計(jì)算機(jī)圖形概述

9計(jì)算機(jī)圖形

9.1概述

計(jì)算機(jī)圖形是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的最重要的基礎(chǔ)技術(shù)，因?yàn)槿魏卧O(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果都

離不開圖形，計(jì)算機(jī)圖形軟件作為CAD軟件的支撐軟件和開發(fā)環(huán)境，它的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)CAD

軟件開發(fā)的規(guī)范也起著十分重要的作用。

計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)由于發(fā)展十分迅速，給它的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化帶來很大困難。因此，在

本章中，不但系統(tǒng)介紹了已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)、或正在標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容，不介紹今后可能成為標(biāo)準(zhǔn)的一

些內(nèi)容，并試圖對(duì)一些新出現(xiàn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作一評(píng)論。

從應(yīng)用的角度看，整個(gè)圖形系

統(tǒng)由以下幾部分組成：

?用于編寫圖形應(yīng)用軟件的圖

形軟件包

?用于開發(fā)應(yīng)用軟件的應(yīng)戶界

面開發(fā)工具

?圖形元文件的生成和解釋

?CGI終端、X終端和其他圖

形終端

圖形系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖9.1所

示。

計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系中的

圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，如GKS,GKS—3D,圖9.1圖形系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

PHIGS等是關(guān)于獨(dú)立于設(shè)備的圖形軟件包的標(biāo)準(zhǔn)。新的出現(xiàn)的X窗口軟件也可用作圖形軟

件包，或作為圖形軟件包的基礎(chǔ)。圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI用于圖形終端和其他繪圖機(jī)等設(shè)備接

口的標(biāo)準(zhǔn)化。圖形系統(tǒng)可方便地和CGI終端接口。在實(shí)際使用中，通過適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序，

GKS等圖形軟件包也可和X終端（執(zhí)行X協(xié)議）或其他圖形終端接口。圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)

CGM用于元文件解釋和生成的標(biāo)準(zhǔn)化。該軟件通常也作為圖形軟件包的一部分供應(yīng)用軟件

調(diào)用。

在目前計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中，并不包含有關(guān)用戶界面的標(biāo)準(zhǔn)。但是在開發(fā)CAD應(yīng)用

軟件時(shí)，用戶界面是重要的組成部分。在這方面已出現(xiàn)了一些以X窗口為基礎(chǔ)的用戶界面

開發(fā)工具，如MOTIF、OFENLOOK,目前它們快慢一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。由于用戶界而和

圖形的關(guān)系密切，在本章中，把它列入圖形標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

至于計(jì)算機(jī)圖形參考模型CGRM,它并不針對(duì)圖形系統(tǒng)中某一部分?？梢园阉闯蓤D

形系統(tǒng)的一個(gè)概念模型。它的作用在于使各個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化，明確各個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)

系，或者說，它是一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。

9.2計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)體系

至U目前為止,ISO/IECJTC1的第24分技術(shù)委員會(huì)已制定了?套較為成熟的計(jì)算機(jī)圖形

標(biāo)準(zhǔn)。我們可以畫出其標(biāo)準(zhǔn)體系如圖9.2所示。

1.計(jì)算機(jī)圖形參考模型

建立系統(tǒng)的參考模型是當(dāng)

計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)“體系

前ISO/IEC開展標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)工作的

一種新的方法，目的是對(duì)復(fù)雜的

系統(tǒng)從整體方面進(jìn)行約束，使得

各個(gè)單元技術(shù)的發(fā)展能夠協(xié)調(diào)

一致。

計(jì)算機(jī)圖形參考模型

(CGRM)把計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)所

支持的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)圖形環(huán)圖9.2計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系

境，并定義了5個(gè)抽象層，構(gòu)造、虛擬、視見、邏輯和物理環(huán)境，定義了每一層的數(shù)據(jù)元操

作，每層都包括數(shù)據(jù)元系和處理元素。這5個(gè)層組成計(jì)劃?rùn)C(jī)圖形環(huán)境。CGRM還服務(wù)還解

釋了圖形環(huán)境的內(nèi)部邏輯關(guān)系和外部接U。

2.圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)包括GKS、GKS-3DPHIGS等關(guān)于獨(dú)立于設(shè)備的圖形系統(tǒng)軟件包的標(biāo)準(zhǔn)。

圖形系統(tǒng)又稱為應(yīng)用編程接口(API),它提供應(yīng)用程序和圖形輸入、輸出設(shè)備間的功能接口。

3.語言聯(lián)編標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組只對(duì)于圖形系統(tǒng)GKS、GKS-3D、PHIGS分別制訂了關(guān)于FORTRAN>

Pascal.C、Ada語言的聯(lián)編標(biāo)準(zhǔn)(languagebinding)。這種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是圖形功能調(diào)用的子程

序名和對(duì)應(yīng)功能的對(duì)照表，為系統(tǒng)開發(fā)人員和用哀悼提從可遵循的準(zhǔn)則。目的同樣是為了用

戶的應(yīng)用程序不依賴具體的圖形系統(tǒng)，具有良好的可移植性。

4.圖形元件與圖形接口

圖形元文件(CGM)標(biāo)準(zhǔn)用于元文件解釋和和成的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了圖形數(shù)據(jù)物理

文件的標(biāo)準(zhǔn)格式。圖形系統(tǒng)通過元文件生成/解釋器對(duì)圖形元文件進(jìn)行讀寫。

圖形接口CGI用于圖形終端和其他繪圖機(jī)等設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)。CGI的應(yīng)用可省去圖

形設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序或使驅(qū)動(dòng)程序?yàn)樽钚　?/p>

5.關(guān)于一致性測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的一致性測(cè)試是信息技術(shù)領(lǐng)域中檢查系統(tǒng)是否符合標(biāo)準(zhǔn)的重要技術(shù)，它越來

越成為標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)工作不可缺少的組成部分。ISO/IEC最新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)草案——計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)現(xiàn)的一致性測(cè)試，建立了測(cè)試套(testsuit)的概念，說明了測(cè)試軟件及測(cè)試域，解釋了什么

叫測(cè)試服務(wù)以及所涉及的證明、權(quán)力、法律、上訴等問題。

6.關(guān)于工業(yè)流行規(guī)范

當(dāng)前符合標(biāo)準(zhǔn)的圖形系統(tǒng)速度慢，內(nèi)存開銷大，一直是困擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)科研開發(fā)人的

一大難題。雖然我們有理由認(rèn)為這種情況隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展最終會(huì)降低為次要困素，但在當(dāng)

前是非常嚴(yán)重的。國(guó)際上CAD軟件商也一直在尋求解決這灘題的方法。最近CAD市場(chǎng)

上出現(xiàn)的GL系統(tǒng)影響很大，受到各大軟件公司的青睞。這種情況造成了有些雖然不是標(biāo)準(zhǔn),

但事實(shí)上大家都自愿向期靠擾的工業(yè)流行規(guī)范的存在。這也是我國(guó)開展標(biāo)準(zhǔn)化工作需要協(xié)調(diào)

的問題。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)組織對(duì)這種情況也不會(huì)視而不見，肯定會(huì)采取?定的措施。

9.3圖形參考模型CGRM

9.3.1引言

計(jì)算機(jī)圖形參考模型（CGRM）是一個(gè)新的、十分重要的計(jì)算機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為

ISO/IECDIS11072。該標(biāo)準(zhǔn)目前尚屬國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案，不久將成為正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

自1985年公布了第一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：圖形核心系統(tǒng)GKS（ISO7942）

以來，ISOTC97（后改為ISO/IECJTC1）已先后制定了一系列計(jì)算機(jī)圖形的標(biāo)準(zhǔn)，如GKS的

語言聯(lián)編、三維圖形核心系統(tǒng)GKS-3D及其語言聯(lián)編。另外的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)有程序員層次

交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）及其語言聯(lián)編、計(jì)算機(jī)圖形元文件（CGM）和計(jì)算機(jī)圖形接口（CGI）

等標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在此期間，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了一些與計(jì)算機(jī)圖形有關(guān)的工業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)，如X-Windows,Postcript（廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)排版領(lǐng)域），GL圖形語言（用于三維圖形）

等。為了總結(jié)計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)的現(xiàn)有成果，為下一步標(biāo)準(zhǔn)化工作提出指導(dǎo)性框架，擔(dān)出了

制定計(jì)算機(jī)圖形參考模型標(biāo)準(zhǔn)的要求。

計(jì)算機(jī)圖形參考模型定義了一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，它可用來比較現(xiàn)有的和將來的計(jì)算圖形標(biāo)

準(zhǔn)，描述它們之間的關(guān)系。因而為計(jì)算機(jī)圖形的用戶（如CAD應(yīng)用軟件的開發(fā)者和使用者，

計(jì)算機(jī)圖形軟件的開發(fā)者）提供有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化方面的重要信息。自然，它也是標(biāo)準(zhǔn)化部門制定

有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的重要依據(jù)。

CGRM用5個(gè)抽象的層次來定義計(jì)算機(jī)圖形。它們分別稱為構(gòu)造、虛擬、視見、邏輯

和物理環(huán)境（仿造于OSI網(wǎng)絡(luò)的七層模型）。其中構(gòu)造層最高、物理層最低，低層為最高層提

供他務(wù)，應(yīng)用軟件則建立在構(gòu)造環(huán)境之一。CGRM定義了每層數(shù)據(jù)據(jù)元素的操作。

CGRM采用輸出原語來定義計(jì)算機(jī)圖形的輸出，用這些輸出的原語可以構(gòu)成供操作員

觀看的構(gòu)圖。CGRM采用輸入表征（token）來定義計(jì)算機(jī)圖形的輸入，通過一個(gè)表征存儲(chǔ)器

可把輸入表征累積成應(yīng)用程序所需的形式。從概念上看，在己收到的輸入和己產(chǎn)生的輸出之

間的聯(lián)結(jié)由應(yīng)用程序來處置。應(yīng)用程序也可以把這件事委托給某個(gè)環(huán)境來辦理。為了允許構(gòu)

造復(fù)雜的構(gòu)圖，CGRM定義了一個(gè)稱為集合存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)設(shè)施（GKS中的圖段存儲(chǔ)器可作為

一個(gè)例子），由此可得到各種構(gòu)圖。類似地，對(duì)于輸入表征也定義了一個(gè)稱為聚集存儲(chǔ)器的

設(shè)施，由此可得到各種構(gòu)圖。類似地，對(duì)于輸入表征也定義了一個(gè)稱為聚集存儲(chǔ)器的設(shè)施，

由此可得到表征存儲(chǔ)器的項(xiàng)（即由低層環(huán)境中的輸入表征組合出高一層環(huán)境中的新的輸入表

征）。

CGRM可用于：

a.認(rèn)定和精練計(jì)算圖形的需求：

b.認(rèn)定制定計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)和外部接口的要求；

c.根據(jù)計(jì)算梵圖形的需求來發(fā)展模型；

d.確定新的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)的體系；

e.對(duì)計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；

在第932節(jié)中將介紹計(jì)算機(jī)圖形參考模型本身，包括環(huán)境模型、數(shù)據(jù)元素、處理元素

和各層環(huán)境的特征。在第9.3.3節(jié)中將介紹現(xiàn)有圖形標(biāo)準(zhǔn)和CGRM的關(guān)系。

9.3.1計(jì)算機(jī)圖表參考模型

計(jì)算機(jī)圖形參考模型把計(jì)算機(jī)圖形定義為5個(gè)稱為環(huán)境的抽象層。每個(gè)層都用處理和

數(shù)據(jù)元素加以描述。此外，CGRM還定義了一些用于描述圖形輸入和輸出的概念。

9.3.2.1外部關(guān)系

圖9.3表示了計(jì)算機(jī)圖形環(huán)境的外部

接口。

計(jì)算機(jī)圖形環(huán)境有下述外部接口：

a.操作員接口：物理環(huán)境提供了和

操作員的接口，這也是整個(gè)計(jì)算

機(jī)圖形環(huán)境與操作員之間的接

口；

b.應(yīng)用接口：構(gòu)造環(huán)境提供了和應(yīng)

用之間的接口，這也是整個(gè)計(jì)算圖9.3外部接口

機(jī)圖形環(huán)境與應(yīng)用軟件之間的接

應(yīng)用

□；It

c.數(shù)據(jù)獲取文件接(datacapturemetafileinterfaces)：每層構(gòu)造環(huán)金

環(huán)境均可提用于進(jìn)口和出口全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)元素的1T

接口，數(shù)據(jù)元素包括構(gòu)圖、集合存儲(chǔ)器、表征存儲(chǔ)器、I擬環(huán)癥

聚集存儲(chǔ)器和環(huán)境狀態(tài)。

審計(jì)跟蹤元文件接口該J_________1_

d,(audittrailmetafileinterface):視見環(huán)境

接口用于記錄和重演通過應(yīng)用接口的信息流。

環(huán)境模型

9.13.2.2邏輯環(huán)境

CGRM把計(jì)算機(jī)圖形定義為5個(gè)稱為環(huán)境的抽象層，分

別稱為構(gòu)造(construction)、虛擬(viewing)、邏輯性(logical)和物

物理環(huán)境

理(physical),見圖9.4。每個(gè)環(huán)境的內(nèi)部模型是相同的。在

9.325節(jié)中將詳細(xì)敘述每一層的結(jié)構(gòu)，每層環(huán)境的目的和任

操作員

務(wù)。圖9.4中的輸入和輸出的對(duì)稱性反映了目的的任務(wù)的對(duì)稱

性，而不是為了錯(cuò)綜復(fù)雜的對(duì)稱性。圖9.4計(jì)算機(jī)圖形環(huán)境

每個(gè)環(huán)境由數(shù)據(jù)元紗和處理元素組成，

見圖9.5o其中處理元素用矩形表示，數(shù)據(jù)元

素用圓表示，數(shù)據(jù)流用箭頭表示。發(fā)自數(shù)據(jù)元

素指向處理元素的箭頭表示該數(shù)據(jù)元素的值

可由該處理來置；從數(shù)據(jù)元紗發(fā)出的帶箭頭的

虛線表示該數(shù)據(jù)元素可從或可向數(shù)據(jù)獲取元

件進(jìn)口或出口；兩個(gè)處理之間的箭頭表示兩者

之間可直接傳送數(shù)據(jù)，而不用通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

器。

在每個(gè)環(huán)境中，只有單一的接口從比它

高一層環(huán)境中接收與圖形輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)，只

圖9.5環(huán)境模型

有單一的接口眾它低一層環(huán)境中接收與圖形□表示處理元素：O表示數(shù)據(jù)元素

輸入有關(guān)的數(shù)據(jù)。在兩個(gè)相鄰層之間傳遞輸入

和輸出信息進(jìn)使用同?個(gè)坐標(biāo)系。同一層的構(gòu)圖、集合存儲(chǔ)器、表征存儲(chǔ)器和聚集器也使用

同一坐標(biāo)系?？梢杂卸鄠€(gè)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)據(jù)獲取元文件中數(shù)據(jù)的接口，但只是有一個(gè)產(chǎn)生記

錄通過應(yīng)用接口的順序信息流的審計(jì)跟蹤元文件的接口。

9.3.2.3數(shù)據(jù)元素

1.構(gòu)圖

構(gòu)圖(Composition)是指一個(gè)給定環(huán)境層中的一組輸出原語，構(gòu)圖表示該環(huán)境的“輸出

工作集”。構(gòu)圖將受吸收和操縱兩種處理的影響。全部或部分構(gòu)圖可通過分配進(jìn)程分配一下

一層環(huán)境中去。構(gòu)圖的部分或全部可輸出到數(shù)據(jù)獲取元文件中去或者從數(shù)據(jù)獲取元文件中加

到或替找到當(dāng)前構(gòu)圖的?部分或全部。

2.集合存儲(chǔ)器

集合(collection)是一組有名字的、也可以是結(jié)構(gòu)化的輸出實(shí)體。集合存儲(chǔ)在集合存儲(chǔ)器

內(nèi)，僅用于本層環(huán)境中，GKS中的圖段就是集合的例子。操縱進(jìn)程和吸收進(jìn)程會(huì)改變集合。

操縱進(jìn)程可以用集合存儲(chǔ)器的內(nèi)容來改變構(gòu)圖的內(nèi)容。

3.表征存儲(chǔ)器

表征存儲(chǔ)器(tokenstore)是在給定環(huán)境中準(zhǔn)備“發(fā)了"(emanation)到高一層環(huán)境的一組

結(jié)構(gòu)化的輸入表征。向高一層坐標(biāo)系的坐橘為換在發(fā)出而不是裝配時(shí)進(jìn)行的.輸入征可以是

裝配或操縱進(jìn)程的的結(jié)果。輸入表征可以由發(fā)出進(jìn)程發(fā)出到高一層環(huán)境。

4.聚集存儲(chǔ)器

聚集(aggregation)是一組輸入實(shí)體，它有一個(gè)名字，可以有一定結(jié)構(gòu)。聚集和輸入表征

不同。僅限于本層環(huán)境內(nèi)使用。聚集存放在聚集存放器內(nèi)。聚集受到裝配和操縱過程的影響。

操縱過程還可以使用聚集存儲(chǔ)器的內(nèi)容來改變表征存儲(chǔ)器的內(nèi)容。

5.環(huán)境狀態(tài)

對(duì)某一層環(huán)境，除了數(shù)據(jù)元素外，還可有一個(gè)環(huán)境狀態(tài)(表)。環(huán)境狀態(tài)通常是一些處理

進(jìn)程之間共享信息，也可用來決定某些操作能否執(zhí)行。狀態(tài)信息可以出一層環(huán)境中所有的進(jìn)

程使用。一個(gè)進(jìn)程通常設(shè)置或使用本層的環(huán)境狀態(tài)，但可以通過控制操作把環(huán)境狀態(tài)傳播到

相鄰層中去。

9.3.2.4處理元素

圖形參考模型中共有5種處理元素，分別介紹如下。

1.吸收

吸收(absorption)是一個(gè)處理過程(進(jìn)程)，它接受來自高一層環(huán)境的輸出實(shí)體，對(duì)其進(jìn)行

必要的兒何變換或其他變換，形成適合于本層的實(shí)體。高一層的輸出實(shí)體包括由分配進(jìn)程分

配的構(gòu)圖和控制信息。吸收進(jìn)程將來自高一層的構(gòu)圖中的輸出原語經(jīng)過坐標(biāo)變換、剪取和非

兒何變換，就業(yè)成一個(gè)或多個(gè)人本層形式的輸出原語，形成本層的構(gòu)圖或集合?？刂菩畔⒂?/p>

輸入和輸出的控制，用于改變決定進(jìn)程行為的環(huán)境狀態(tài)。

2.操縱

操縱(manipulation)進(jìn)程可以處理任一數(shù)據(jù)元素中的實(shí)體，產(chǎn)生出本數(shù)據(jù)元素或其他數(shù)

據(jù)元素中的新的實(shí)體。必要時(shí)，還可對(duì)它進(jìn)行幾何和其它變換。所以，操縱還提供了一層內(nèi)

輸入和輸出之間的聯(lián)系。

3.分配

分配(distribution)進(jìn)程把來自本層的實(shí)體傳送到下一層環(huán)境中去，只有控制實(shí)體直接來

自吸收進(jìn)程，不對(duì)分配的實(shí)體進(jìn)行幾何或其他變換。

4.裝配

裝配（assembly）進(jìn)程從低一層接受輸入實(shí)體，經(jīng)處理后存入聚集存儲(chǔ)器或表征存儲(chǔ)順，

不對(duì)裝配的數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何或其他變換?？刂菩畔⒂糜诟淖儽緦拥沫h(huán)境狀態(tài)。裝配的結(jié)果可通

過發(fā)出進(jìn)程送至高一層環(huán)境，或直接通過分配進(jìn)程送低一層環(huán)境。

5.發(fā)出

發(fā)出（emanation）進(jìn)程將直接來自裝置的輸入控制實(shí)體和來自本層表征存儲(chǔ)器的輸入表

征傳送到高一層的環(huán)境。發(fā)出進(jìn)程可以自動(dòng)地把表征存儲(chǔ)器中的變化（如定位器改變了當(dāng)前

設(shè)置）傳播到高?層離征存儲(chǔ)器，也可僅當(dāng)高一層顯式地請(qǐng)求時(shí)，才發(fā)出輸出實(shí)體。

93.2.5各個(gè)環(huán)境的特征

從概念上我們可以把一個(gè)圖形系統(tǒng)分成5層環(huán)境。允許其中某一些是空的。每一層的

主要特征是：

構(gòu)造層：本層中，要顯示的應(yīng)用數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備”成模型（該層的構(gòu)圖）。應(yīng)用程序只能對(duì)模

型和集合存儲(chǔ)器進(jìn)行編輯。指令存儲(chǔ)器的輸入表征的格式與應(yīng)用程序要用的完全一致。

虛擬層：在本層中，由上一層模型產(chǎn)生了它的景。景是由一組在幾何上完全確定的虛

擬輸出原構(gòu)成（通常是三維圖形）。

視見層：在本層中，上一層的景通過投影得到一個(gè)特定的視圖。視見環(huán)境中的輸出電

語的幾何維數(shù)可以比虛擬層低一維。

邏輯層：在本層中，視圖通過著色，濃淡、消穩(wěn)等手段形成圖像。此時(shí)，將把所有顏

色、濃淡、圖案等特性附加到邏輯輸出原語上去。

物理層：在本層中，圖像“呈現(xiàn)”為某個(gè)輸出設(shè)備的上的顯示。

CGRM在定義計(jì)算機(jī)圖的5層環(huán)境時(shí)，還定義了相鄰兩層之間的內(nèi)部接口。這些接口

不是用于和操作員、應(yīng)用軟件之間的接口，但它確定了哪些是需要標(biāo)準(zhǔn)化的地方。這些接口

可用于保證各自分別定義的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)之間的成功地“銜接”在一起。

相鄰層之間的接口還是唯一的可以進(jìn)行扇入的地方。

引入環(huán)境層、內(nèi)部接口和扇出、扇入等概念便于理清不同圖形標(biāo)準(zhǔn)，如GKS、PHIGS

和X-Windows之間的關(guān)系，也允許在一個(gè)大的圖形系統(tǒng)中同時(shí)存在支持不同標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng),

這些正是圖形參考模型試圖解決的一個(gè)重要問題。

9.3.3現(xiàn)有圖形標(biāo)準(zhǔn)和CGRM的關(guān)系

9.3.3.1圖形核心系統(tǒng)GKS和三維圖形核心系統(tǒng)GKS—3D

按CGRM分層環(huán)境模型，GKS和GKS-3D僅由下4層組成。虛擬層中的輸出原語采用

NDC（規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系）坐標(biāo)空間。GKS中的邏輯工作站對(duì)應(yīng)于視見層、邏輯層和物理層。

對(duì)二維標(biāo)準(zhǔn)GKS,視見層只作一次等同變換，因而可以認(rèn)為該層是空的。而對(duì)GKS—3D,

該層則完成了視見變換。成束外表屬性的實(shí)現(xiàn)和NDC到DC（設(shè)備坐標(biāo)系）的變換均在邏輯層

的成像（rendering）過程中完成。這樣使得由應(yīng)用程序在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生的以NDC或NDC3

表示的景象和在具體工作站上.由成像所得到的圖象及其顯示可清晰地區(qū)分開來。

GKS中的圖段存儲(chǔ)器WISS相當(dāng)于虛擬的集合存儲(chǔ)器。對(duì)輸入的應(yīng)答可看成邏輯層中

操縱進(jìn)程產(chǎn)生的圖象輸出原語。

GKS缺乏在任何一層中構(gòu)圖的概念，其結(jié)果使它很難和CGRM相匹配。

9.3.3.2程序員層次交互式圖形系統(tǒng)PHICS

PHIGS可對(duì)應(yīng)于5層環(huán)境。PHIGS中央結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器（CSS）對(duì)應(yīng)于構(gòu)造層的集合存儲(chǔ)器，

PHIGS工作站對(duì)應(yīng)于視見、邏輯和物理3層環(huán)境。通過公布（POST）結(jié)構(gòu)到工作站以顯示

圖形。公布在該工作站上的結(jié)構(gòu)集形成視見層內(nèi)概念上的集成存儲(chǔ)器。PHIGS的遍歷過程

由視見環(huán)境中的操縱來完成。公布則是從構(gòu)造層和虛擬層進(jìn)行分配的結(jié)果。遍歷過程的輸出

是視見環(huán)境中用NPC（規(guī)格化投影坐標(biāo)系）坐標(biāo)表示的構(gòu)圖。

PHIGS的外表控制機(jī)構(gòu)本質(zhì)上和GKS、GKS-3D-致，屬性在遍歷公布的結(jié)構(gòu)時(shí)才附

加到原語上去。PHIGS的歸檔文件是構(gòu)造層中一組數(shù)據(jù)獲取文件。

933.3圖形元件CGM和圖形接口CGI

用于存儲(chǔ)器和傳輸圖片描述信息的元文件（簡(jiǎn)稱圖形元件CGM）是一個(gè)視見環(huán)境中用

于獲取2D圖片（構(gòu)圖）的數(shù)據(jù)獲取元文件。此處的元文件和CGRM中元文件夾區(qū)別在于后者

只包含單個(gè)構(gòu)圖（圖片），而前者要包含多個(gè)圖片。

和圖形設(shè)備對(duì)話的交互技術(shù)（簡(jiǎn)稱圖形接口CGI）提供了一個(gè)與視見、邏輯和物理環(huán)境之

間的接口，它相當(dāng)于CGRM中虛擬和視見環(huán)境之間的接口。

在CGI中，輸出原語可集合到相當(dāng)于視見環(huán)境中集合存儲(chǔ)器的圖段存儲(chǔ)器中。在邏輯

層中，進(jìn)行了VDC到DC的坐標(biāo)變換。CGI還提供了物理環(huán)境中的光柵功能，它們對(duì)應(yīng)于

CGI中稱為位圖存儲(chǔ)器的俄理集合存儲(chǔ)器的操縱進(jìn)程中的操作。

9.3.3.4窗口系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和窗口系統(tǒng)均用于建立、操縱顯示在共享顯示面上的對(duì)象，并與之進(jìn)

行交互。然而，窗口系統(tǒng)的主要功能不像圖形系統(tǒng)主要是有關(guān)圖形的輸出和輸入，而是關(guān)于

多個(gè)應(yīng)用之間共享資源的管理。

窗口管理系統(tǒng)由窗口系統(tǒng)和窗口管理程序兩部分組成。窗口系統(tǒng)提供了控制輸入和輸

出資源的基本進(jìn)程，類似于操作系統(tǒng)的核心。窗口管理程序控制共享的資源的策略，類似于

操作系統(tǒng)中的調(diào)度程序和殼程序。

從CGRM的角度看，可以把窗口管理系統(tǒng)看作一個(gè)操作員，也可以把它看作一個(gè)計(jì)算

機(jī)圖形系統(tǒng)。

9.3.1計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)在CAD中的應(yīng)用將隨應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模的大小、不同的CAD應(yīng)用領(lǐng)域而

有所不同。

9.3.4.1按應(yīng)用規(guī)模分類

CAD應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模大體可分成普及型和提高型兩類。普及型系統(tǒng)是以微機(jī)為基礎(chǔ)的

系統(tǒng)、很多還是一種單機(jī)系統(tǒng)：提高型系統(tǒng)是以工作站、服務(wù)器的連網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，軟件功

能比較完善，具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）和計(jì)算機(jī)輔助制造

（CAM）等功能的系統(tǒng)。

對(duì)普及型系統(tǒng)，由于共應(yīng)用軟件功能簡(jiǎn)單、規(guī)模小，不需要也不可能建立大型的圖形

系統(tǒng)。從目前看，絕大部分國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都無法在這類系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。只有二維圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形接

口CGI和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Windows（一種用戶界面工具）才能在它上面實(shí)現(xiàn)，并且已有一定的普

及。在圖形編碼上，比較流行的AutocadCAD軟件所用DXF格式，可以認(rèn)為是一種工業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)。

對(duì)提高型系統(tǒng)絕大多數(shù)圖形標(biāo)準(zhǔn)都是可以實(shí)現(xiàn)的，也需要應(yīng)用。這類系統(tǒng)也是制定圖

形標(biāo)準(zhǔn)時(shí)考慮的對(duì)晚。由于這類系統(tǒng)規(guī)模大，軟件模塊多，因而不論是編程環(huán)境，還是用戶

界面，數(shù)據(jù)編碼，都應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)的工具和環(huán)境，以利用系統(tǒng)的集成和更新。

9.3.4.2按應(yīng)用領(lǐng)域分類

CAD主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)械、建筑和電子，其他相關(guān)的領(lǐng)域還可包括地圖、輕工（服

裝、家具、工藝品等）。本章重點(diǎn)考慮機(jī)械、建筑和電三個(gè)領(lǐng)域。

在機(jī)械和建筑CAD領(lǐng)域，在圖形方面有一個(gè)共同點(diǎn)是以三維圖形為主，因而三維圖形

標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)模的重點(diǎn)，在圖形編碼主面，由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)是以二維圖形為基礎(chǔ)，無法描述帶屬性、

有拓樸結(jié)構(gòu)的三維模型，因而并未推廣使用。

在電子CAD領(lǐng)域，當(dāng)前仍以二維圖形為主，因而二維圖形標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范重點(diǎn)。在圖形編

碼方面，由于電子CAD要求使用圖形和屬性、拓樸關(guān)系相結(jié)合的格式，目前所用數(shù)據(jù)交換

格式也不是以圖形編碼標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。

至于用戶界面標(biāo)準(zhǔn)，在上述三個(gè)領(lǐng)域均能適用。

9.3.43未來的應(yīng)用

CAD的未來將是走向計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）。由CIM不但反CAD、CAE、CAM完

全集成在一起，而且把計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、機(jī)器人

或柔性制造系統(tǒng)的控制,乃至生產(chǎn)過程的管理、企業(yè)的管與日俱增主息系統(tǒng)全部集成在一起,

它將對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)，包括圖形的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)提出更高的要求。

另外，多媒體技術(shù)的發(fā)展在CAD領(lǐng)域必然也會(huì)有用。因此，有關(guān)圖像，包括動(dòng)態(tài)圖像

的編碼標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)用于CAD領(lǐng)域。

未來的CAD應(yīng)用將要求更加完備、一致和配套的圖形標(biāo)準(zhǔn)，并要求圖形標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫

標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的描述和交換標(biāo)準(zhǔn)一致和配套。目前這方面還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

9.4二維圖形標(biāo)準(zhǔn)

9.4.1GKS圖形核心系統(tǒng)

圖形核心系統(tǒng)（GKS）是一個(gè)為應(yīng)用程序服務(wù)的基本圖形系統(tǒng)，它提供了在應(yīng)用程序

和一組圖形輸入、圖形輸出設(shè)備之間的功能性接口，該功能性接口包括在各式各樣的圖形設(shè)

備上為交互的或非交互的二維作圖所需的全部基本功能，即：輸HI功能、輸入功能、控制功

能、變換功能、圖段功能、元文件功能、詢問功能和出錯(cuò)處理功能。

9.4.1.1輸出功能

GKS產(chǎn)生的圖形輸出由稱為輸出原語的圖原屬性的兩組基本元素構(gòu)成。輸出原語是輸

出設(shè)備完成的基本繪圖動(dòng)作的?種投象。GKS把它們歸并為5種基本圖原和一種廣義繪圖

原語（GDP）。這5種基本圖原是折線、多點(diǎn)記號(hào)、正文、填充區(qū)和象陣列。廣義繪圖原語

可被用來繪制圓、圓弧、橢圓和樣條曲線等。每個(gè)GKS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具有哪些GDP功能依賴于

工作站。圖原屬笥用來控制輸出原語在設(shè)備上出現(xiàn)時(shí)的外表特性或用于跟輸入的聯(lián)系（圖原

揀取標(biāo)識(shí)符）?？刂茍D原外表特性的圖原屬性分為兩種：一種是幾何屬性，如字符高度，字

符豎向、正文對(duì)準(zhǔn)、圖案大小、圖案參照點(diǎn)等；一種是非幾何外表屬性，如線性、線寬比例

因子、記號(hào)類型、記號(hào)大小比例因子、正文類型、正文字體、正文準(zhǔn)確度、字符擴(kuò)展因子、

字符間隔、填充區(qū)內(nèi)部式樣、填充區(qū)樣式索引及圖原顏色等。兒何屬性均是單獨(dú)指定的非幾

何外表屬性有兩種指定方式：?jiǎn)为?dú)指定和成束指定。所謂單獨(dú)指定是指對(duì)每個(gè)圖原屬性提供

單獨(dú)的GKS功能，允許應(yīng)用程序以獨(dú)立于工作站的方式指定該屬性的值。因此，單獨(dú)指定

的圖原屬性亦稱為獨(dú)立于工作站的屬性。成束指定是指將一個(gè)圖原的所有非幾何外表屬性集

中于一個(gè)屬性束表中，它的每個(gè)表項(xiàng)給出該圖原的一組屬性值。并由該屬性束表的索引值來

指定。成束指定時(shí)，只要調(diào)用一個(gè)墨索引值的子程序即可指定一組屬性值。屬性束表是與工

作站相關(guān)的，同一個(gè)圖形屬性束表在不同的工作站上可以有不同的值，并可動(dòng)態(tài)地改變。因

此，成束指定的圖原屬性亦稱為工作站屬性。GKS提供了一組專門設(shè)置這些屬性束表的值

的功能，GKS還提供“置外貌源旗標(biāo)"（SetAspectSourceFlags）功能，使應(yīng)用程序可設(shè)置或

更改圖原屬性的指定方式。

9.4.1.2輸入功能

GKS把各種交互圖形輸入設(shè)備抽象成與設(shè)備無關(guān)的6種邏輯輸入設(shè)備，它們是定位器、

筆劃器、定值器、選擇器、揀取器和字符串設(shè)備。每個(gè)邏輯輸入設(shè)備可以在三種不同的操作

方式（請(qǐng)求、采樣、事件）下工作，這三種操作方式是為適應(yīng)下述三種不同的交互作用樣式

的需要而設(shè)定的；其一，希望能根據(jù)應(yīng)用程序的要求，在指定的設(shè)備上由操作員控制某個(gè)特

定時(shí)刻獲取輸入信息；其二，希望能在任何時(shí)刻隨時(shí)直接獲取操作員動(dòng)用所產(chǎn)生的信息；其

三，希望把交互作用的控制權(quán)交給操作員，由他決定在何時(shí)、何設(shè)備上輸入何種信息。GKS

提供相應(yīng)的設(shè)置操作方式的功能，以及在每種操作方式下如何獲取輸入信息的功能。對(duì)每個(gè)

輸入類，都有一個(gè)初始化功能，用來設(shè)置初值、提示和應(yīng)符類型、應(yīng)答區(qū)域及與該輸入相關(guān)

的控制信息（置于數(shù)據(jù)記錄中）。

9.4.1.3控制功能

各種圖形輸入輸出設(shè)備在GKS中抽明為圖表工作站，共有6種類別的工作站，即輸出

（Output）,輸入（Input）、輸出和輸入（Outin或稱交互工作站）、獨(dú)立于工作站的圖段存計(jì)器

（WISS）、GKS元文件輸出（MO）、GKS元文件輸入（MI）。GKS提供的控制功能包括：

打開GKS、關(guān)閉GKS；打開工作站、啟用工作站、停用工作站、關(guān)閉工作站；畫面修乞討

的控制功能一隱式控制和顯式控制，根據(jù)調(diào)有置延遲狀態(tài)功能時(shí)，隱含再生方式參數(shù)的值是

允許（Allowed）或禁止（Suppressed）,規(guī)定今后畫面修改的視覺效果的產(chǎn)生是隱式控制（即

出系統(tǒng)自行控制）還是顯示控制。在顯示控制時(shí)，其畫面修改必須調(diào)有下述功能之一才能可

見，它們是更新工作站、重畫工作站上所有圖段、清工作站、置延遲狀態(tài)時(shí)將隱含再生方式

賦為允許（Allowed）,關(guān)閉工作站部。GKS提供的另外的控制功能是“消息”功能“逸出”

功能?！耙莩觥惫δ苡糜趯?duì)非兒何圖形輸出的非標(biāo)準(zhǔn)功能擴(kuò)充，它規(guī)定了一-種標(biāo)準(zhǔn)格式，通

過把要擴(kuò)充的功能的標(biāo)識(shí)符、該功能要求的輸入數(shù)據(jù)記錄、該功能的輸出數(shù)據(jù)記錄參數(shù)化來

完成對(duì)擴(kuò)充功能的描述的引用。

9.4.1.4變換功能

GKS使用了三種和三種變換，即世界坐標(biāo)系（WC）,規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系（NDC）和

設(shè)備坐標(biāo)（DC）；規(guī)格化變換（WS—NDC）,工作站變換（NDC-DC）和圖段變換（NDC一

NDC）。

GKS允許同時(shí)定義多個(gè)規(guī)格化變換，以便在一個(gè)畫面上可同時(shí)顯示多個(gè)不同比例和內(nèi)

容的圖，但只允許一個(gè)工作站變換。

9.4.1.5圖段功能

在GKS中，圖原可以組合到圖段中，也可在圖段外產(chǎn)生。當(dāng)圖原產(chǎn)生時(shí)。若有一個(gè)圖

段是打開的，該圖原就組合到該打開的圖段中，在GKS中同時(shí)只能打開一個(gè)圖段。圖段一

旦關(guān)閉，則不能重新打開、而且也不能對(duì)該圖段內(nèi)的圖原進(jìn)行任何增、刪。圖段有?一系列屬

性，即圖段變換、可見性、醒目性圖段優(yōu)先級(jí)和可檢測(cè)性。圖段變換是一個(gè)任意的二維坐標(biāo)

變換，它用來對(duì)已有圖段進(jìn)行平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等。GKS的力段還用來實(shí)現(xiàn)揀取輸入功能,

用一畫面的重畫。此外，為了使圖段可在不同的工作站上轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)圖段（子圖形或圖符）

的插入，GKS設(shè)置WISS及相關(guān)的圖段操縱功能，即，聯(lián)結(jié)圖段到指定的工作站上，復(fù)制

圖段內(nèi)容到指定工作站上及插入圖段。

9.4.1.6元文件功能

為了長(zhǎng)期保存圖形信息，GKS提供也一個(gè)稱為元文件的順序文件接口一GKS元文件

（GKSM）。它用于：圖形信息的存檔；在系統(tǒng)之間傳送圖形信息；不同地方之間的圖形信

息的傳遞；不同的GKS應(yīng)用之間圖表信息的傳送；與圖形信息相伴隨的非圖形信息的儲(chǔ)存

和復(fù)用。在GKS中，元文件作為兩個(gè)特殊的工作站（MO和MD出現(xiàn)打開M0工作站并啟

用它之后，所有圖表輸出原語、工作站控制、工作站變換、工作站屬性的改變及圖段控制和

操縱功能將以相應(yīng)的元文件記錄（項(xiàng)目）形式寫入元文件中。這些寫入的元文件記錄可由本

程度中另外的程序，在另一時(shí)刻乃至在另一個(gè)系統(tǒng)上通過打開一個(gè)MI工作站進(jìn)行讀入。GKS

提供“從GKSM讀入項(xiàng)目”和“解釋項(xiàng)目”等功能，以便重現(xiàn)原圖形。

9.4.1.7詢問功能

GKS設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是它引進(jìn)了狀態(tài)、狀態(tài)表和描述表概念，并描述了GKS的全部狀

態(tài)如何存放在各種狀態(tài)表和描述表中。GKS的詢問則允許應(yīng)用獲取有關(guān)GKS當(dāng)前狀態(tài)的信

息。這些詢問功能大體上可分為三類：1）可設(shè)置的狀態(tài)表的詢問，如操作狀態(tài)、GKS狀態(tài)

表、工作站狀態(tài)表、圖段狀態(tài)表的詢問；2）描述表的詢問，使用這類詢問功能可獲取圖形

環(huán)境信息，使就用程序具有更好的可移植性及對(duì)具體環(huán)境的良好的適應(yīng)性；3）對(duì)出錯(cuò)狀態(tài)表

和象素存儲(chǔ)器的詢問。

9.4.1,8出錯(cuò)處理功能

GKS有一個(gè)良好定義的出錯(cuò)信息集，這可以報(bào)告給應(yīng)用程序。所采用的原則是把要報(bào)

告的信息放在一個(gè)出錯(cuò)文件中，該文件在調(diào)用打開GKS時(shí)由應(yīng)用程序規(guī)定。當(dāng)錯(cuò)誤被檢測(cè)

出時(shí)，GKS提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)處理過程——出錯(cuò)處理功能供應(yīng)用程序使用。GKS還提供另外一

種出錯(cuò)處理設(shè)施，即允許應(yīng)用程序用自己的出錯(cuò)處理功能代替標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)處理功能，以便使應(yīng)

用程序可針對(duì)某些情況進(jìn)行?些特殊處理，不過要求該出錯(cuò)處理程序中只能調(diào)用出錯(cuò)登錄功

能、詢問功能和緊急關(guān)閉GKS功能，不能調(diào)用其他GKS功能。

9.4.1.9GKS的分級(jí)

按照設(shè)計(jì)要求，GKS應(yīng)具有適用于范圍廣的各種圖形應(yīng)用所需的實(shí)持性功能。針對(duì)各

種所南要的GKS產(chǎn)現(xiàn)環(huán)境也是各種各樣的，要想使用一個(gè)固定的GKS系統(tǒng)滿足所有應(yīng)用要

求和適用于各種環(huán)境是不切實(shí)際的。一種提高效率、節(jié)省開支并能使GKS用于各種環(huán)境的

方法就是提供適當(dāng)?shù)腉KS子集，或稱之為GKS分級(jí)結(jié)構(gòu)。為此，GKS設(shè)計(jì)中規(guī)定了9級(jí),

它們是LOa,LOb,LOc,Lia,Lia,Lib,Lie,L2a,L2b,L2c,每級(jí)GKS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)都嚴(yán)格規(guī)定它所

實(shí)現(xiàn)的GKS級(jí)別。

9.4.2圖形接口CGI

CGI描述了一個(gè)圖形系統(tǒng)中獨(dú)立于設(shè)備部分和依賴于設(shè)備部分之間的接口，春目的是

在客戶程序和虛擬設(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、獨(dú)立于設(shè)備的圖形對(duì)象輸出功能集、圖段功能集、輸入和應(yīng)答

功能以及產(chǎn)生、修改、檢索和顯示以象素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的信息的光柵功能集。CGI開發(fā)的一個(gè)基

本設(shè)計(jì)目標(biāo)是為GKS實(shí)現(xiàn)的CGM的解釋程序提供有效支持。當(dāng)然，一些商業(yè)上的軟件包

也可直接利用CGI來開發(fā)，以便增強(qiáng)軟件包的靈活性和可適應(yīng)性。為了適應(yīng)各種用戶對(duì)CGI

功能范圍的不同要求，CGI標(biāo)準(zhǔn)提供框架(Profiles)機(jī)制以標(biāo)準(zhǔn)化CGI的各級(jí)產(chǎn)現(xiàn)?？蚣艽?/p>

表CGI虛擬設(shè)備的?個(gè)實(shí)現(xiàn)所提供的最小功能級(jí)及利用該實(shí)現(xiàn)的宮戶程序所能期望的最大

能力級(jí)別。CGI標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種類型的框架，并對(duì)每一類進(jìn)行具體的說明。

9.4.2.1控制功能集

該部分包括CGI涉及虛擬設(shè)備和出錯(cuò)控制的功能，它們參與圖形圖像信息的管理和接

口的圖形與非圖形部分的內(nèi)部關(guān)系的管理。大致上，這些功能可分為5組：

(1)虛擬設(shè)備管理功能。

(2)坐標(biāo)空間控制功能。

(3)出錯(cuò)控制功能。

(4)其它控制功能，包括逸出(Escape)功能，獲得免出(GetEscape)功能、消息(Message)

功能。

(5)詢問功能。

9A.2.2輸出功能集

該功能集涉及圖原功能、屬性、對(duì)象的構(gòu)成和其后的處理，以及有關(guān)的控制和詢問功

能。這些功能可分成以下幾類：

(1)圖原功能，它CGI中圖片(Picture)的幾何構(gòu)成。

(2)屬性功能，它置狀態(tài)表中屬性的模態(tài)值，這些值用于確定圖原的某些性質(zhì)(包括視

見方面)。

(3)通用屬性和輸出控制功能，它規(guī)定另外某些功能的操作方式?？刂朴嘘P(guān)圖形對(duì)象

和屬性功能的關(guān)于設(shè)備操作的一些方面及提供構(gòu)成復(fù)合對(duì)象的設(shè)施。

(4)檢索性能，它返回對(duì)正文對(duì)象的定位有用的信息(正文范圍)。

(5)輸出詢問功能，它提供對(duì)■涉及輸出和屬性的描述表和狀態(tài)表的獲取。

9.4.2.3圖段功能集

該功能集規(guī)定圖形對(duì)象如何組合到圖段中并用唯一的圖段標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。它提供用于產(chǎn)

生，修改和操縱圖段的功能。

(1)圖段操縱功能，包括圖段的產(chǎn)生、關(guān)閉、刪除、重新命名和復(fù)制等。

(2)圖段屬性功能，包括圖段屬性的設(shè)置和修改。

(3)圖段詢問功能，使用這些功能獲取與圖段有關(guān)的描述表和狀態(tài)表中的信息。

此外，在復(fù)制圖段時(shí)，CGI提供“繼承濾波器"(InheritanceFilter)功能和“剪取繼承”

(ClippingInheritance)功能，用來控制用于復(fù)制的屬性值和剪取矩形。

9.4.2.4輸入和應(yīng)答功能集

在CGI中，按返回?cái)?shù)據(jù)的類型將邏輯輸入設(shè)備分成8類，即，定位器(Locator)、筆劃

器(Stroke)、定值器(Valuator)、選擇器(Choice)、揀取器(Pick)字符串設(shè)備(String)、光柵(Raster)

和普通(General。光柵(Raster)類的邏輯輸入設(shè)備用來輸入象素陣列值。物理設(shè)備的例子是掃

描儀、攝像輸入設(shè)備等。普通(General)類的邏輯輸入設(shè)備用來輸入指定格式的數(shù)據(jù)記錄，這

種設(shè)備的例子是聲音輸入設(shè)備。每個(gè)邏輯輸入設(shè)備有4種執(zhí)行輸入的方式，即請(qǐng)求、采樣、

事件和應(yīng)符請(qǐng)輸入。在應(yīng)符請(qǐng)求輸入期間，CGI提供“應(yīng)答請(qǐng)求”(EchoRequest)功能，允

許將該邏輯設(shè)備的當(dāng)前量值應(yīng)答在CGI虛擬設(shè)備上。

在該功能集中的功能可分成以下幾組：

請(qǐng)求和采樣功能；應(yīng)答請(qǐng)求輸入功能；事件輸入功能；應(yīng)答輸出功能；輸入和應(yīng)答的

詢問功能。

9.4.2.5光柵功能集

該功能集提供對(duì)以象素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的信息的產(chǎn)生、修乞討.、檢索和顯示的功能。它們包

括光柵控制功能；光柵屬性功能；光柵操作功能；光柵詢問功能。

9.4.3X窗口系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)界面

X窗口系統(tǒng)是工作站窗口系統(tǒng)的事產(chǎn)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是工作站上CAD軟件及其用戶界

面的主要支持環(huán)境之一。X庫是X窗口系統(tǒng)的C語言程序設(shè)計(jì)界面，它是向應(yīng)用程序員提

供的低級(jí)編程界面。

X窗口系統(tǒng)支持一個(gè)或多個(gè)包含重疊窗口或子窗口的屏幕。由一個(gè)用戶所使用的一組

屏幕連同一個(gè)鍵盤和一個(gè)指示器(如鼠標(biāo)器)合稱為一顯示。單個(gè)X服務(wù)器可向任意多個(gè)屏幕

提供顯示服務(wù)，在一個(gè)X服務(wù)器中的所有窗口都是嚴(yán)格按層次安排的，最頂層為根窗口，

它覆蓋整個(gè)屏幕。每個(gè)應(yīng)用程序通常至少有一個(gè)窗口，它的根窗口的子窗口。應(yīng)用程序可以

在每個(gè)屏幕上建立任意深度的窗口X為這些窗口提供圖形、正文和光柵操作。

每個(gè)窗口有它自己的坐標(biāo)范圍、繪圖屬性顏色、字體、光標(biāo)及其它感興趣的輸入事件

等。X不保存窗口的內(nèi)容，當(dāng)窗口的部分或全部被遮擋，而后又復(fù)現(xiàn)時(shí)，它的內(nèi)容可以丟失,

服務(wù)器發(fā)送一個(gè)顯露(Expose)事件通知客戶，客戶程序接此報(bào)告后，應(yīng)重新生成窗口內(nèi)容。

X也提供圖像對(duì)象的屏外存儲(chǔ)，稱為象素圖，單個(gè)位面的象素圖也稱為位圖。象素圖

用于與窗口呵交換的大多數(shù)圖形功能中且可在各種圖形操縱中定義圖案或瓦片圖。窗口和象

素合稱可繪體(Drawables)。

X庫和服務(wù)器之間雙向傳遞信息是通過信息X協(xié)議實(shí)施。這些信息包有4種，即，請(qǐng)

求、回答、事件和出錯(cuò)。大多數(shù)X庫中的函數(shù)只把請(qǐng)求加到一個(gè)輸出緩存中，并不立即送

往服務(wù)器，這些請(qǐng)求以后異步地在服務(wù)器上執(zhí)行。X庫提供有關(guān)4種信息包的生成和傳遞的

控制，處理手段。

許多X庫函數(shù)返回一個(gè)整形資源標(biāo)識(shí)符，用它參照在X服務(wù)器中的對(duì)象。它們是窗口、

字體、象不圖、顏色圖、光標(biāo)和圖形相關(guān)信息(GraphicsContext。簡(jiǎn)稱GC)。這些資源由請(qǐng)

求產(chǎn)生，由主求取消或釋放或連接關(guān)閉時(shí)取消或釋放。這些資源的大部分潛在地可在應(yīng)用之

間共享；窗口顯式地出窗口管理程序操縱；字體，光標(biāo)自動(dòng)地在多個(gè)屏幕間共享；字體按需

要裝入和拆除且由多個(gè)客戶共享。但X庫不提供應(yīng)用之間的GC共享。

X窗口系統(tǒng)有下列功能：

(1)系統(tǒng)顯示功能

該類功能用于建立X庫程序所使用的顯示與X服務(wù)器的連接，獲取該顯示的有關(guān)信息,

獲取圖像格式、屏幕的有關(guān)信息，釋放客戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，關(guān)閉該顯示與X服務(wù)器的連接等。

(2)窗口功能

該類功能用于窗口的創(chuàng)建利拆除、窗口映射處理、窗口屬性、窗口操作(包括位置、大

小、邊寬的改變、有關(guān)棧次序的改變、窗口的坐標(biāo)系變換到另一窗口等)、窗口信息功能(包

括獲得窗口的有關(guān)信息、特性表的操縱、窗口特性的獲取和改變等)。

(3)圖形資源功能

色彩功能。用于產(chǎn)生、復(fù)制和銷毀顏色圖，分配、修改和釋放顏色單元，讀顏色圖中項(xiàng)

等。象素圖的產(chǎn)生和釋放。

GC的操縱功能，包括GC的生產(chǎn)、復(fù)制、改變、釋放以及設(shè)置GC中各結(jié)構(gòu)成員的值

等。

(4)圖形功能

X庫提供的圖形功能包括：

a.窗口/窗口內(nèi)區(qū)域的清除?？衫L體之間區(qū)域/位面的拷貝。

b.點(diǎn)/多點(diǎn)。線/折線/不相連線段組、矩形/矩形組、弧/多個(gè)弧的繪制。

c.填充區(qū)的繪制(包括單個(gè)/多個(gè)矩形，多邊形，單個(gè)/我個(gè)弧的填充)。

d.正文和字體功能，包括字體裝入和釋放、可用字體的詢問、字體搜索路徑的設(shè)置和

檢索、字符串大小的計(jì)算和詢問、正文范圍的計(jì)算、正文/復(fù)雜正文的繪制、正文字

符/圖像正文字符的繪制等。

e.圖像繪制和象素獲以。

f.光標(biāo)的產(chǎn)生、修改、撤銷、光標(biāo)的定義等。

(5)窗口管理功能

用于改變窗口的父窗口?？刂拼翱诘纳嫫?、顏色力的安裝、指示器獲取、鍵盤獲取、

服務(wù)器獲取、控制輸入注視、控制指示器、鍵盤和指示器的處理、鍵盤解碼、保存控制、主

機(jī)存取控制等。

(6)其它功能

預(yù)定義特性功能和實(shí)用函數(shù)

9.4.4二維圖形標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀和實(shí)施意見

我國(guó)1987年正式公布了國(guó)家圖形標(biāo)準(zhǔn)GB9544,它等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7942,對(duì)正

文字體號(hào)、選擇邏輯設(shè)備中的提示和應(yīng)答類型定義了對(duì)應(yīng)漢字的字體號(hào)和漢字的提示和應(yīng)答

類型。增加了在正文、消息和字符串輸入中有關(guān)漢字表示方法的注釋，在初始化字符串設(shè)備

功能中增加了漢字字符串的輸入主式。目前國(guó)內(nèi)已有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的GKS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

近兒年來，ISO著手GKS的修訂工作，即GKS——9R的制定，并正式公布了計(jì)算機(jī)

圖形接口(CGI)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，ISO/ICE9636。

建議我國(guó)在CAD領(lǐng)域中涉及二維計(jì)算機(jī)圖形的應(yīng)用軟件的開發(fā)采用GKS(GB9544)

為圖形支撐軟件，我國(guó)國(guó)家圖形標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GKS的修訂版，及時(shí)完成GB9544的

修訂工作，實(shí)現(xiàn)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的同步。

9.5三維圖形標(biāo)準(zhǔn)

在圖形信息處理標(biāo)準(zhǔn)中，最著名的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)是PHIGS(ISO/IEC9592,

ISO/IEC9593)及GKS-3D(ISO/IEC8806)。但是，目前也存在一些其它的三維圖形支持軟

件，它們應(yīng)用范圍較廣，受到用戶的重視，例如GL及PEX等。

9.5.1程序員層次交互圖形系統(tǒng)PHIGSPLUS

9.5,1.1概述

PHIGS是Programmer'sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem的縮寫。它是美國(guó)計(jì)算

機(jī)圖形技術(shù)委員會(huì)(TechnicalCommitteeX3H3onComputerGraphics)于80年代中期推出的

一種圖形信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在提供在一個(gè)能為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所(NASI)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

(ISO)接受的圖形標(biāo)準(zhǔn)。PHIGS圖形標(biāo)準(zhǔn)的功能全面，對(duì)提高三維圖形軟件的可移植性與

質(zhì)量都具有非常重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外大中小型計(jì)算機(jī)均采用PHIGS及其擴(kuò)充版本

PHIGSPLUS作為圖形核心支持系統(tǒng)。

PHIGS圖形標(biāo)準(zhǔn)是在將二維與三維圖形學(xué)中的技術(shù)概念加以總結(jié)和提煉的基礎(chǔ)上制定

出一個(gè)獨(dú)立硬件設(shè)備的圖形信息處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。它在應(yīng)用程序與圖形設(shè)備之提供了一種功能

接口。在圖形數(shù)據(jù)組織上，它建立于獨(dú)立于工作站的中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)區(qū)(CenterStructureStorage,

簡(jiǎn)寫CSS)與圖形檔案管理文件

(ArchivesFile);在圖形操作上，

它建立了適應(yīng)網(wǎng)狀的圖形結(jié)構(gòu)

模式的各種操作；在圖形基本元

素(包括輸出圖形元素和屬性元

素)的設(shè)置上，它既考慮到二維

與三維的結(jié)全，也滿足矢量

(VectorWireframe)與光柵

(Raster)圖像設(shè)備的某些特點(diǎn)。

圖9.6表明了PHIGS的數(shù)據(jù)流

程。

從系統(tǒng)的組成來看，PHIGS由328個(gè)用戶功能子程序構(gòu)成。這些子程序按其內(nèi)容又可

分為：控制、輸出圖原、屬性設(shè)置、變換、結(jié)構(gòu)管理、結(jié)構(gòu)顯示、結(jié)構(gòu)檔案管理、輸入、圖

形元文件、查詢、錯(cuò)誤控制及特殊接口功能模塊。

9.5.1.2中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)

中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)元素

1.結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)元素

支持中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)(CSS)是

結(jié)構(gòu)1元素1各類型加索

PHIGS三維圖形標(biāo)準(zhǔn)最重要的技術(shù)

特點(diǎn)，它以結(jié)構(gòu)(Structure)為基本節(jié)結(jié)構(gòu)2兀素2

點(diǎn)組織圖形數(shù)據(jù)。全部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在

.......……

CSS里。一個(gè)典型的圖表結(jié)構(gòu)通常

是由結(jié)構(gòu)打開語句、若干結(jié)構(gòu)元素結(jié)構(gòu)n元素n

(Structureelement)＞以及關(guān)閉語句所

構(gòu)成的一個(gè)序列。結(jié)構(gòu)元素是圖形圖9.7中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)元素之間的關(guān)系

數(shù)據(jù)的基本入口，它將其應(yīng)用表述為所說明的圖形數(shù)據(jù)：輸出圖原、屬性選擇、視圖選擇、

模型變換與剪裁、名字集、調(diào)用其它結(jié)構(gòu)等。任何結(jié)構(gòu)元素不能在結(jié)構(gòu)這外存在。但是，不

包括結(jié)構(gòu)元素的控結(jié)構(gòu)是允許的。圖9.7表明中心結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)元素之間的關(guān)系。

其中，結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)元素的線性序列，用以描述整體或副產(chǎn)品分物理對(duì)象或圖形對(duì)象。結(jié)構(gòu)的

標(biāo)識(shí)符由用戶唯一地給定。不同的結(jié)構(gòu)通常以邏輯的或幾何的方式組合在一起，定義出一個(gè)

完整的圖形對(duì)象。

結(jié)構(gòu)元素是圖形數(shù)據(jù)的最小成分，若干元素按照一定的線懷關(guān)系組成一個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。

結(jié)構(gòu)元素通常包括輸出圖原、屬性設(shè)置、模型變換、視力索引、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、標(biāo)記及應(yīng)用圖形

數(shù)據(jù)等。

2.結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)

PHIGS提供的圖形結(jié)構(gòu)的基本組織方式是網(wǎng)狀模式，形成一各非循環(huán)的網(wǎng)絡(luò)。在這種

網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)結(jié)構(gòu)調(diào)用包含在CSS中的基他結(jié)構(gòu)是通過一種執(zhí)行結(jié)構(gòu)(ExecuteStructure)元

素實(shí)現(xiàn)的；一個(gè)結(jié)構(gòu)既可以調(diào)用其它結(jié)構(gòu)，也可以被其它一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)所調(diào)用。

3.結(jié)構(gòu)的遍歷和顯示

結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)工作站上的顯示是通過公布結(jié)構(gòu)(PostStructure)功能實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)結(jié)構(gòu)

如果是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的成員，綜可能被顯示。

為了顯示一個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)元素必須從CSS中抽取并處理，而遍歷便是處理結(jié)構(gòu)元

素的一種操作。遍歷處理將從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)最上層的第一個(gè)元素開始，順序處理結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的每

個(gè)結(jié)構(gòu)元素。

4.結(jié)構(gòu)的編輯

PHIGS提供了單個(gè)存取結(jié)構(gòu)元素修改結(jié)構(gòu)內(nèi)每一結(jié)構(gòu)元素的能力。編輯功能包括設(shè)置

元素指針，插入或替代一個(gè)結(jié)構(gòu)元素，刪除、復(fù)制及查詢結(jié)構(gòu)元素的內(nèi)容等操作。

5.對(duì)CSS結(jié)構(gòu)的操作

對(duì)于存儲(chǔ)在CSS中的結(jié)構(gòu)，PH1GS提供了包括刪除結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、變更結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)符

及查詢結(jié)構(gòu)等功能。

6.結(jié)構(gòu)的檔案管理

PHIGS的提從了結(jié)構(gòu)檔案管理功能，允許用戶將存儲(chǔ)在CSS中的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)到檔案管理

文件，或檔案文件抽取結(jié)構(gòu)到CSSo這些功能既可以用于結(jié)構(gòu)表、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)表，也可以用于

在CSS或檔案文件中的所有結(jié)構(gòu)。

7.通用結(jié)構(gòu)元素(GSE)與應(yīng)用數(shù)據(jù)

PHIGS提供了通用結(jié)構(gòu)元素(GeneralizedStructureElement,縮寫為GSE)以存取不屬于

標(biāo)準(zhǔn)PHIG結(jié)構(gòu)元素的特殊控制元素的屬性功能。GSE是由一個(gè)標(biāo)識(shí)符和一個(gè)數(shù)據(jù)記錄標(biāo)識(shí)

的。對(duì)GSE的遍歷將不產(chǎn)生輸出圖原。

9.5.1.3圖形輸出

1.輸出圖原

PHIGS提供的基本圖形輸出信息是輸出的原圖原。根據(jù)編輯模式，它可建立14種標(biāo)準(zhǔn)

圖原和一種廣義繪圖原語作為基本的結(jié)構(gòu)元素。它們是：

折線、三維折線、多點(diǎn)記號(hào)、三維多點(diǎn)記號(hào)、正文、三維正文、相關(guān)注釋正文、三維

相關(guān)注釋正文、填充區(qū)、三難填充區(qū)、填充區(qū)組、三維填充組、象元陣列、三維象元陣列、

廣義維圖原語。

2.輸出圖原屬性

PHIGS的每種輸出圖原具有4種類型的屬性：幾何屬性，非幾何屬性，視圖與標(biāo)識(shí)屬

性。

第一類屬性控制圖原的幾何特性，它影響圖原顯示時(shí)的位置、外貌與尺寸，如字符的

高度等。幾何屬性獨(dú)立于工作站。如果它由幾何坐標(biāo)描述，則在模型坐標(biāo)系下給出。

第二類屬性控制圖原的非幾何特性，它影響圖原的影響形式。這包括折線的線型、除

CELLARRAY外所有圖原的顏色索引、標(biāo)記圖原的比例系數(shù)等。非幾何屬性不用幾何坐標(biāo)

表示。它是通過成束(Bundled)或單一(【dividual)方式設(shè)置的。結(jié)構(gòu)的單獨(dú)指定屬性元素是用

戶可操作的最基本的輸出屬性。選擇在束指定屬性是確定一個(gè)成束屬性表的入口索引。這種

表依賴于工作站，因?yàn)槊恳粋€(gè)工作站都有自己固有的成組屬性表置于工作站狀態(tài)目錄中。

第三類屬性是選擇依賴于工作站的視圖與消隱參數(shù)。

第四類屬性是設(shè)置輸出圖原的可見性、可檢測(cè)性和高亮度，用于標(biāo)識(shí)被檢測(cè)的圖原或

圖原組合。

PHIGS提供了結(jié)構(gòu)屬性元素和工作站屬性表的設(shè)置功能。這些屬性產(chǎn)定了輸出圖原在

結(jié)構(gòu)遍歷與顯示期間的影像。它們不僅對(duì)其后的輸出圖原起作用，而且通過執(zhí)行結(jié)構(gòu)元素對(duì)

其下級(jí)對(duì)構(gòu)也起作用，直到該屬性在遍歷中被同一,屬性的新值代替為止。

9.5.1.4PHIGS工作站

PHIGS是建立在抽象的圖形工作站概念在礎(chǔ)上的。它提供了一種邏輯接口，應(yīng)用程序

通過這種接口控制物理設(shè)備。這種抽象的工作站是通過硬件與軟件的結(jié)合實(shí)施的。它能夠單

一地處理輸入或輸出，也能同時(shí)處理輸入輸出。每一基作都包含著若干表示工作站特性、工

作站狀態(tài)與工作站有關(guān)屬性信息的表。在PHIGS的實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中，每一類工作站都有一

個(gè)固有的工作站特性表，描述該工作站的標(biāo)準(zhǔn)能力與特點(diǎn)。

PHIGS定義了5種抽象的工作站：

3維元素

OUTPUT,INPUT,OUTIN,MO,ML

|模型坐標(biāo)系(M.C.)

OUTPT工作站僅具有輸出能力。除可選擇

組合模型變換

的廣繪圖原語外，它能顯示所有的輸出圖原。

|世界坐標(biāo)系(W.C.)

INPUT工作站至少具有一個(gè)邏輯輸入設(shè)

模型剪取

備，但沒有輸出能力。

4獨(dú)立干工作站

OUTIN工作站同時(shí)具有OUTPUT與

；依賴「工作站

INPUT工站站能力。

視圖定向變換

M0工作站能夠輸出圖形信息存儲(chǔ)器，建

I視圖參考坐標(biāo)系(V.R.C.)■

立圖形元件(METAFILE)。

視圖映射變換與剪裁

MI工作站能夠從外部存儲(chǔ)器輸入圖形元

；規(guī)格化投影坐標(biāo)系(N.PC.)

文件(METAFILE)到PHIGS系統(tǒng)。

工作站變換與剪取

9.5.1.5坐標(biāo)系與圖形變換

4設(shè)備坐標(biāo)系(DC)

PHIGS提供了模型變換、視圖變換、工作顯示

站變換、以及有關(guān)模型與視圖的實(shí)用功能。圖