第2章-圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)-(2)課件

圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和

窗口系統(tǒng)2024/1/61圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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)。作用：方便不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換；方便程序移植；硬件隔離，實(shí)現(xiàn)圖形系統(tǒng)的硬件無關(guān)性。2024/1/62圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)圖形標(biāo)準(zhǔn)歷史20世紀(jì)70年代初，開始研究計(jì)算機(jī)圖形軟件功能標(biāo)準(zhǔn)化問題；1974年美國成立了圖形標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃委員會(huì)（GSPC），提出了其提出了世界上第一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)方案Core。同期，德國制訂出著名的GKS標(biāo)準(zhǔn)；1985年計(jì)算機(jī)圖形信息標(biāo)準(zhǔn)既計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng)（GKS）正式頒布；之后，三維圖形核心系統(tǒng)（GKS-3D）、程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）、計(jì)算機(jī)圖形原文件（CGM）、計(jì)算機(jī)圖形接口（CGI）、初始圖形交換規(guī)范（IGES）以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP）等相繼制訂并頒布。

2024/1/63圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)分類面向圖形設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)：計(jì)算機(jī)圖形元文件(CGM)，(CRT,繪圖儀,打印機(jī)，…)計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI)，（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）面向應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)：程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）,GL(圖形程序包)（三維）圖形核心系統(tǒng)（3D-)GKS面向圖形應(yīng)用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件格式：基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES）產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范（STEP）2024/1/64圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)圖形標(biāo)準(zhǔn)的作用應(yīng)用系統(tǒng)圖形系統(tǒng)GKS,PHIGS,OpenGL設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)CGI元文件輸出程序元文件輸入程序CGM數(shù)據(jù)庫IGES,STEP2024/1/65圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)CGI

(ComputerGraphicsInterface)計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)是ISOTC97組提出的圖形設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。CGI是一個(gè)針對(duì)圖形設(shè)備接口，而不是應(yīng)用程序接口的交互式計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)。CGI的目標(biāo)是使應(yīng)用程序和圖形庫直接與各種不同的圖形設(shè)備相作用，使其在各種圖形設(shè)備上不經(jīng)修改就可以運(yùn)行，即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。2024/1/66圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GKS

(GraphicsKernalSystem)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)應(yīng)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(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2024/1/69圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)PHIGS

(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem)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)2024/1/610圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GL

(GraphicsLibrary)圖形程序庫(Windows下為OpenGL)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。2024/1/611圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)IGES

(InitialGraphicsExchangeSpecification)CAD/CAM系統(tǒng)的不同，提出了在各個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行產(chǎn)品信息的交換的要求，從而導(dǎo)致了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的制訂;1980年，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局主持成立了由波音公司和通用電氣公司參加的技術(shù)委員會(huì)，制訂了IGES;1982,1988IGES4.0,IGES5.0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)2024/1/612圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)IGES實(shí)體允許在CAD/CAM系統(tǒng)之間進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的文件結(jié)構(gòu)至少要支持產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)、標(biāo)注和數(shù)據(jù)組織方式的通信。IGES標(biāo)準(zhǔn)定義的文件格式將產(chǎn)品數(shù)據(jù)看作獨(dú)立于應(yīng)用的實(shí)體（Entity）的集合在IGES標(biāo)準(zhǔn)中定義了五類實(shí)體：曲線和曲面幾何實(shí)體構(gòu)造實(shí)體幾何CSG實(shí)體邊界B-Rep實(shí)體標(biāo)注實(shí)體

結(jié)構(gòu)實(shí)體2024/1/613圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)STEP

(StandardfortheExchangeofProductmodelData)覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期，包括設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、報(bào)廢等。強(qiáng)調(diào)建立能存入數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)產(chǎn)品模型的完整表示?？朔蘒GES中的問題和缺點(diǎn)IGES過于冗長(zhǎng)，有些數(shù)據(jù)也不能表達(dá)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葐栴}2024/1/614圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)是覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的應(yīng)用而全面定義的產(chǎn)品模型信息；產(chǎn)品模型信息包括進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造、測(cè)試、檢驗(yàn)零件或機(jī)構(gòu)所需的幾何、拓?fù)?、公差、關(guān)系、屬性和性能等信息，也包括一些和處理有關(guān)的信息；STEP的產(chǎn)品模型對(duì)于生產(chǎn)制造，直接質(zhì)量控制測(cè)試和支持產(chǎn)品新功能的開發(fā)提供了全面的信息。其中形狀特征信息模型是STEP的產(chǎn)品模型的核心是，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行各種產(chǎn)品模型定義數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。2024/1/615圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GKS詳細(xì)介紹GKS的功能控制功能（對(duì)工作站的控制）輸出功能輸出屬性變換功能（規(guī)格化變換和工作站變換）圖段功能（增刪改、拷貝、屬性等的控制）輸入功能詢問功能（詢問狀態(tài)表、描述表、出錯(cuò)表等）實(shí)用程序，實(shí)現(xiàn)幾何變換元文件處理出錯(cuò)處理2024/1/616圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GKS中的圖形輸入與輸出六種輸入功能定位、筆劃、取值、選擇、拾取、字符串可在請(qǐng)求、采樣、事件三種模式中操作六種輸出圖素折線（Polyline）、相同符號(hào)集（Polymarker）、文本（Text）、填充區(qū)（FillArea）、單元陣列（CellArray）、一般圖素（GDP：GeneralizedDrawingPrimitive）2024/1/617圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)2024/1/618圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)2024/1/619圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GKS中的工作站邏輯概念，具有邏輯上的矩形繪圖區(qū)域六種工作站：輸入、輸出、輸入輸出、獨(dú)立圖段存儲(chǔ)、元文件輸入、元文件輸出GKS中的坐標(biāo)系三種：用戶坐標(biāo)系（WC），設(shè)備坐標(biāo)系（DC），規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)系（NDC）圖段具有相同屬性的一組輸出圖元的集合（早期概念）可變換性，可見性，醒目性，可檢測(cè)性，優(yōu)先級(jí)可控性方便對(duì)一組圖元進(jìn)行二維坐標(biāo)變換，提供不同工作站上的圖段傳輸2024/1/620圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)GKS的分級(jí)管理九級(jí)管理，從L0a～L2c每一級(jí)有相應(yīng)的適應(yīng)領(lǐng)域和必備設(shè)備，并向上兼容GKS-3D對(duì)GKS-2D進(jìn)行擴(kuò)充，增加13個(gè)三維相關(guān)功能增加觀察坐標(biāo)系和規(guī)格化投影坐標(biāo)系二、三維功能可混合應(yīng)用2024/1/621圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)OpenGL介紹OpenGL是一個(gè)功能強(qiáng)大的開放圖形庫（OpenGraphicsLibrary）。其前身是SGI公司為其圖形工作站開發(fā)的IRISGL。為使其能夠更加容易地移植到不同的硬件和操作系統(tǒng)，SGI開發(fā)了OpenGL。從程序開發(fā)人員的角度來看，OpenGL是一組繪圖命令的API集合。利用這些API能夠方便地描述二維和三維幾何物體，并控制這些物體按某種方式繪制到顯示緩沖區(qū)中。2024/1/622圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)OpenGL特點(diǎn)跨平臺(tái)特性

OpenGL與硬件、窗口和操作系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。為了構(gòu)成一個(gè)完整功能的圖形處理系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)共分5層：圖形硬件、操作系統(tǒng)、窗口系統(tǒng)、OpenGL和應(yīng)用軟件。因而，OpenGL可以集成到各種標(biāo)準(zhǔn)窗口和操作系統(tǒng)中。例如，操作系統(tǒng)包括UNIX，WindowsNT，Windows95/98，DOS等；窗口系統(tǒng)包括XWindows，MicrosoftWindows等。2024/1/623圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性O(shè)penGL是目前最主要的二、三維交互式圖形應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，已成為業(yè)界最受推薦的圖形應(yīng)用編程接口。自從1992年發(fā)表以來，OpenGL已被廣泛地應(yīng)用于CAD/CAM、三維動(dòng)畫、數(shù)字圖像處理以及虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域，三維動(dòng)畫軟件3DStudioMax就是突出的代表。無論是在PC機(jī)上，還是在工作站甚至是大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)上，OpenGL都能表現(xiàn)出它的高性能和強(qiáng)大威力。2024/1/624圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)透明性建立在客戶/服務(wù)器模型上的網(wǎng)絡(luò)透明性是OpenGL的固有特性，它允許一個(gè)運(yùn)行在工作站上的進(jìn)程在本機(jī)或通過網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程工作站上顯示圖形。利用這種性質(zhì)能夠均衡各工作站的工作負(fù)荷,共同承擔(dān)圖形應(yīng)用任務(wù)。高質(zhì)量和高性能無論是在CAD/CAM、三維動(dòng)畫還是可視化仿真等領(lǐng)域，OpenGL高質(zhì)量和高效率的圖形生成能力都能得到充分的體現(xiàn)。在這些領(lǐng)域中，開發(fā)人員可以利用OpenGL制作出效果逼真的二、三維圖像來。2024/1/625圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)出色的編程特性O(shè)penGL在各種平臺(tái)上已有多年的應(yīng)用實(shí)踐，加上嚴(yán)格的規(guī)范控制，因此OpenGL具有良好的穩(wěn)定性。OpenGL具有充分的獨(dú)立性與易使用性等。2024/1/626圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)Windows系統(tǒng)下的OpenGL#include<GL/gl.h>（基本庫）OpenGL的核心函數(shù)庫，在這個(gè)函數(shù)庫中，提供了115個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)都是以“gl”為前綴。這類API的主要功能包括物體描述、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、光照、紋理、材質(zhì)、像素、位圖、文字處理等。用OpenGL開發(fā)的瀏覽3DS模型的例子所有OpenGL提供的操作都可以使用這些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而且，對(duì)于不同的軟件和硬件平臺(tái)，這些函數(shù)的使用是完全相同的，這個(gè)特性注定了OpenGL程序完美的可移植性。2024/1/627圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)#include<GL/glu.h>（實(shí)用庫）OpenGL基本庫的一套子程序，它提供了43個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)都是以”glu”為前綴。基本的OpenGL不支持傳統(tǒng)圖形標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的一些幾何對(duì)象，為了減少一些編程負(fù)擔(dān)，OpenGL提供了實(shí)用庫。主要功能包括繪制二次曲面、NURBS（非均勻有理B樣條）曲線曲面、復(fù)雜多邊形以及紋理、矩陣管理等。實(shí)用庫中的所有函數(shù)全都是由OpenGL基本庫函數(shù)來編寫的，所以，在使用上和OpenGL基本庫的使用是完全相同的，而且，用戶也可以使用基本函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)實(shí)用庫的函數(shù)功能。2024/1/628圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)#include<GL/glaux.h>（輔助庫）OpenGL的輔助庫是為了方便用戶用標(biāo)準(zhǔn)C編寫OpenGL程序而編寫的。OpenGL是一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)，所以，在OpenGL中沒有提供窗口管理和消息事件響應(yīng)的函數(shù)，這樣使用標(biāo)準(zhǔn)C編寫OpenGL程序是很不方便的，所以提供了輔助庫。它提供了31個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)都是以“aux”為前綴。OpenGL輔助庫提供了一些基本的窗口管理函數(shù)、事件處理函數(shù)和一些簡(jiǎn)單模型的制作函數(shù)等，例如，定義窗口的大小、處理鍵盤時(shí)間、鼠標(biāo)擊鍵事件、繪制多面體等等。目前在集成開發(fā)環(huán)境中可不用輔助庫2024/1/629圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)DirectX介紹DirectX是Microsoft公司開發(fā)的運(yùn)行于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的多媒體控制處理引擎能夠?qū)︼@存和硬件直接訪問圖形應(yīng)用程序接口（API）DirectX通過COM的技術(shù)，以及一套由Microsoft和硬件廠商共同編寫的驅(qū)動(dòng)程序和程序庫，可以提供對(duì)所有設(shè)備的硬件級(jí)的控制2024/1/630圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)圖形部分DirectDraw：負(fù)責(zé)2D加速(DirectX8.0以上的版本不包含此項(xiàng))

Direct3D：負(fù)責(zé)3D加速2024/1/631圖形的標(biāo)準(zhǔn)化和窗口系統(tǒng)聲音部分DirectAudio：由DirectSound