其他章 計算機圖形的標準化和窗口系統(tǒng)

第二章計算機圖形的標準和窗口系統(tǒng)圖形軟件類型坐標表示圖形標準窗口系統(tǒng)（軟件部分）計算機圖形系統(tǒng)2.1

圖形軟件類型通用編程軟件包

----為C,FORTRAN一類的高級語言編程提供一組圖形函數(shù)?；竟δ馨ㄉ苫緢D形、屬性設置、視圖選擇以及圖形變換功能等。專用應用軟件包

----為非程序員設計，用戶可生成圖形而無需考慮圖形生成原理。例如CAD.通用圖形軟件包功能

屬性描述。屬性描述一個特定圖元是怎樣顯示的，包括強度和彩色設定，線型、文本類型，以及填充模式；幾何變換(如平移、比例、旋轉、投影等)改變物體的位置、大小或方向；觀察變換選定視圖投影到輸出設備；交互輸入功能；控制操作功能，如屏幕初始化…圖形硬件圖形軟件圖形應用數(shù)據(jù)結構圖形應用軟件圖形支撐軟件圖形計算機平臺圖形設備圖形系統(tǒng)

計算機圖形系統(tǒng)的結構圖形支撐軟件第一層次是面向系統(tǒng)的，主要解決圖形設備與計算機的通訊接口等問題，稱為設備驅動程序，包括一些最基本的輸入、輸出程序。事實上，設備驅動程序現(xiàn)在已被作為操作系統(tǒng)一部分，由操作系統(tǒng)或設備硬件廠商開發(fā)；第二層次是建立在驅動程序之上，完成圖元的生成、設備的管理等功能，目前這個層次上的圖形支撐軟件已經(jīng)標準化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三層次是在中間層基礎上編寫的，其主要任務是建立圖形數(shù)據(jù)結構，定義、修改、輸出圖形，它是面向用戶的，要求具有較強的交互功能，使用方便，風格好，概念明確，容易閱讀，便于維護和移植，OpenGL、DirectX便屬于這一層次的軟件。圖形軟件類型坐標表示圖形標準窗口系統(tǒng)（軟件部分）計算機圖形系統(tǒng)坐標類型：笛卡爾坐標建模坐標世界坐標規(guī)范化設備坐標設備坐標或屏幕坐標2.2

坐標表示通用的與設備無關的圖形軟件包需要的坐標系視頻監(jiān)視器繪圖儀其他輸出設備建模坐標系世界坐標系觀察與投影坐標系規(guī)范化設備坐標系設備坐標系這個轉換由相應設備的設備驅動程序實現(xiàn)笛卡兒坐標：通用圖形編程軟件包采用的右手系標準坐標。建模坐標系/局部坐標系/主坐標系：描述單個物體的形狀、大小、尺寸所采用的坐標系稱為建模坐標。世界坐標系(WC)：場景參照坐標系。規(guī)范化坐標系(NC)：指獨立于具體物理設備的一種坐標系，它的顯示空間在x和y上都是0到1范圍內，主要用于在計算機內部處理圖形，對一個具體物理設備，NC與DC僅僅是相差一個比例因子，NC可被看成是一個抽象的圖形設備。設備坐標系(DC)或屏幕坐標系：將場景的世界坐標系描述轉換為一個或多個輸出設備參照系來顯示。該坐標系依賴于具體的顯示輸出設備。從建模坐標到設備坐標的變換序列為：

(xmc,ymc)->(xwc,ywc)->(xnc,ync)->(xdc,ydc)為適應比例和縱橫比的差別，NC變換到輸出設備(DC)的正方形區(qū)域，以保持適當?shù)谋壤龍D形軟件類型坐標表示圖形標準窗口系統(tǒng)（軟件部分）計算機圖形系統(tǒng)2.3

圖形標準制定標準的最初目的:可移植性軟件可以方便地從一個硬件系統(tǒng)移植到另一個硬件系統(tǒng)，從一個操作系統(tǒng)環(huán)境移植到另一個操作系統(tǒng)環(huán)境，從一個開發(fā)工具環(huán)境到另一個開發(fā)工具環(huán)境，從一種程序語言到另一種程序語言…圖形標準：圖形系統(tǒng)及其相關應用系統(tǒng)中各界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準，以及供圖形應用程序調用的子程序功能及其格式標準，前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標準，后者稱為子程序界面標準。ISO&ANSI標準GKS--GraphicalKernelSystem圖形核心系統(tǒng)。GKS定義了一個獨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準

PHIGS是GKS的擴展，增加了對象建模、彩色設定、圖形管理等功能。PHIGS+（三維表面明暗處理功能）CGI--ComputerGraphicsInterface計算機圖形接口GCI提供控制圖形硬件的一種與設備無關的方法；CGM--ComputerGraphicsMetafile計算機圖形元文件CGM是一套與設備無關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圖形標準分類面向圖形設備的接口標準：計算機圖形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,…)

計算機圖形接口(CGI).設備驅動程序。面向應用軟件的標準：程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）,GL(圖形程序包)

圖形核心系統(tǒng)GKS，GKS3D面向圖形應用系統(tǒng)中工程和產品數(shù)據(jù)模型及其文件格式：基本圖形轉換規(guī)范（IGES）產品數(shù)據(jù)轉換規(guī)范（STEP）應用程序圖形軟件包設備驅動程序設備驅動程序設備驅動程序mouseScreenDiskGKS,PHIGS,GLCGICGM語言綁定(languagebinding)圖形函數(shù)定義為獨立于任何程序設計語言的一組規(guī)范。語言綁定則為特定的高級語言而定義，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準圖形庫函數(shù)的語法。語言聯(lián)編Polyline(n,x,y)ApplicationCALLGPL(n,x,y)PPolyline(n,pts)GKSFortranfunctionCfunctionCGI(ComputerGraphicsInterface)是ISO提出的圖形設備接口標準。CGI的目的是提供控制圖形硬件的一種與設備無關的方法，也使得有經(jīng)驗的用戶最大限度地、靈活地直接控制圖形設備。CGI是圖形設備驅動程序的一種標準。計算機圖形接口(CGI)CGI在用戶程序和虛擬設備之間，以一種獨立于設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答功能集光柵功能集控制功能集：包含五大功能。

(1)虛擬設備管理：用來啟動和終止用戶與CGI虛擬設備的對話期，管理虛擬設備上的圖形圖像。

(2)坐標空間：提供從虛擬設備坐標系(VDC)到設備坐標系(DC)的映射。

(3)出錯控制：CGI將所有檢測到的錯誤分類并規(guī)定了錯誤發(fā)生后CGI要執(zhí)行的動作。

(4)系統(tǒng)控制：提供了數(shù)字精度需求的規(guī)格說明，通過這些功能用戶可建立各種數(shù)據(jù)類型。

(5)詢問功能：提供給用戶存取各種數(shù)據(jù)結構中信息的手段。輸出功能集：包含五大功能。

(1)圖元功能：用來描述CGI中圖形的構成。

(2)屬性功能：用來設置狀態(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、圖形設備的屬性設置及圖形對象的定義。

(4)檢索功能：返回與正文對象定位有關的信息。

(5)輸出詢問：返回輸出及屬性描述表和狀態(tài)表的有關信息。圖段功能集定義了圖形如何組合到圖段中。輸入和應答功能集按照返回數(shù)據(jù)的類型對輸入設備進行邏輯分類，每個邏輯設備都有多種輸入方式，該功能集是確定邏輯輸入設備和其輸入方式。光柵功能集提供了產生、檢索、修改和顯示像素數(shù)據(jù)的功能。總結：提供控制圖形硬件的一種與設備無關的方法?？煽醋鲌D形設備驅動程序的一種標準。在用戶程序和虛擬設備之間，以一種獨立于設備的方式提供圖形信息的描述和通信。計算機圖形元文件(CGM)與設備無關的語義、詞法定義的圖形文件格式。規(guī)定了生成、存儲、傳送圖形信息的格式。面向系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)者，和CGI配套提供。通用性是其關鍵屬性。圖形核心系統(tǒng)(GKS)提供了在應用程序和圖形輸入輸出設備之間的功能接口。與語言無關。

GKS提供了一個稱為元文件的順序文件接口。應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應用程序間傳送圖形信息；與圖形信息相關的非圖形信息的存儲和復用。程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)

向應用程序員提供的控制圖形設備的圖形系統(tǒng)接口；圖形數(shù)據(jù)按層次結構組織；提供動態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。是一個高度動態(tài)化和交互式圖形系統(tǒng)。圖形程序庫(GL)圖形程序庫，UNIX下運行，OpenGL—微機，分類：基本圖素；坐標變換；設置屬性和顯示方式；I/O處理；真實圖形顯示。基本圖形轉換規(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)和結束節(jié)。產品模型數(shù)據(jù)轉換標準(STEP)StandardfortheExchangeofProductmodelData.覆蓋產品整個生命周期強調建立能存入數(shù)據(jù)庫中的一個產品模型的完整表示?？朔蘒GES中的問題和缺點。圖形軟件類型坐標表示圖形標準窗口系統(tǒng)（軟件部分）計算機圖形系統(tǒng)2.4

窗口系統(tǒng)--工業(yè)標準窗口系統(tǒng)是一種與設備無關的圖形化的用戶接口環(huán)境。從用戶的觀點看，窗口系統(tǒng)是以計算機圖形學為基礎，在光柵顯示器上同時顯示多個圖形對象，為用戶提供直觀、形象、一致的圖文操作手段，并可同時進行多個任務的處理。比較有名的窗口系統(tǒng)有：PC機的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

(1)

定義簡潔窗口系統(tǒng)是控制光柵顯示設備與輸入設備的系統(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、圖形資源及其輸入設備。(2)界面清晰：窗口系統(tǒng)通常向用戶提供如下界面。應用界面：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制，包括各種類型的窗口、菜單、圖形、正文、對話框、滾動條等對象的操作及他們間的相互通信。編程界面：是程序員構造應用程序的多窗口界面。由窗口系統(tǒng)提供的各類庫函數(shù)、工具箱、對象類等編程機制具有較強的圖形功能、設備獨立性和網(wǎng)絡透明性。窗口管理界面：對窗口進行“宏觀”管理的界面。

(3)目標明確：窗口系統(tǒng)的一個重要設計思想是提供各種界面的機制，而不是具體策略。窗口系統(tǒng)的設計目標有以下幾點：窗口系統(tǒng)與顯示設備的獨立性；應用程序和程序員的獨立性；系統(tǒng)的網(wǎng)絡透明性；支持并發(fā)顯示多個應用程序；支持實現(xiàn)不同風格的用戶界面；支持重疊型和瓦片型窗口；支持層次化、可變大小的窗口；支持高性能和高質量的圖形和正文；系統(tǒng)的可擴展性。(4)實現(xiàn)緊湊基于上述設計目標，窗口系統(tǒng)在實現(xiàn)時通常采用兩種類型。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)的內核中，這時對窗口功能的使用類似于系統(tǒng)調用。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)的用戶進程(作為服務器進程)來對待，而把窗口系統(tǒng)的應用程序作為另一個用戶進程(作為客戶進程)來對待，通過進程間通信的方式，由窗口服務器進程實現(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)定了應用程序員的編程接口，不同廠商或用戶可在它們之上實現(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)成為個人計算機和工作站各種用戶界面的基礎。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，它比傳統(tǒng)程序的輸入復雜，其中對事件的產生、分發(fā)、接收和處理是窗口系統(tǒng)輸入的基礎。我們把窗口系統(tǒng)中的輸入稱之為事件(Event)。窗口系統(tǒng)中的輸入主要由產生和分發(fā)兩部分組成。生成事件：把物理設備產生的輸入打上一些規(guī)定的標志，送入事件隊列以供客戶使用。事件分發(fā)：把事件隊列中的事件分發(fā)給相應的客戶。主要方法有二：“位置決定法”“