圖形系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化

1、第2章 圖形系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化1內(nèi)容提要圖形系統(tǒng)的組成 常用的圖形輸入輸出設(shè)備 圖形處理器和工作站圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)和窗口系統(tǒng)221 圖形系統(tǒng)的組成與功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)圖形硬件和圖形軟件的集合。圖形硬件包括具有圖形處理能力的計(jì)算機(jī)、圖形顯示器以及鼠標(biāo)和鍵盤等基本交互工具，還有圖形輸入板、繪圖儀、圖形打印機(jī)等輸入輸出設(shè)備，以及磁盤、光盤等存儲(chǔ)設(shè)備。圖形軟件包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、高級(jí)語言、圖形處理軟件和應(yīng)用軟件。 3圖形系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)圖形顯示終端繪圖儀圖形輸入板硬盤光盤驅(qū)動(dòng)器鼠 標(biāo)4圖形系統(tǒng)的基本功能一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)具有計(jì)算、存儲(chǔ)、對(duì)話、輸入、輸出五個(gè)方面的基本功能。（1）計(jì)算功能：圖形系

2、統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中所需要的計(jì)算、變換和分析功能，如直線、曲線、曲面等幾何因素的生成，坐標(biāo)的幾何變換，線段和形體間的求交、裁剪計(jì)算以及光、色模型的建立等，都需要快速的計(jì)算能力。（2）存儲(chǔ)功能：在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、外存中能存放圖形數(shù)據(jù)，尤其是存放形體幾何元素（點(diǎn)、邊、面）之間的連接關(guān)系以及各種屬性信息，并且可基于設(shè)計(jì)人員的要求對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢索、修改、增加、刪除等操作。（3）對(duì)話功能：圖形系統(tǒng)應(yīng)能通過圖形顯示器及其它人-機(jī)交互設(shè)備直接進(jìn)行通信。利用定位、拾取等手段，輸入或獲取各種參數(shù)，同時(shí)應(yīng)能領(lǐng)會(huì)人的意圖，接收各種命令，實(shí)現(xiàn)增、刪、改等操作，并能觀察設(shè)計(jì)結(jié)果。（4）輸入功能：把圖形設(shè)計(jì)和繪圖過程

3、中的有關(guān)定位、定形尺寸及必要的參數(shù)和命令輸入到計(jì)算機(jī)中去。（5）輸出功能：圖形系統(tǒng)應(yīng)能在屏幕上顯示出設(shè)計(jì)過程當(dāng)前的狀態(tài)，經(jīng)過增、刪、改后的結(jié)果，在得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果或其它輸出要求時(shí)，應(yīng)能通過繪圖儀、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長(zhǎng)期保存。5圖形系統(tǒng)的選擇在選擇一個(gè)圖形系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)圖形硬件和軟件的組成做出合理的選擇，其次還要考慮以下的因素：（1）系統(tǒng)如何與其他工作過程相互配合，如生產(chǎn)、設(shè)計(jì)以及人們的使用經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣；（2）經(jīng)濟(jì)因素，以最少的投資獲得最大的收益，避免浪費(fèi)；（3）系統(tǒng)安裝、運(yùn)行、維護(hù)、管理的條件，選擇要求硬件配置低、易于使用和維護(hù)的圖形系統(tǒng)；（4）用戶接口，選擇界面友好，操作方便

4、的圖形系統(tǒng)。不少用戶對(duì)圖形系統(tǒng)了解不全面，他們只愿意出錢買硬件，不愿意花錢買軟件，這往往也使得圖形硬件得不到充分的發(fā)揮。目前采用的圖形系統(tǒng)最流行的是個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和工作站，再配上相應(yīng)的圖形輸入輸出設(shè)備和圖形軟件。62.2 常用的圖形輸入輸出設(shè)備在一個(gè)基本的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中，圖形輸入設(shè)備是將用戶的圖形數(shù)據(jù)、各種命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，圖形輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理好的結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖形呈現(xiàn)在用戶面前，如圖形的顯示、繪制和打印。221 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備從邏輯上分為六種，如表2.1所示。但實(shí)際的圖形輸入設(shè)備往往是某些邏輯輸入功能的組合。 表2.1 圖形輸入設(shè)備的邏輯分類78下面簡(jiǎn)要介紹幾種

5、常見的圖形輸入設(shè)備。（1）鼠標(biāo)器（Mouse）鼠標(biāo)器是一種移動(dòng)光標(biāo)和做選擇操作的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，它和鍵盤一起成為現(xiàn)在計(jì)算機(jī)主要的輸入工具。隨著“所見即所得”（What you see is you want）環(huán)境越來越普及，使用鼠標(biāo)器的機(jī)會(huì)也越來越多。鼠標(biāo)器的工作原理是：當(dāng)移動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí)，它把移動(dòng)距離及方向的信息變成電脈沖送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再把電脈沖轉(zhuǎn)換成鼠標(biāo)器光標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到指示位置的目的。在圖形系統(tǒng)中，鼠標(biāo)器可用來進(jìn)行圖形定位、選擇對(duì)象、拾取圖形信息等功能。目前常用的鼠標(biāo)器根據(jù)測(cè)量位移的部件可分為機(jī)械式、光電式和光機(jī)式三種。根據(jù)按鍵可分二鍵、9三鍵、四鍵式鼠標(biāo)，在不同的圖形軟件中定義

6、鼠標(biāo)按鍵的操作方式和功能各不相同。鼠標(biāo)器按鍵一般具有下述五種操作方式： 點(diǎn)擊（Click）是按下一鍵并立即釋放，掀?。≒ress）是按下一鍵不釋放，拖動(dòng)（Grag）是按下一鍵不釋放，并移動(dòng)鼠標(biāo)器，同時(shí)按?。–hord）是同時(shí)按下兩個(gè)或三個(gè)鍵，并且立即釋放，改變（Change）是不移動(dòng)鼠標(biāo)器，連續(xù)點(diǎn)擊同一個(gè)鍵二次或三次，也稱為雙擊或三擊。（2）坐標(biāo)數(shù)字化儀（Digitizer）坐標(biāo)數(shù)字化儀式一種把圖形轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接收的數(shù)字形式專用設(shè)備，是常見的定位設(shè)備，其基本原理是采用電磁感應(yīng)技術(shù)。數(shù)字化儀由兩部分組成，一個(gè)是堅(jiān)固的、內(nèi)部有金屬柵格陣列的10圖板，在它上面對(duì)圖形進(jìn)行數(shù)字化；另一個(gè)是游標(biāo)，由它

7、來提供圖形的位置信息，一般的游標(biāo)上面有一個(gè)叉絲和多個(gè)按鍵組成，如4鍵、16健等，每個(gè)鍵都可以定義特定的功能。如圖2.2所示。坐標(biāo)數(shù)字化儀的工作原理：圖板在x,y方向上布滿了金屬柵格，游標(biāo)中有一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有電流信號(hào)時(shí)，游標(biāo)十字叉絲的中心便產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)游標(biāo)在平板上移動(dòng)時(shí)，平板下的印制線上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。印制板周圍的多路開關(guān)等線路可以檢測(cè)出最大信號(hào)的位置，即十字叉絲中心所在的位置，從而得到該點(diǎn)的坐標(biāo)值。另外一個(gè)與坐標(biāo)數(shù)字化儀在結(jié)構(gòu)和原理上類似的設(shè)備叫圖形輸入板（Tabet），只是面積較小而已，常見的面積為280mm280mm。1112在選擇和購買坐標(biāo)數(shù)字化儀時(shí)要考慮一下主要性能指標(biāo)。

8、 最大有效幅面：指能夠有效地進(jìn)行數(shù)字化操作的最大面積，一般按工程圖紙的規(guī)格來劃分，如A4,A3,A1,A0幅面等。數(shù)字化速度：由每秒幾點(diǎn)到每秒幾百點(diǎn)，大多采用可變方式，由用戶進(jìn)行選擇。最高分辨率：分辨率是指坐標(biāo)數(shù)字化儀的輸出坐標(biāo)顯示值增加1的最小可能距離，一般為每毫米幾十線到幾百線之間。最高分辨率取決于對(duì)電磁感應(yīng)信號(hào)的處理方法和技術(shù)。（3）圖形掃描儀圖形掃描儀是直接把圖形（如工程圖紙）和圖像13（如照片、廣告畫）掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，以像素信息的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的設(shè)備。按照所支持的顏色分類，可分為單色掃描儀和彩色掃描儀；按掃描寬度和操作方式可分為大型掃描儀、臺(tái)式掃描儀和手持式掃描儀。圖形掃描儀和數(shù)碼

9、相機(jī)等輸入設(shè)備在計(jì)算機(jī)中都是以圖像形式存儲(chǔ)和顯示，因此是圖像處理的常用設(shè)備。不過有圖形與圖像之間關(guān)系與轉(zhuǎn)換日益緊密，在圖形處理系統(tǒng)中也離不開這些設(shè)備。其它的輸入設(shè)備還包括光筆、觸摸屏、跟蹤球、操縱桿、語音識(shí)別器等。 222 圖形輸出設(shè)備14圖形輸出設(shè)備包括圖形顯示設(shè)備及各種繪圖儀和打印機(jī)。（1）圖形顯示器圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備，現(xiàn)在使用的圖形顯示器主要是采用陰極射線管（CRT）原理的顯示器，另外還有液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器等。下面主要介紹CRT顯示器。CRT顯示器按照所顯示的顏色來分，可分為單色顯示器和彩色顯示器。按照工作原理可分為隨機(jī)掃描圖形顯示器、存儲(chǔ)管式圖形

10、顯示器和光柵掃描式圖形顯示器三種，前兩種方式的顯示器已基本被淘汰，現(xiàn)在用的顯示器都是光柵掃描式圖形顯示器。下面比較詳細(xì)地介紹光柵掃描式圖形顯 15 示器的工作原理，這對(duì)圖形和圖像編程很有幫助。 光柵掃描式圖形顯示器（簡(jiǎn)稱光柵顯示器）是畫點(diǎn)設(shè)備，通過顯示器上的像素（Pixel）的亮度、顏色來顯示不同的形狀和顏色的圖形。光柵顯示器的性能指標(biāo)主要有以下幾條：分辨率，表示顯示器在水平和垂直方向上能夠識(shí)別出的最大像素?cái)?shù)，如640X480,1024X768,1280X1024等；顯示尺寸，即顯示器用于顯示圖形的面積，一般用顯示器對(duì)角線的距離來衡量，如15英寸、17英寸等； 點(diǎn)間距：即水平兩個(gè)相鄰像素點(diǎn)中心

11、之間的距離，如.28mm、.31mm顯示器等，這是將分辨率和顯示尺寸結(jié)合起來考慮的一個(gè)綜合指標(biāo)，點(diǎn)間距越小，現(xiàn)實(shí)的圖形或圖像就越精細(xì)； 顯示速度：一般用顯示器每秒刷新屏幕的次數(shù)來表示，16CRT顯示器要求刷新頻率不低于每妙20-30幀，否則會(huì)出現(xiàn)屏幕閃爍現(xiàn)象。早期的顯示器刷新頻率較低，為了解決屏幕閃爍現(xiàn)象，一般采用隔行掃描線是技術(shù)，而現(xiàn)在的顯示器刷新品率一般都在每秒50幀以上，通常都是采用逐行掃描顯示技術(shù)。 光柵顯示系統(tǒng)由光柵顯示器和圖形適配器（即顯卡）組成。一個(gè)黑白光柵顯示系統(tǒng)，在顯卡的幀緩存（即顯存）中，每個(gè)像素需要1位存儲(chǔ)單元，只有0和1兩個(gè)狀態(tài)，只能產(chǎn)生黑白圖形。幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵

12、顯示器是模擬設(shè)備，要把幀緩存中的信息在光柵顯示器屏幕上輸出，必須經(jīng)過數(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換，在幀緩存中的每一位像素必須經(jīng)過存取轉(zhuǎn)換才能在光柵顯示器上產(chǎn)生圖形。如圖2.3所示。 1718在光柵顯示器中，需要用足夠的位面和幀緩存結(jié)合起來才能反映圖形的灰度等級(jí)和顏色。圖2.4是一個(gè)具有N位面灰度等級(jí)的幀緩存，即顯示器上每個(gè)像素的亮度是由N個(gè)位面中對(duì)應(yīng)的幀緩存單位中的值控制的，即每一位的二進(jìn)制值（0或1）被存入指定的寄存器中，該寄存器中的二進(jìn)制數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，其范圍在0到2N-1之間。顯示器的像素地質(zhì)通常以左上角為屏幕坐標(biāo)系的原點(diǎn)（0，0）。亮度等級(jí)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)變成驅(qū)動(dòng)顯示器電子束的模

13、擬電壓，從而顯示出不同灰度的圖形或圖像。例如，對(duì)于具有三個(gè)位面的幀緩存，分辯率是1024X1024的顯示器，需要3X1024X1024位的存儲(chǔ)單元，即3M，每個(gè)像素可以表示23=8級(jí)灰度。為了在有限的幀緩存的條件下顯示更多的灰度等級(jí)，可以采用查找表技術(shù)。1920彩色顯示器的工作原理如圖2.5所示。對(duì)于紅綠藍(lán)（RGB）三原色彩色顯示器，每種顏色對(duì)應(yīng)一個(gè)電子槍和幀緩存。如果每個(gè)電子槍對(duì)應(yīng)一個(gè)位面的幀緩存，那么三個(gè)顏色的位面可以表示23=8種不同的顏色。如果每種顏色的電子槍對(duì)應(yīng)N個(gè)位面的幀緩存，則每個(gè)像素可以表示2NX2NX2N種顏色，例如，每種顏色的電子槍對(duì)應(yīng)8個(gè)位面的幀緩存，則每個(gè)像素可以表示2

14、8X28X28=224，即種顏色，這種顯示器稱為全色光柵顯示器。 2122常用的顏色有：黑色RGB(0,0,0)，紅色RGB(255,0,0)，綠色RGB(0,255,0)，藍(lán)色RGB(0,0,255)，黃色RGB(255,255,0)，青色RGB(0,255,255)，紫色RGB(255,0,255)和白色RGB(255,255,255)。（2）打印機(jī)（Printer） 圖形繪制設(shè)備就是將圖形畫在紙上，也稱為硬拷貝設(shè)備，分為打印機(jī)和繪圖儀兩種。打印機(jī)是廉價(jià)的產(chǎn)生圖紙的硬拷貝設(shè)備，從機(jī)械動(dòng)作上常分為撞擊式和非撞擊式兩種。撞擊式打印機(jī)使用成型字符通過色帶印在紙上，如行式打印機(jī)、點(diǎn)陣打印機(jī)等。非撞

15、擊式打印機(jī)常用的技術(shù)有：噴墨技術(shù)和激光技術(shù)。噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)由于速度快、噪音小，已逐漸替代以往的撞擊式打印機(jī)。 23（3）繪圖儀（Plotter）現(xiàn)在常用的是筆式繪圖儀（Pen Plotter）。所謂筆式繪圖儀就是用墨水筆進(jìn)行繪圖，它是矢量設(shè)備，繪圖筆相對(duì)圖紙做隨機(jī)移動(dòng)。筆式繪圖儀分為滾筒式和平板式兩種。顧名思義，平板式筆式繪圖儀是在一塊平板上鋪上圖紙進(jìn)行畫圖，繪圖筆分別由X、Y兩個(gè)方向進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而滾筒式繪圖儀是在一個(gè)滾筒上畫圖，圖紙?jiān)谝粋€(gè)方向（如X方向）滾動(dòng)，而繪圖筆在另一個(gè)方向（如Y方向）移動(dòng)。如圖2.6所示。兩類繪圖儀都有各自的系列產(chǎn)品，其繪圖幅面從A3到A0以及加長(zhǎng)A0等。 24

16、25筆式繪圖儀的主要性能指標(biāo)包括：最大繪圖幅面、繪圖速度、優(yōu)化繪圖以及繪圖所用的語言等。在主機(jī)向繪圖儀發(fā)送圖形數(shù)據(jù)的同時(shí)，還要發(fā)送指揮繪圖儀實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的命令，如抬筆、落筆、畫直線段、畫圓弧等，然后由繪圖儀去解釋這些命令并執(zhí)行之。這些命令格式稱為繪圖語言。在每種繪圖儀中都有自己的繪圖語言，其中HP公司的HPGL繪圖語言應(yīng)用最廣泛，并可能成為各種繪圖儀未來移植的標(biāo)準(zhǔn)語言。除此之外，還有靜電繪圖儀、噴墨繪圖儀等。 262.3 圖形處理器和工作站2.3.1 圖形處理器在圖形硬件系統(tǒng)中，為了減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)，加快圖形處理速度，一般都有兩個(gè)以上的處理器部件，采用流水線、并行處理等技術(shù)。除了中央處理器（CPU

17、）之外，還有一個(gè)專用的顯示處理機(jī)（DPU）,用來與CPU交互作用和控制顯示設(shè)備的操作。按照功能的不同，可分為簡(jiǎn)單圖形處理器、單片圖形處理器和個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形卡等多種形式。（1）簡(jiǎn)單圖形處理器個(gè)人計(jì)算機(jī)上采用的光柵圖形系統(tǒng)含有一個(gè)CPU、系統(tǒng)總線、主存、幀緩存、視頻控制器和一個(gè)CRT，如圖2.3.1（a）所示。在這種結(jié)構(gòu)的圖形系統(tǒng)中，顯示刷新頻率和重新編址次數(shù)都很高，視頻控制27 器對(duì)內(nèi)存的存取操作次數(shù)也比較多，從而降低了CPU的工作速度。為此，在如圖2.3.1（b）所示的結(jié)構(gòu)中，增加一個(gè)圖形顯示處理器（DPU），專門用于執(zhí)行有關(guān)圖形處理的功能，如掃描轉(zhuǎn)換、光柵操作等，同時(shí)還設(shè)置了專門的圖像刷新幀

18、緩沖存儲(chǔ)器。因此，這種圖形系統(tǒng)具有兩個(gè)處理器，即一個(gè)是通用處理器（CPU），用于計(jì)算機(jī)正常的計(jì)算處理，另一個(gè)是顯示處理器（DPU），專用于圖形的處理。三個(gè)存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器（主存）、顯示處理存儲(chǔ)器和幀緩沖存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存放由CPU執(zhí)行的程序、圖形指令和操作系統(tǒng)命令等；顯示處理存儲(chǔ)器用于存放掃描轉(zhuǎn)換和光柵操作的程序；幀緩沖存儲(chǔ)器存放掃描轉(zhuǎn)換和光柵操作所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)。 2829到目前為止還沒有一種圖形系統(tǒng)能滿足顯示圖形的復(fù)雜性和真實(shí)性，其中最主要的問題有兩個(gè)，即幀緩沖存儲(chǔ)器的存取速度和CPU處理復(fù)雜圖形的速度。由于幀緩沖存儲(chǔ)器的存取速度和CPU處理復(fù)雜圖形的速度不能滿足大量圖形數(shù)據(jù)的處理速

19、度，因此必須采用一些改進(jìn)的措施。（2）單片圖形處理器單片圖形處理器是視頻控制器和顯示處理功能的結(jié)合，目前在市場(chǎng)上廣泛使用的單片圖形處理器有兩種，一是美國(guó)Texas儀器公司的TMS 34020，另一種是美國(guó)Intel公司的i860。 TMS 34020是用在PC個(gè)人計(jì)算機(jī)上加速二維圖形的顯示與處理，與其匹配的還有TMS 34082浮點(diǎn)處理器，用來加速三維圖形的幾何變換和裁剪。30 TMS 34020是一個(gè)可獨(dú)立編程的32位處理器。 Intel i860是第一個(gè)能直接處理三維圖形的微處理器芯片，其追求的目標(biāo)是三維圖形處理的高性能、低價(jià)格和高集成度。在Intel i860中含有高性能的CPU及高速緩

20、存、輸入/輸出控制器以及支持特殊指令的邏輯單元。對(duì)于有主CPU的計(jì)算機(jī)，i860可作為圖形顯示處理器；i860也可以作為獨(dú)立的單片處理機(jī)。 （3）個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形卡 在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，將用于圖形顯示的處理器（DPU）、顯示處理存儲(chǔ)器、幀緩沖存儲(chǔ)器以及視頻處理控制器等集成在一起（圖2.3.1(b)中虛框部分），單獨(dú)做成一塊板，稱為圖形顯示適配器（Graphic Display Adapter,簡(jiǎn)稱顯卡）。 311981年IBM公司推出PC機(jī)時(shí)提供了兩種顯卡，一種是單色顯示卡（簡(jiǎn)稱MDA）,分辨率為720X350，另一種是彩色圖形顯示器（簡(jiǎn)稱CGA），分辨率為640X200。1985年推出了增強(qiáng)型的圖

21、形適配器（簡(jiǎn)稱EGA）以及隨后采用的視頻圖形適配器（簡(jiǎn)稱VGA）,作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備已廣泛應(yīng)用于PC計(jì)算機(jī)。80年代末期推出的TVGA和SVGA顯卡除了完全兼容MDA/CGA/EGA/VGA外，還支持分辨率高達(dá)60行X132列的字符模式和1024X768、256種顏色的圖形模式。1990年，IBM公司發(fā)布了XGA圖形顯示卡，能夠支持16位真彩色工作方式。 在對(duì)媒體技術(shù)和電腦游戲日益普及的今天，顯卡已成為PC機(jī)中重要的部件，它直接決定圖形、圖像和視頻動(dòng)畫的顯示質(zhì)量。在購買顯卡時(shí)，要考慮它能支持的最大分辨率，顯示的顏色（24位或32位真彩色），顯存和緩存的大小等因素。 322.3.2 工作站工作站起源于

22、20世紀(jì)70年代，但是一些專家在設(shè)想下一代計(jì)算機(jī)時(shí)提出來的，其目的是想為程序設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)功能強(qiáng)大、界面友好、圖形設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)方便的高檔計(jì)算機(jī)。1973年美國(guó)施樂（Xerox）研究中心生產(chǎn)出第一臺(tái)工作站樣機(jī)，取名為Alto。Alto采用了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和技術(shù)，如光柵顯示器，使圖文并茂，采用了鼠標(biāo)器和光筆等交互設(shè)備等，同時(shí)Alto還安裝了傳輸速率為3MB/S的實(shí)驗(yàn)以太網(wǎng)，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)之間的通信及數(shù)據(jù)傳輸能力。直到1980年才正式推出商品化的工作站產(chǎn)品，1980年美國(guó)Apollo公司推出Domain工作站，1981年Sun公司推出Sun/1工作站，Xerox公司推出了面向辦公自動(dòng)化的

23、Star 工作站，這些工作站都是采用Unix或類似于Unix33 操作系統(tǒng)，從而使Unix進(jìn)一步得到普及。進(jìn)入90年代，工作站作為獨(dú)立的機(jī)種在計(jì)算機(jī)行業(yè)中得到普及，并逐年處于上升的地位，特別是在CAD/CAM,電腦動(dòng)畫、影視制作等圖形系統(tǒng)行業(yè)。 工作站是具有高速的科學(xué)計(jì)算、豐富的圖形功能處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般地說，工作站具有如下的特點(diǎn)： （1）具有32位或64位字長(zhǎng)的CPU，廣泛采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC）； （2） 配備大容量的內(nèi)存和外存，運(yùn)算速度很高，可達(dá)20MIPS和5MFLOPS以上； （3） 一般采用UNIX及類似的操作系統(tǒng)，配有高性能的窗口管理系統(tǒng)，

24、如Motif或OpenLook等； 34 （4）具有很強(qiáng)的圖形圖像處理功能，配有專用的圖形圖像處理器，大尺寸高分辨率的顯示器，如19英寸或21英寸，1280X1024以上的分辨率，顏色深度可達(dá)100個(gè)位面以上；（5）具有網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議； （6） 基本用戶是工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師，主要用于工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與繪圖、工業(yè)模擬和藝術(shù)設(shè)計(jì)等。 從用戶角度來看，除工作站比大、中、小型計(jì)算機(jī)價(jià)格便宜外，更主要的是工作站將多種功能集于一身，體積小，通常配有高分辨率的大屏幕顯示器及容量很大的內(nèi)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，并且具有較強(qiáng)的信息處理功能和高性能的圖形、圖像處理功能以及聯(lián)網(wǎng)功能，為程序設(shè)計(jì)人員提供3

25、5一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便的工作環(huán)境。根據(jù)工作站本身的特點(diǎn)，從使用的方便性來講，它更類似于PC機(jī)，有人說：工作站是高檔的PC機(jī)；從功能和性能方面，它越來越多地覆蓋了大、中、小型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。常用的工作站有Sun Microsystem公司的Sun Sparc工作站、HP公司的HP-PA工作站、DEC公司的Alpha工作站、IBM公司的RS/6000工作站以及SGI（Silicon Graphics）公司的IRIS工作站。其中， Sun Sparc工作站是美國(guó)Sun Microsystem公司在90 年代的主流產(chǎn)品，從1990年連續(xù)多年在工作站銷售市場(chǎng)上名列榜首。主要產(chǎn)品有SPARC Stat

26、ion 2(簡(jiǎn)稱SS2)、SPARC Station 10(簡(jiǎn)稱SS10)、SPARC Station 20(簡(jiǎn)稱SS20)等。操作系統(tǒng)采用SunOS和Solaris，圖形支持XLIB、XGL、36 PostScript等，窗口系統(tǒng)支持Open Window、Xview和SunView，但處理機(jī)速度達(dá)100MIPS。DEC公司1993年推出的Alpha工作站是當(dāng)時(shí)單CPU速度最快的RISC工作站芯片，字長(zhǎng)64位，峰值處理速度達(dá)400MIPS。SGI工作站圖形處理能力很強(qiáng)，特別適合圖形處理和產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域。 評(píng)價(jià)工作站性能的指標(biāo)主要是開放性、計(jì)算能力、圖形處理和網(wǎng)絡(luò)能力四個(gè)方面。開放性是指獨(dú)立于各

27、廠商并遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、窗口系統(tǒng)和開發(fā)工具等部分組成。在開放環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用軟件可保證它們的交互操作性、規(guī)?？勺冃?、可移植性及相互連接性。對(duì)計(jì)算能力、圖形處理和網(wǎng)絡(luò)能力等性能的評(píng)測(cè)常采用基準(zhǔn)測(cè)試法，即選擇具有代表性的各類應(yīng)用或具有某種特性的程序組作為37 基準(zhǔn)測(cè)試程序，通過在目標(biāo)工作站上實(shí)際運(yùn)行這些程序得到有關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)可客觀地對(duì)工作站進(jìn)行測(cè)試。 另外，在選擇工作站時(shí)，需要把工作站的設(shè)計(jì)生產(chǎn)公司與CAD/CAM系統(tǒng)集成開發(fā)公司區(qū)分開來，前者主要是從事工作站硬件及其系統(tǒng)軟件的開發(fā)和生產(chǎn)，如Sun、SGI等公司，而后者主要從事CAD/CAM支撐軟件和

28、應(yīng)用軟件的開發(fā)以及與工作站的集成，如Computer Vision公司（Proengineer 軟件）、SDRC公司（IDEAS軟件）。 38 2.4 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)和窗口系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，各種圖形軟件日益增多，圖形設(shè)備品種繁多，如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)用軟件的開發(fā)和移植等工作將造成很多的困難。為了提高圖形軟件的可移植性、與圖形硬件設(shè)備的無關(guān)性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）針對(duì)圖形系統(tǒng)的不同層次的接口，制定了一系列的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如圖2.4所示，從下往上分別包括：（1） 計(jì)算機(jī)圖形元文件（Computer Graphics Metafile,簡(jiǎn)稱CGM）；（2） 計(jì)算機(jī)圖形接口（C

29、omputer Graphics Interface,簡(jiǎn)稱CGI）；（3） 圖形軟件包，如GKS，GKS-3D，PHIGS，GL等；（4） 圖形應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)，如IGES和STEP；3940其中，CGM和CGI是面向設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)。GKS，GKS-3D，PHIGS，GL是面向圖形應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)。IGES和STEP是面向圖形應(yīng)用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件交換各式的標(biāo)準(zhǔn)。另外，窗口系統(tǒng)是近年來應(yīng)用最為廣泛的圖形化的用戶接口，其典型代表有工作站上的X-Windows，Motif和OpenLook，個(gè)人計(jì)算機(jī)上的Microsoft Windows系列產(chǎn)品，這些窗口系統(tǒng)已成為用戶接口事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

30、。理解和學(xué)習(xí)這些圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)，有助于規(guī)范圖形系統(tǒng)，涉及符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的圖形軟件，以便于圖形應(yīng)用軟件的兼容性以及與設(shè)備無關(guān)性，也便于應(yīng)用現(xiàn)有的圖形軟件產(chǎn)品。41241 計(jì)算機(jī)圖形元文件（CGM）CGM是ANSI 1986年公布的標(biāo)準(zhǔn)，1987年成為ISO標(biāo)準(zhǔn)。它是一套與設(shè)備無關(guān)的圖形文件格式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它定義了圖形文件的語義和詞法，以便于不同的圖形設(shè)備都可以接受這種圖形格式。CGM規(guī)定了生成、存儲(chǔ)、傳送圖形信息的格式。設(shè)計(jì)CGM的主要目的是：（1）提供圖形存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式；（2）假脫機(jī)繪圖的圖形協(xié)議；（3）為設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)造條件；（4）便于檢查圖形中的錯(cuò)誤，保證圖形質(zhì)量；（5）提供了把不同圖形系統(tǒng)

31、中所產(chǎn)生的圖形集成到一起的一種手段。CGM是一個(gè)靜態(tài)的圖形文件格式，即它不能產(chǎn)生所定義圖形的動(dòng)態(tài)效果。通用性是CGM的關(guān)鍵屬性，廣泛適用于各種設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)。42CGM標(biāo)準(zhǔn)主要有兩部分組成，其一是功能規(guī)格說明，以抽象的詞法描述了相應(yīng)的文件格式，包括元素標(biāo)志符、含義的定義以及參數(shù)描述。其二是描述了CGM的三種標(biāo)準(zhǔn)編碼形式，即字符、二進(jìn)制數(shù)和正文編碼。CGM的結(jié)構(gòu)如圖所示2.4-2所示。每個(gè)圖形文件中有一個(gè)元文件描述體和若干個(gè)邏輯上獨(dú)立的圖形描述順序組成。每個(gè)圖形描述體由一個(gè)圖形描述單元和一個(gè)圖形數(shù)據(jù)單元構(gòu)成。4344242 計(jì)算機(jī)圖形接口（CGI） CGI(Computer Graphics I

32、nterface)是ISO TC97提出的圖形設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)，其目的是提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法，使得有經(jīng)驗(yàn)的用戶最大限度地、靈活地控制圖形設(shè)備。CGI是圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。通過CGI?？梢跃毥Y(jié)合驅(qū)動(dòng)各種不同的圖形設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的無關(guān)性。 CGI是在用戶應(yīng)用程序和虛擬設(shè)備之間以一種獨(dú)立設(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： （1）控制功能集：包括虛擬設(shè)備、坐標(biāo)空間、出錯(cuò)控制、系統(tǒng)控制、詢問功能五個(gè)方面的功能； （2）輸出功能集：設(shè)計(jì)圖元、屬性、對(duì)象的構(gòu)成及有關(guān)的控制和詢問； 45 （3）圖段功能集：定義了圖形對(duì)象如何組合到圖段中，并用唯一的圖段標(biāo)識(shí)符

33、標(biāo)識(shí)，還提供了產(chǎn)生、修改和操縱圖段的功能； （4）輸入和應(yīng)答功能集：按數(shù)據(jù)的類型將邏輯輸入設(shè)備分成八類，即定位、筆劃、取值、選擇、拾取、字符串、光柵和其它輸入設(shè)備。每個(gè)邏輯設(shè)備有四種輸入方式，即請(qǐng)求、采樣、事件和應(yīng)答。在應(yīng)答請(qǐng)求方式下，允許將該邏輯輸入設(shè)備的當(dāng)前值應(yīng)答在相應(yīng)的CGI虛擬設(shè)備上。 (5) 光柵功能集：提供了產(chǎn)生、檢索、修改和顯示像素?cái)?shù)據(jù)的功能。46243 圖形軟件包圖形軟件包是應(yīng)用程序和圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的接口，應(yīng)用程序通過調(diào)用圖形軟件包中的圖形函數(shù)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的圖形設(shè)備，繪出各式各樣的圖形。作為ISO標(biāo)準(zhǔn)的圖形軟件包有GKS，GKS-3D，PHIGS，GL等。 1GKS和GKS

34、-3DGKS(Graphics Kernel System)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，定義了一個(gè)獨(dú)立于語言的圖形核心系統(tǒng)。GKS是一個(gè)圖形軟件包，在具體使用時(shí)，必須嵌在宿主語言中使用，如C語言等。GKS和具有圖形處理功能的程序設(shè)計(jì)語言是有區(qū)別的，程序語言中的圖形處理函數(shù)是該語言的一47 部分，語法和語義與具體的語言有關(guān)，而GKS是獨(dú)立于宿主語言之外相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，不同的宿主語言都可以調(diào)用GKS中的圖形處理語句。 GKS作為一個(gè)圖形系統(tǒng)核心，其意義在于它提供的圖形功能和各種特殊的圖形設(shè)備是無關(guān)的。GKS中系統(tǒng)可調(diào)用的圖形輸出和輸入設(shè)備稱為圖形工作站，它是一個(gè)抽象的物理設(shè)備

35、。GKS共有六種工作站：輸入、輸出、輸入輸出、獨(dú)立圖段存儲(chǔ)（WISS）、元文件輸出（MO）、元文件輸入(MI)工作站。 GKS提供了一系列交互和非交互圖形設(shè)備的全部圖形處理功能，包括：控制功能、輸出功能、輸出屬性、變換功能、圖組功能、輸入功能、詢問功能、實(shí)用功能、元文件處理和出錯(cuò)處理。48 GKS包括下列幾個(gè)基本的圖素，即點(diǎn)元素、線元素、字符元素和光柵元素。 在GKS中，圖素能以圖段方式組合，并以圖段為單位進(jìn)行圖形輸出，各圖段由應(yīng)用程序定義，GKS根據(jù)所指定的圖段名進(jìn)行識(shí)別與選擇，而且還可以對(duì)圖段進(jìn)行變換、可見性、改名、監(jiān)測(cè)及刪除等一系列操作。 GKS采用元文件在圖形系統(tǒng)之間傳送圖形信息，其功

36、能包括GKS元文件的生成、讀入和解釋等。GKS元文件結(jié)構(gòu)及其讀、寫過程如圖所示。 4950 GKS是一個(gè)二維圖形的標(biāo)準(zhǔn)，它不適合三維圖形的處理，為此，ISO/IEC制定了三維圖形核心系統(tǒng)GKS-3D。GKS-3D是一個(gè)完全的三維系統(tǒng)，即所有的圖段、圖素?cái)?shù)據(jù)都是三維格式，即使原來的GKS中的二維數(shù)據(jù)也要轉(zhuǎn)換成三維的格式。GKS-3D的功能包括三維輸入、三維圖素、三維幾何屬性、具有視圖操作的三維變幻以及隱藏線、面的消除等。GKS-3D和GKS是完全兼容的，它們?cè)诠δ苌峡梢曰旌鲜褂?，但在GKS-3D處理GKS定義的功能之前，需要把GKS定義的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成三維的格式，即GKS的功能只是在GKS-3D某個(gè)

37、具體平面上的實(shí)現(xiàn)。 2. PHIGS PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics System，程序員層次交互圖形系統(tǒng))是51 ISO1986年公布的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)，它為應(yīng)用程序員提供控制圖形設(shè)備的子程序接口標(biāo) 準(zhǔn)。與GKS不同，PHIGS的圖形數(shù)據(jù)按照層次結(jié)構(gòu)組織，使多層的應(yīng)用模型能方便地利用PHIGS進(jìn)行描述，而且PHIGS提供了動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。PHIGS提供的功能包括以下三個(gè)方面的含義： （1）向應(yīng)用程序員提供了控制圖形設(shè)備的圖形系統(tǒng)接口； （2）圖形數(shù)據(jù)按層次結(jié)構(gòu)組織，使多層次的應(yīng)用模型能方便地應(yīng)用PHIGS

38、進(jìn)行描述； （3）提供了動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。PHIGS是為具有高度動(dòng)態(tài)性、交互性的三維圖形應(yīng)用而設(shè)計(jì)的圖形軟件工具庫，其最主要的特點(diǎn)是能夠在系統(tǒng)中高效率地描述應(yīng)用模型，迅速修改52 圖形模型的數(shù)據(jù)，并能繪制顯示修改后的圖形模型，它也是在應(yīng)用程序和圖形設(shè)備之間提供了一種功能接口。 PHIGS的標(biāo)準(zhǔn)功能可劃分為九個(gè)程序模塊來分別實(shí)現(xiàn)，各模塊相對(duì)獨(dú)立，一個(gè)模塊僅通過系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與其它模塊間接連接。如圖所示。 53 圖2.4-4 PHIGS的程序模塊結(jié)構(gòu)54 PHIGS和GKS-3D的功能類似，但存在以下幾個(gè)方面的差別：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) GKS-3D提供了單層、平面的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其

39、圖段用來表示的是圖像信息而不是圖形的構(gòu)造信息，圖段數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標(biāo)規(guī)格化變換后，不再是定義該圖段的坐標(biāo)空間的數(shù)據(jù)。而PHIGS的結(jié)構(gòu)始終是在造型空間中定義的數(shù)據(jù)。（2）可修改性 GKS產(chǎn)生的圖段，其內(nèi)容不能修改，但影響圖段整個(gè)特征的某些屬性，如可見性、高光、可檢測(cè)性、圖段的幾何變換等則是可以修改的。而PHIGS中的任何結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的任何一部分元素則可以在任何時(shí)候進(jìn)行修改。55（3）屬性的存儲(chǔ) GKS把圖素屬性和圖素在一起存入圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，為了修改某圖段中的一個(gè)圖素屬性，必須去除該圖素的舊屬性，重新生成一個(gè)新屬性。在PHIGS中，只有當(dāng)遍歷一個(gè)結(jié)構(gòu)并要顯示該結(jié)構(gòu)時(shí)，其中的圖素才變成輸出圖素，此時(shí)，

40、那些屬性結(jié)構(gòu)元素才連接到輸出圖素上，因此，圖形數(shù)據(jù)的修改更容易。56（4）輸出流水線 GKS-3D設(shè)置了三種不同的坐標(biāo)系，首先在用戶坐標(biāo)系（WC）中定義圖素，經(jīng)規(guī)格化變換后到規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系（NDC），這是與設(shè)備無關(guān)的二維直角坐標(biāo)系，取值范圍在0.0到1.0之間。然后，在NDC中經(jīng)圖段變換、規(guī)格化裁剪、視圖變換及視圖映像等操作后，轉(zhuǎn)換到與設(shè)備有關(guān)的設(shè)備坐標(biāo)系(DC)中進(jìn)行輸出。 PHIGS則定義了五種坐標(biāo)系，其輸出流水線為：造型坐標(biāo)系(MC)，經(jīng)局部、整體變換到用戶坐標(biāo)系（WC），經(jīng)視圖變換到觀察坐標(biāo)系（UVN），在經(jīng)觀察投影變換后到規(guī)格化的投影坐標(biāo)系(NPC)，最后經(jīng)工作站映像到設(shè)備坐標(biāo)系(

41、DC)輸出。57 3GL GL(Graphics Library，圖形庫)是近年來在工作站上廣泛應(yīng)用的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形程序庫，按其功能可劃分為如下幾類： （1）基本圖素：包括點(diǎn)、直線、多邊形、三角形、矩形、圓和圓弧、字符、曲線和曲面等； （2）坐標(biāo)變換：支持旋轉(zhuǎn)、平移、比例變換以及窗口視圖變換、投影變換和裁剪，同時(shí)支持用戶定義的各種變換； （3）設(shè)置屬性和顯示方式：可定義選擇線型、填充圖案、字體和光標(biāo)，可設(shè)置RGB和顏色表兩種選色方式，以及明暗效果、雙緩沖、各種位圖等多種繪圖方式； （4）輸入/輸出處理：用于啟動(dòng)輸入輸出設(shè)備，并對(duì)相應(yīng)的事件隊(duì)列進(jìn)行處理； （5）真實(shí)圖形的顯示：消除隱藏線、面、

42、光照處理和深度排隊(duì)。 58 GL在UNIX操作系統(tǒng)下運(yùn)行，具有C、Fortran、Pascal三種語言聯(lián)編形式。在Windows環(huán)境中提供了類似的圖形程序庫，即OpenGL。GL和GKS-3D、PHIGS三維圖形標(biāo)準(zhǔn)相比具有以下特點(diǎn)：（1）圖元豐富：除具有一般圖元外，還具有B樣條曲線、Bezier曲面和NURBS曲面等；（2）強(qiáng)大的顏色功能：GL具有RGB和顏色表索引兩種方式，有Gourand和Phong光照模型，使表面顯示的亮度與色彩變化柔和；（3）Z緩沖技術(shù)：Z緩沖技術(shù)是在每個(gè)像素上附加一個(gè)24位或48位的表示Z值的緩沖存儲(chǔ)器，這對(duì)曲線曲面的消隱、亮度隨深度變化的處理、提高圖形處理效率都具

43、有重要的作用；（4）光源：GL提供了充分的光源處理能力，使用戶能得到非常生動(dòng)的圖像；（5）X窗口系統(tǒng)：GL既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以在X窗口環(huán)境下運(yùn)行，進(jìn)而可支持網(wǎng)絡(luò)上的用戶。 在第六章講三維曲面時(shí)，要講解OpenGL的編程。 59244 基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES） IGES(Initial Graphics Exchange Specification，基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范)是為了解決數(shù)據(jù)在不同CAD/CAM系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的問題，它定義一套表示CAD/CAM系統(tǒng)中常用的幾何和非幾何數(shù)據(jù)格式以及相應(yīng)的文件結(jié)構(gòu)。1982年，IGES成為ANSI標(biāo)準(zhǔn)，1988年以后又相繼發(fā)布IGES 4.0、IGE

44、S5.0。 IGES的作用是在不同的圖形系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。6061 IGES中的基本單位是實(shí)體，它分為三類。其一是幾何實(shí)體，如點(diǎn)、直線、圓弧、樣條曲線、曲面等。其二是描述實(shí)體，如尺寸標(biāo)注、繪圖說明等。其三是結(jié)構(gòu)實(shí)體，如組合項(xiàng)、圖組、特性等。從目前國(guó)內(nèi)外常用的CAD/CAM系統(tǒng)中的IGES來看，其中的實(shí)體基本上是IGES定義實(shí)體的子集。 IGES的文件格式是由ASCII碼、記錄長(zhǎng)度為80個(gè)字符的順序文件組成。文件分成五個(gè)節(jié)，如圖3.4.2所示。開始節(jié)存放用戶可閱讀的定義信息，整體節(jié)和結(jié)束節(jié)存放數(shù)據(jù)的原始信息和文件本身的信息，實(shí)體信息存放在目錄入口（DE）和參數(shù)數(shù)據(jù)(PD)中，在D

45、E和PD節(jié)中還存放實(shí)體的有關(guān)指針及相互關(guān)系。6263 IGES的出錯(cuò)處理也是十分重要的，因?yàn)樵诓煌到y(tǒng)間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，如重字符、錯(cuò)字符，開發(fā)的轉(zhuǎn)換器會(huì)對(duì)IGES文件產(chǎn)生不正確地解釋等，這就要求IGES轉(zhuǎn)換程序能報(bào)告并校正有關(guān)的錯(cuò)誤。64245 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)（STEP） 作為在不同CAD/CAM系統(tǒng)之間交換圖形數(shù)據(jù)的IGES文件標(biāo)準(zhǔn)，雖然已在大多商品化的CAD/CAM系統(tǒng)中采用，但I(xiàn)GES在實(shí)踐中還存在一些問題，如不能精確地完整轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、不能轉(zhuǎn)換屬性信息、層信息常丟失、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量太大等。為了克服IGES存在的問題，擴(kuò)大轉(zhuǎn)換CAD/CAM系統(tǒng)中幾何、拓?fù)鋽?shù)據(jù)的范圍，ISO/IEC

46、JTC1的一個(gè)分技術(shù)委員會(huì)(SC4)開發(fā)了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP(Standard for the Exchange of Product model data)。65 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)品所有數(shù)據(jù)元，從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程分析，到制造生產(chǎn)和產(chǎn)品文檔的建立，是包括CAD/CAM整個(gè)過程全方位的信息，而不像IGES只是一種圖形數(shù)據(jù)描述格式。 在STEP中，產(chǎn)品模型信息分為三層結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用層、邏輯層和物理層，它們之間的關(guān)系如圖3.4.3所示。其中，應(yīng)用層主要用來描述圖形的形狀模型、顯示與繪圖（即拓?fù)渑c幾何）、形狀特征和公差四個(gè)部分；邏輯層是將應(yīng)用

47、層中采用的各種數(shù)據(jù)模型集成為一個(gè)冗余最少、無二義性的集成產(chǎn)品信息模型（IPIM, Integrated Product Information Model）。物理層主要是自由格式的順序文件，物理文件用形式化的詞法定義。6667 STEP是為CAD/CAM系統(tǒng)提供中性產(chǎn)品數(shù)據(jù)的公共資源和應(yīng)用模型，即各種CAD/CAM系統(tǒng)都可以承認(rèn)的數(shù)據(jù)模型，STEP的基本組成包括：（1）描述方法標(biāo)準(zhǔn)；（2）實(shí)現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)；（3）一致性測(cè)試方法與工具標(biāo)準(zhǔn)；（4）信息模型標(biāo)準(zhǔn)；（5）應(yīng)用協(xié)議。STEP標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容豐富，是定義應(yīng)用產(chǎn)品全局模型的工具。68246 窗口系統(tǒng) 從80年代中期以來，不論是個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站，還是大、中型計(jì)算機(jī)，都配備了圖形畫的用戶接口，即窗口系統(tǒng)，如工作站上的X-Windows、OpenLook和News，PC機(jī)上的MS-Windows。 窗口系統(tǒng)起源于70年代中期，美國(guó)Xeror（施樂）公司開發(fā)出的Smalltalk語言，它是第一個(gè)提出面向?qū)ο蟮膱D形化程序設(shè)計(jì)語言。1984年Apple公司開發(fā)的Macintosh使窗口系統(tǒng)成為第一個(gè)廣泛應(yīng)用的窗口系統(tǒng)。目前，常用的窗口系統(tǒng)有PC機(jī)上的MS-Windows，UNIX操作系統(tǒng)下的X-Windo