商或用戶可在它們之上實(shí)現(xiàn)各種窗口管理程序以及界面外觀，因此窗口系統(tǒng)已經(jīng)成為個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站各種用戶界面的基礎(chǔ)。2.4.2窗口系統(tǒng)的輸入處理窗口系統(tǒng)的輸入是用戶控制窗口的基礎(chǔ)，它比傳統(tǒng)程序的輸入復(fù)雜，其中對(duì)事件的產(chǎn)生、分發(fā)、接收和處理是窗口系統(tǒng)輸入的基礎(chǔ)。我們把窗口系統(tǒng)中的輸入稱之為事件(Event)。窗口系統(tǒng)中的輸入主要由產(chǎn)生和分發(fā)兩部分組成。生成事件：把物理設(shè)備產(chǎn)生的輸入打上一些規(guī)定的標(biāo)志，送入事件隊(duì)列以供客戶使用。事件分發(fā)：把事件隊(duì)列中的事件分發(fā)給相應(yīng)的客戶。主要方法有二：“位置決定法”“收聽法”事件處理X窗口系統(tǒng)的客戶程序處理輸入事件分為三個(gè)步驟：為每個(gè)窗口建立事件選擇集；映射所有窗口；進(jìn)入事件讀取循環(huán)，即從事件隊(duì)列中讀取事件并做處理。2.4.3窗口系統(tǒng)的輸出處理窗口系統(tǒng)的輸出負(fù)責(zé)把顯示屏幕分成不同的區(qū)域并加以管理。由于多窗口并存，并要進(jìn)行互不干擾的輸出，使得窗口系統(tǒng)的輸出不同于傳統(tǒng)的字符終端或單純的圖形終端的輸出。（1）窗口的形狀與排列從實(shí)現(xiàn)的角度來看，窗口系統(tǒng)對(duì)屏幕的劃分方法通常有三種：“瓦片型”、“重疊型”、“層次型”。瓦片型：屏幕上所有的窗口都不能重疊覆蓋，在同一時(shí)刻，所有的窗口都能看見；重疊型：在屏幕上的每個(gè)窗口其大小和位置與其他窗口無關(guān)，當(dāng)窗口的位置發(fā)生沖突時(shí)，通過賦給窗口的優(yōu)先級(jí)來解決，此時(shí)沖突區(qū)域歸屬優(yōu)先