其他章 计算机图形的标准化和窗口系统课件

第二章计算机图形的标准和窗口系统图形软件类型坐标表示图形标准窗口系统（软件部分）计算机图形系统2.1图形软件类型通用编程软件包----为C,FORTRAN一类的高级语言编程提供一组图形函数。基本功能包括生成基本图形、属性设置、视图选择以及图形变换功能等。专用应用软件包

----为非程序员设计，用户可生成图形而无需考虑图形生成原理。例如CAD.图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统

计算机图形系统的结构图形支撑软件第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本的输入、输出程序。事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是建立图形数据结构，定义、修改、输出图形，它是面向用户的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，OpenGL、DirectX便属于这一层次的软件。图形软件类型坐标表示图形标准窗口系统（软件部分）计算机图形系统视频监视器绘图仪其他输出设备建模坐标系世界坐标系观察与投影坐标系规范化设备坐标系设备坐标系这个转换由相应设备的设备驱动程序实现规范化坐标系(NC)：指独立于具体物理设备的一种坐标系，它的显示空间在x和y上都是0到1范围内，主要用于在计算机内部处理图形，对一个具体物理设备，NC与DC仅仅是相差一个比例因子，NC可被看成是一个抽象的图形设备。设备坐标系(DC)或屏幕坐标系：将场景的世界坐标系描述转换为一个或多个输出设备参照系来显示。该坐标系依赖于具体的显示输出设备。图形软件类型坐标表示图形标准窗口系统（软件部分）计算机图形系统2.3图形标准制定标准的最初目的:可移植性软件可以方便地从一个硬件系统移植到另一个硬件系统，从一个操作系统环境移植到另一个操作系统环境，从一个开发工具环境到另一个开发工具环境，从一种程序语言到另一种程序语言…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。ISO&ANSI标准GKS--GraphicalKernelSystem图形核心系统。GKS定义了一个独立于语言的图形核心系统，包括全部的图形处理功能，分为十类。GKS3DPHIGS--Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsStandards程序员分层交互图形标准

PHIGS是GKS的扩展，增加了对象建模、彩色设定、图形管理等功能。PHIGS+（三维表面明暗处理功能）CGI--ComputerGraphicsInterface计算机图形接口GCI提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法；CGM--ComputerGraphicsMetafile计算机图形元文件CGM是一套与设备无关的语义词法定义的图形文件格式；流行于工业界的软件包：DirectX(MS)Xlib(X-Window系统)OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript应用程序图形软件包设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序mouseScreenDiskGKS,PHIGS,GLCGICGM语言绑定(languagebinding)图形函数定义为独立于任何程序设计语言的一组规范。语言绑定则为特定的高级语言而定义，即不同的语言有专门的语言绑定。语言绑定提供特定编程语言访问标准图形库函数的语法。CGI(ComputerGraphicsInterface)是ISO提出的图形设备接口标准。CGI的目的是提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法，也使得有经验的用户最大限度地、灵活地直接控制图形设备。CGI是图形设备驱动程序的一种标准。计算机图形接口(CGI)CGI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，它所提供的功能集包括：控制功能集输出功能集图段功能集输入和应答功能集光栅功能集输出功能集：包含五大功能。(1)图元功能：用来描述CGI中图形的构成。(2)属性功能：用来设置状态表中的值，这些值来确定图元的可视性等属性。(3)通用属性和输出控制：用来规定图元的操作方式、图形设备的属性设置及图形对象的定义。(4)检索功能：返回与正文对象定位有关的信息。(5)输出询问：返回输出及属性描述表和状态表的有关信息。图段功能集定义了图形如何组合到图段中。输入和应答功能集按照返回数据的类型对输入设备进行逻辑分类，每个逻辑设备都有多种输入方式，该功能集是确定逻辑输入设备和其输入方式。光栅功能集提供了产生、检索、修改和显示像素数据的功能。总结：提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。可看作图形设备驱动程序的一种标准。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。图形核心系统(GKS)提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的功能接口。与语言无关。

GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口。应用程序的所有图形资源由GKS控制。

GKSM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。程序员层次交互式图形系统(PHIGS)向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；图形数据按层次结构组织；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交互式图形系统。图形程序库(GL)图形程序库，UNIX下运行，OpenGL—微机，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。基本图形转换规范(IGES)InitialGraphicsExchangeSpecification作用：不同的CAD/CAM系统之间交换数据。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。产品模型数据转换标准(STEP)StandardfortheExchangeofProductmodelData.覆盖产品整个生命周期强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。克服IGES中的问题和缺点。图形软件类型坐标表示图形标准窗口系统（软件部分）计算机图形系统2.4窗口系统--工业标准窗口系统是一种与设备无关的图形化的用户接口环境。从用户的观点看，窗口系统是以计算机图形学为基础，在光栅显示器上同时显示多个图形对象，为用户提供直观、形象、一致的图文操作手段，并可同时进行多个任务的处理。比较有名的窗口系统有：PC机的MS-Windows，UNIX下的X窗口，SUN工作站上的NeWS等。2.4.1窗口系统的特点(1)定义简洁窗口系统是控制光栅显示设备与输入设备的系统软件，它所管理的资源有屏幕、窗口、象素位图、颜色表、字体、光标、图形资源及其输入设备。(2)界面清晰：窗口系统通常向用户提供如下界面。应用界面：最终用户和所显示窗口间的交互接口。它向用户提供灵活高效、功能丰富的多窗口机制，包括各种类型的窗口、菜单、图形、正文、对话框、滚动条等对象的操作及他们间的相互通信。编程界面：是程序员构造应用程序的多窗口界面。由窗口系统提供的各类库函数、工具箱、对象类等编程机制具有较强的图形功能、设备独立性和网络透明性。窗口管理界面：对窗口进行“宏观”管理的界面。

(3)目标明确：窗口系统的一个重要设计思想是提供各种界面的机制，而不是具体策略。窗口系统的设计目标有以下几点：窗口系统与显示设备的独立性；应用程序和程序员的独立性；系统的网络透明性；支持并发显示多个应用程序；支持实现不同风格的用户界面；支持重叠型和瓦片型窗口；支持层次化、可变大小的窗口；支持高性能和高质量的图形和正文；系统的可扩展性。(4)实现紧凑基于上述设计目标，窗口系统在实现时通常采用两种类型。一种是基于核心的窗口系统，即把窗口系统的核心放到操作系统的内核中，这时对窗口功能的使用类似于系统调用。这类窗口系统如：MS-Windows,SUNView等。一种是把窗口系统的核心作为操作系统的用户进程(作为服务器进程)来对待，而把窗口系统的应用程序作为另一个用户进程(作为客户进程)来对待，通过进程间通信的方式，由窗口服务器进程实现窗口核心功能。如：X窗口系统等。(5)功能齐全由于窗口系统只规定了应用程序员的编程接口，不同厂商或用户可在它们之上实现各种窗口管理程序以及界面外观，因此窗口系统已经成为个人计算机和工作站各种用户界面的基础。2.4.2窗口系统的输入处理窗口系统的输入是用户控制窗口的基础，它比传统程序的输入复杂，其中对事件的产生、分发、接收和处理是窗口系统输入的基础。我们把窗口系统中的输入称之为事件(Event)。窗口系统中的输入主要由产生和分发两部分组成。生成事件：把物理设备产生的输入打上一些规定的标志，送入事件队列以供客户使用。事件分发：把事件队列中的事件分发给相应的客户。主要方法有二：“位置决定法”“收听法”事件处理X窗口系统的客户程序处理输入事件分为三个步骤：为每个窗口建立事件选择集；映射所有窗口；进入事件读取循环，即从事件队列中读取事件并做处理。2.4.3窗口系统的输出处理窗口系统的输出负责把显示屏幕分成不同的区域并加以管理。由于多窗口并存，并要进行互不干扰的输出，使得窗口系统的输出不同于传统的字符终端或单纯的图形终端的输出。（1）窗口的形状与排列从实现的角度来看，窗口系统对屏幕的划分方法通常有三种：“瓦片型”、“重叠型”、“层次型”。瓦片型：屏幕上所有的窗口都不能重叠覆盖，在同一时刻，所有的窗口都能看见；重叠型：在屏幕上的每个窗口其大小和位置与其他窗口无关，当窗口的位置发生冲突时，通过赋给窗口的优先级来解决，此时冲突区域归属优先