第六章 數(shù)據(jù)接口及交換標(biāo)準(zhǔn)

第六章數(shù)據(jù)接口與交換標(biāo)準(zhǔn)6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM6.2計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM6.5DXF數(shù)據(jù)接口6.4基本圖形交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)IGES6.3計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI6.6產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM1974年，美國(guó)成立了圖形標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃委員會(huì)(GSPC，GraphicsStandardsPlanningCommittee)，提出了世界上第一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)方案Core。

德國(guó)的GKS(GraphicsKernelSystem，計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)最為著名。1985年，第一個(gè)國(guó)際計(jì)算機(jī)圖形信息標(biāo)準(zhǔn)——計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng)(GKS)得以正式頒布。三維圖形核心系統(tǒng)(GKS-3D，GraphicsKernelSystem-3Dimension)、程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS，Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem)、計(jì)算機(jī)圖形原文件(CGM，ComputerGraphicsMetafile)、計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI，ComputerGraphicsInterface)、初始圖形交換規(guī)范(IGES，InitialGraphicsExchangeStandard)以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STEP，StandardforTheExchangeofProductmodeldata)本章簡(jiǎn)單介紹GKSM、CGM和CGI等“低級(jí)”數(shù)據(jù)接口和交換標(biāo)準(zhǔn)之后，著重介紹與最終用戶密切相關(guān)的DXF、IGES和STEP數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。各種計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如圖6.1所示。6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM6.1計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM6.1.1GKSM功能

GKSM是圖形核心系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)GKS用于保存信息的一種機(jī)制。

GKSM可實(shí)現(xiàn)以下幾種功能： ⑴圖形信息的存檔。 ⑵不同GKS應(yīng)用之間圖形信息的傳送和使用。 ⑶不同的圖形系統(tǒng)之間圖形信息的傳送和使用。 ⑷異地之間圖形信息的傳送(利用磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等媒體)。 ⑸與圖形信息相輔的由應(yīng)用程序定義的非圖形信息的存儲(chǔ)和復(fù)用。圖6.2GKSM的寫(xiě)入和讀出

GKS提供了一個(gè)與元文件的接口，對(duì)元文件的內(nèi)容和格式并無(wú)特定要求6.1.2GKSM生成6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM

GKSM定義了一個(gè)明文編碼方案，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)邏輯數(shù)據(jù)項(xiàng)目的序列。如圖6.3所示。圖6.3GKSM結(jié)構(gòu)6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSMGKSM的生成： 在GKS運(yùn)行中，通過(guò)一個(gè)GKSM輸出工作站的“打開(kāi)”“啟用”“停用”“關(guān)閉”整個(gè)過(guò)程后形成的。

圖6.4GKSM生成流程6.1.3GKSM輸入6.1GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM6.5GKSM輸入流程一個(gè)GKSM的輸入由GKSM輸入工作站(MI類工作站)的“打開(kāi)”“關(guān)閉”的整個(gè)過(guò)程完成。6.2計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM

6.2.1CGM功能

CGM提供了一個(gè)在虛擬設(shè)備接口上存儲(chǔ)與傳輸圖形數(shù)據(jù)及控制信息的機(jī)制，類似于GKSM具，但是有廣泛的適用性CGM標(biāo)準(zhǔn)由一套標(biāo)準(zhǔn)的、與設(shè)備無(wú)關(guān)的定義圖形的語(yǔ)法和詞法元素組成。包括功能描述，3種編碼形式，即字符編碼、二進(jìn)制數(shù)編碼和明文編碼。6.2計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM圖6.6CGM圖形元文件結(jié)構(gòu)6.2計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM6.3計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI6.3.1CGI功能

CGI，圖形接口標(biāo)準(zhǔn)(ComputerGraphicsInterface，CGI)使戶程序和虛擬設(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。

CGI是設(shè)備級(jí)的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了一個(gè)CGI實(shí)現(xiàn)和CGI用戶之間的接口。

CGI提供了管道機(jī)制。CGI的管道分為以下3種： ⑴圖形對(duì)象管道 ⑵光柵管道. ⑶輸入管道6.3計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI⒈CGI控制功能集⒉CGI輸出功能集⒊CGI圖段功能集⒋輸入和應(yīng)答功能集⒌光柵功能集CGI的功能集6.3.2光柵功能集

向量設(shè)備和光柵設(shè)備

CGI輸出設(shè)備描述表中，顯示類型項(xiàng)指定了圖形設(shè)備的類型，可以是Vector(向量)、Raster(光柵)或Other(其他)。

CGI提供的光柵操作功能包括產(chǎn)生、檢索、修改和顯示像素?cái)?shù)據(jù)的功能⑴光柵控制⑵光柵操作⑶光柵屬性6.4基本圖形交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)IGES為了方便產(chǎn)品的數(shù)據(jù)交換，制定了基本圖形交換規(guī)范IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)。

制定IGES標(biāo)準(zhǔn)的目的就是建立一種信息結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)字化表示和通信，以便在不同的CAD/CAM系統(tǒng)間以兼容的方式交換產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。6.4.2IGES元素。IGES標(biāo)準(zhǔn)定義的文件格式將產(chǎn)品數(shù)據(jù)看做元素(Entity)的文件在IGES數(shù)據(jù)交換文件中，表示信息的基本單位是元素，每種元素都有惟一的元素類型號(hào)與之對(duì)應(yīng)。在IGES標(biāo)準(zhǔn)中定義了5類元素，即曲線/曲面幾何元素、構(gòu)造實(shí)體幾何元素、邊界B-Rep實(shí)體元素、標(biāo)注圖形元素和結(jié)構(gòu)元素。

結(jié)構(gòu)元素6.4.3IGES文件結(jié)構(gòu)⑴標(biāo)志(Flag)段。⑵開(kāi)始(Start)段。⑶全局(Global)段。⑷元素索引(DirectoryEntry)段。⑸參數(shù)數(shù)據(jù)(ParameterData)段。⑹結(jié)束(Terminate)段。圖6.7ASCII碼的IGES開(kāi)始段格式⒈開(kāi)始段(StartSection)⒉全局段(GlobalSection)文件的全局段包含由前置處理器寫(xiě)入、后置處理器處理該文件所需的信息，詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)書(shū)本的表6.2。⒊元素索引段(DirectoryEntrySection) 每種元素對(duì)應(yīng)一個(gè)索引，每個(gè)索引記錄含有20項(xiàng)，每項(xiàng)占8個(gè)字符。每個(gè)索引在元素索引段中占兩行，索引說(shuō)明如圖6.8所示。圖6.8ASCII碼的IGES元素索引段格式

⒋參數(shù)數(shù)據(jù)段(ParameterDataSection)該段記錄了每個(gè)元素的幾何數(shù)據(jù)

圖6.9ASCII碼的IGES參數(shù)數(shù)據(jù)段格式⒌結(jié)束段(TerminateSection)結(jié)束段格式如圖6.10所示。

圖6.10ASCII碼的IGES結(jié)束段格式6.5DXF數(shù)據(jù)接口DXF是AutoCAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)文件，主要用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序與AutoCAD系統(tǒng)間的連接，或其他CAD系統(tǒng)與AutoCAD系統(tǒng)間交換圖形文件。⒈DXF文件結(jié)構(gòu) ⑴標(biāo)題段 ⑵表段 ⑶塊段 ⑷元素段 ⑸文件結(jié)尾組代碼范圍跟隨值的類型0910596079210239999100010091010105910601079串浮點(diǎn)整數(shù)浮點(diǎn)注釋串浮點(diǎn)整數(shù)表6.3組代碼范圍

DXF文件的每個(gè)段由若干個(gè)組構(gòu)成，組代碼范圍如表6.3所示⒉DXF文件接口程序設(shè)計(jì)⒊DXF文件格式存在的問(wèn)題:⑴由于DXF文件制定得較早，因而存在很多不足⑵DXF文件格式尚不合理，文件的處理很不方便所以推動(dòng)了新的標(biāo)準(zhǔn)的制定6.6產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP（各種標(biāo)準(zhǔn)的演變）SETIGESVDAFSPDESPDES/STEP

6.6.1STEP的組成⒈STEP的組成

STEP是一個(gè)關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可理解式表示和交換的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

STEP把所有組成部分劃分成7個(gè)系列，每個(gè)系列包括若干部分

STEP的體系結(jié)構(gòu)也分為3層：應(yīng)用層，邏輯層，物理層。⒉STEP中性文件實(shí)現(xiàn)方式

STEP有3種信息處理實(shí)現(xiàn)方法。 ⑴文件交換。 ⑵應(yīng)用編程接口。 ⑶數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

STEP中性文件由兩部分組成，即頭部段(HEADER)和數(shù)據(jù)段(DATA)。6.6.2產(chǎn)品模型信息結(jié)構(gòu)STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的應(yīng)用，并全面定義了產(chǎn)品模型信息。完整的STEP產(chǎn)品信息模型如圖6.11所示。6.11STEP產(chǎn)品信息模型形狀特征(FormFeatures)標(biāo)準(zhǔn)形狀特征層和表達(dá)層的定義，分別給出了它們的模式(schema)。形狀特征模式提供了形狀表達(dá)所需要的特性信息；表達(dá)模式則提供了形狀建模的多種方式。

⒈

形狀特征模式

⑴

形