计算机图形学 图形系统标准

1、图形系统标准 n什么是图形标准？ 图形系统及其相关应用系统中各界面之间 进行数据传送和通信的接口标准，以及供 图形应用程序调用的子程序功能及其格式 标准，前者称为数据及文件格式标准，后 者称为子程序界面标准。 n图形软件标准的提出的原因： 如果没有一个软件标准，对应用软件的开发和 移植等工作将造成困难。 计算机图形软件向着通用、高级与设备无关的 方向发展。 图形软件标准的发展历史 n1974年，美国国家标准化协会ANSI举行 了ACM SIGGRAPH“与机器无关的图形 技术”工作会议，提出了制定有关图形 标准的基本规则。 n1977年，美国ACM GSPC率先提出了 CORE图形系统。 n1

2、978年，国际标准化协会ISO正式成立 图形工作组。1985年图形工作组改名为 ISO/TC97/SC2/WG2。 n1979年，ANSI成立图形专业委员会，着手 开发美国图形标准，命名为ANSI X3H3。 同年，西德工业标准DIN提出了GKS系统。 n1983年，GKS首先成为计算机图形国家标 准，1985年，GKS又成为第一个计算机图 形国际标准。 n1980年，ANSI X3H3着手开发图形数据 交换标准VDM。1984年，ISO更名为 CGM，并公布了DP8623。1987年， CGM成为第二个国际图形标准。 n1980年，ANSI X3H3提出图形设备接口 标准VDI概念。1984

3、年，ISO更名VDI为 CGI，随后在1986年公布了CGIDP9636。 n1985年，ISO又着手开发三维图形标准，先 后开发了GKS-3D、PHIGS标准。他们先后 成为国际图形标准。1989年ISO将PHIGS 进行扩展，增加了在光栅显示设备上重建 图形的一些性能，诸如光照模型、阴影和 透明技术等，定义开发了图形标准。 图形系统标准分类 n面向图形设备的接口标准： 计算机图形元文件(CGM) 计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。 n面向应用软件的标准： 程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL (图形程序包) （三维）图形核心系统（3D-)GKS n面向图形应用系统中工程和产品

4、数据 模型及其文件格式： 基本图形转换规范（IGES） 产品数据转换规范（STEP） CGI（ISO DP 9636) n提供控制图形硬件的一种与设备无关的方 法。 n也可看作图形设备驱动程序的一种标准。 n在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立 于设备的方式提供图形信息的描述和通信。 CGM（ISO IS8632) n与设备无关的语义、词法定义的图形文件 格式。 n规定了生成、存储、传送图形信息的格式。 n面向系统和系统开发者，和CGI配套提供。 n通用性是其关键属性。 GKS n提供了在应用程序和图形输入输出设备之 间的功能接口。 n与语言无关。 nGKS提供了一个称为元文件的顺序文件接 口

5、 n应用程序的所有图形资源由GKS控制（通 过GKS元文件-GKSM） nGKSM用于: 图形信息存档； 系统传送图形信息； 在GKS应用程序间传送图形信息； 与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。 在系统中的层次 应用程序 依赖语言的接口 GKS 操作系统 计算机图形硬件 几个概念 n坐标系 用户坐标： 规格化设备坐标系： 设备坐标系： 图段 定义：一组图形元素的集合，该集合成为图形操作的基 本单元。 作用：1）方便用户的增、删、改； 2）便于图形模块化的实现 3）节省计算工作量 性质：可变性、可见性、醒目性、可检测性、优先级可 控性等。 操作特性：1）是一个任意的二维操作； 2）为了便于

6、图段在不同的工作站上传送，必须设 置实现图段的插入及相关的操作。 GKS图形的输入与输出 n六种输入功能 定位 笔划 取值 选择 拾取 字符串 GKS图形的输入与输出 n六种输出元素 折线（线） 相同符号集 文本 填充区（面） 单元阵列（栅格阵列） 一般元素：包括圆、椭圆、曲线及用户自定义 的图形。 GKS图形的输入与输出 n输出图素的三要素： 几何属性：图素的几何大小、形状、方向 非几何属性：线型、颜色、线宽 标识符 PHIGS（ISO IS9592） n向应用程序员提供的控制图形设备的图形 系统接口； n图形数据按层次结构组织； n提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。 是一个高度动态化和

7、交互式图形系统。 GL n图形程序库 nUNIX下运行 nOpenGL微机 n分类：基本图素；坐标变换；设置属性和 显示方式；I/O 处理；真实图形显示。 IGES（基本图形转换规范） nInitial Graphics Exchange Specification n作用：不同的CAD/CAM系统之间交换数据。 n文件格式是ASCII码，五节：开始节，目录入口 (DE)，参数(DP)节，整体节和结束节。 STEP（产品模型数据转换标准） nStandard for the Exchange of Product model Data. n覆盖产品整个生命周期 n强调建立能存入数据库中的一个产

8、品模型的 完整表示。 n克服IGES中的问题和缺点。 OpenGL OpenGL是一个功能强大的图形库，用户可以很方便地利 用它开发出有多种特殊视觉效果（如光照，纹理，透明， 阴影）的三维图形。 OpenGL nOpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站 设计的一个图形开发软件库IRIS GL （Graphics Library），由于其性能优越， 因此受到了用户的一致推崇。 nSGI公司有针对性地对GL进行了改进，特 别是扩展了GL的可移植性，使之成为一个 跨平台的开放式图形编程接口，这就是 OpenGL。 1992年，OpenGL1.0版正式发布，并立即得到了迅速的应用 推广。1995年

9、12月，由OpenGL ARB(Architecture Review Board体系结构评审委员会)批准了OpenGL1.1版本，这一 版本的OpenGL性能得到了加强，并引入了一些新特征，其中 包括：在增强元文件中包含OpenGL调用，引进打印机支持， 通过顶点数组的新特征，提高了顶点位置、法向、颜色及色 彩指数、纹理坐标、多边形边缘标志等的传输速度。现在， OpenGL已经成为应用最为广泛的二维和三维图形编程接口。 各种平台上利用OpenGL开发的图形应用软件大量地涌现出来。 OpenGL Microsoft起先是把OpenGL集成到Windows NT中,后来又把它集成到新版本的Win

10、dows 95 OSR2中，而在Windows98中， OpenGL已经成为标准组成部分之一，其执 行性能也得到了相应的优化提高。 OpenGL VRML 1994年，在瑞士日内瓦举行的第一届国际互联网大 会上，一些与会者提出为创建三维网络的界面，必须 有一种通用的描述性语言，用于在WWW上的超级链 接，类似于超文本描述语言（HTML），于是诞生了 虚拟现实标识语言（Virtual Reality Makeup Language）。很快，它又被改称为虚拟现实造型语 言（Virtual Reality Modeling Language）VRML， 因为这个名称更能反映它的目的。 VRML n由

11、于VRML将要在网络上跨平台传输，所以需要 为它定义一种文件格式，在经过一番的选择后， Silicon Graphics公司(SGI)所开发的Open Inventor软件的开放式三维文件格式被选定作为 VRML的文件格式。1995年，VRML1.0版本正式 推出。1996年，在对1.0版本进行重大改进的基础 上推出了2.0版本，其中添加了场景交互、多媒体 支持，碰撞检测等功能。 VRML n1997年，经过标准组织的评估后，VRML2.0成为 国际标准，并改称VRML97。当前，研究人员已 经开发出了许多基于VRML的实验或实用系统， 如远程教育、建筑物的漫游、医学实验演示和虚 拟剧场等等。

12、 n在一些传统的协同设计领域，也有人将VRML引 入到了其中，借助于VRML提供的良好的交互性 和真实性，使得在协同工作中非常重要的各开发 者之间的交流联系变得很直观自然。 VRML文件以.wrl为后缀，它是一种文本格式的文件。可以 用文本编辑器（如Windows下的notepad）打开编辑。在设 计一些最简单的模型时，这种方法是最简便可行的。但是当 场景变得复杂后，就需要利用一些专用的模型设计软件，这 种软件称为VRML编辑器， VRML VRML 常用的有ParaGraph International公司的 Internet3D Space Builder（简称ISB）， Sculptware公司的 SiteSculptor等等。 解释VRML文件并构造三维模型的软件称