制造业信息化

计算机图形学应用与开发数据标准内容提要1、数据接口与交换标准历史2、GKS元文件标准GKSM3、计算机图形元文件标准CGM4、计算机图形接口标准CGI5、基本图形交换规范标准IGES6、DXF数据接口7、产品数据表达与交换标准STEP数据接口与交换标准历史70年代初，开始研究计算机图形软件功能标准化问题；1974年美国成立了图形标准化规划委员会（GSPC），提出了其提出了世界上第一个图形标准方案Core；同期，德国制订出著名的GKS标准；1985年计算机图形信息标准既计算机图形核心系统（GKS）正式颁布；之后，三维图形核心系统（GKS-3D）、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）、计算机图形原文件（CGM）、计算机图形接口（CGI）、初始图形交换规范（IGES）以及产品数据交换标准（STEP）等相继制订并颁布。GKS元文件标准GKSMGKSM是图形核心标准GKS用于把图形信息保存于外存设备的一种文件存储标准。在GKS中，用图段来存贮GKS运行过程中的信息，在GKS关闭以后，图段将不存在，所有存贮在图段中的信息连同图段本身也都自动丢失。为了能够保存GKS运行中得到的图形信息，最方便的方法是采用文件的形式进行保存。GKS标准提供了能够顺序读写，用于长期存贮（传输）图形信息的机制，称为GKS元文件（GKSM）。1、GKSM功能GKSM功能的功能有：图形信息的存档；不同GKS应用之间图形信息的传送和使用；不同的图形系统之间图形信息的传送和使用；异地之间图形信息的传送（利用磁盘、网络等媒体）；与图形信息相伴随的应用程序定义的非图形信息的存贮和复用。2、GKSM生成GKSM定义了一个明文编码方案，是可以被大多数系统和设备应用的与系统无关的图形元文件。它提供了可向上兼容的文件格式，其结构是一个逻辑数据项目的序列。计算机图形元文件标准CGM不同的系统与系统之间、应用程序与应用程序间产生的图形信息共享问题是计算机图形标准化的方向之一。如前已提及GKSM仅适用于GKS生成的图形信息，因此自1980年开始，美国国家标准委员会ANSI和国际标准化组织ISO专门成立了标准化组着手计算机图形元文件（ComputerGraphicMetafile，CGM）标准的制定，并于1987年正式成为ISO标准。CGM提供了一个在虚拟设备接口上存贮与传输图形数据及控制信息的机制。CGM的作用类似于GKSM，但CGM不像GKSM只局限于GKS生成的图形，它具有广泛的适用性，大部分的二维图形软件都能够通过CGM进行信息存贮和交换。一、CGM功能 CGM的功能如下：提供图形存档的数据格式提供一种以假脱机方式绘图的图形协议为图形设备接口标准化创造条件便于检查图形中的错误，保证图形的质量提供了把不同图形系统所产生的图形集成到一起的一种手段二、CGM描述CGM标准是由一套标准的与设备无关的定义图形的语法和词法元素组成。它分为四部分：第一部分是功能描述包括元素标识符、语义说明以及参数描述；其余三部分为CGM准的三种标准编码形式，即字符、二进制数和明文编码。计算机图形接口标准CGI计算机图形接口标准（ComputerGraphicsInterface，CGI）是ISOTC97组提出的图形设备标准。CGI是一个针对图形设备接口，而不是应用程序接口的交互式计算机图形标准。CGI的目标是使应用程序和图形库直接与各种不同的图形设备相作用，使其在各种图形设备上不经修改就可以运行，即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。CGI功能一、CGI是设备级的计算机图形标准，它规定了一个CGI实现和CGI用户之间的接口。一个CGI的实现叫做对象，对象既可以是硬件设备也可以是一个程序。CGI的用户就是用CGI对象实现的与设备无关的应用程序。CGI提供了一些功能来实现一个CGI对象和一个CGI应用程序之间数据交换,这些功能集主要有：控制功能集独立于设备的图形对象输出功能集CGI图段功能集输入和应答功能集产生、修改、检索和显示以象素数据形式存储的光珊功能集基本图形交换规范标准IGES在CAD/CAM技术的广泛应用的过程中，由于CAD/CAM系统的不同，提出了在各个系统中进行产品信息的交换的要求，从而导致了产品数据交换标准的制订。1980年，由美国国家标准局主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规范IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）。1、IGES功能最初开发IGES是为了能在计算机绘图绘图系统的数据库上进行数据交换；从1981年的IGES1.0版本到1991年的IGES5.1版本，和最近的IGES5.3版本，IGES逐渐成熟，日益丰富，覆盖了CAD/CAM数据交换的越来越多的应用领域。作为较早颁布的标准，IGES被许多CAD/CAM系统接受，成为应用最广泛的数据交换标准。制订IGES标准的目的就是建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示和通信，以及在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交换产品定义数据。2、IGES元素允许在CAD/CAM系统之间进行产品数据交换的文件结构至少要支持产品的几何数据、标注和数据组织方式的通信。IGES标准定义的文件格式将产品数据看作元素（Entity）的文件。每个元素是以一种独立于应用的，特定的CAD/CAM系统内部产品数据格式可以映射的格式来表示。在IGES标准中定义了五类元素：曲线和曲面几何元素构造实体几何CSG元素边界B-Rep实体元素标注元素结构元素3、IGES文件结构IGES文件由五或六段组成：标志（FLAG)段；开始（START）段全局（GLOBAL）段元素索引（DIRECTORYENTRY）段参数数据（PARAMTERDATA）段结束（TERMINATE）段其中，标志段仅出现在二进制或压缩的ASCII文件格式中。DXF数据接口每个CAD系统都有自己的数据文件，数据文件分图形数据文件、几何模型文件和产品模型文件几种。数据文件的格式与每个CAD系统自己的内部数据模式密切相关，而每个CAD系统自己内部的数据模式一般是不公开的，也是各不相同的。由于用户使用的需要，就有数据交换文件概念的出现。DXF为AutoCAD系统的图形数据文件，DXF虽然不是标准，但由于AutoCAD系统的普遍应用，使得DXF成为事实上的数据交换标准。DXF是具有专门格式的ASCII码文本文件，它易于被其它程序处理，主要用于实现高级语言编写的程序与AutoCAD系统的连接，或其它CAD系统与AutoCAD系统交换图形文件。1、DXF文件结构标题段记录AutoCAD系统的所有标题变量的当前值或当前状态。表段包含4个表，每个表中有可变数目的表项。按这些表在文件中现的顺序，依次为线型表、图层表、字样表和视图表。块段记录定义每个块的块名、当前图层名、块的种类、块的插入基点及组成该块的所有成员。元素段记录了每个几何元素的名称、其所在图层的名称、线型名、颜色号、基面高度、厚度以及相关几何数据。文件结尾标识文件结束。示例：DXF文件，VG文件2、DXF文件接口程序设计DXF文件内容确定DXF与其它系统接口DXF的开发3、DXF文件格式存在的问题内容表述有限文件格式合理性不能面向新型CAD系统的需要产品数据表达与交换标准STEP由于IGES存在过于冗长，有些数据也不能表达，无法传送等问题，ISO/IECJTC1的一个分技术委员会(SC4)开发了产品模型数据转换标准STEP(StandardfortheExchangeofProductmodelData)。STEP的ISO正式代号为ISO10303，是一个关于关于产品数据计算机可理解的表示和交换的国际标准，目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据。产品生命周期包括产品的设计、制造、使用、维护、报废等。产品在各过程产生的信息既多又复杂，而且分散在不同的部门和地方。这就要求这些产品信息以计算机能理解的形式表示，而且在不同的计算机系统之间进行交换时保持一致和完整。产品数据的表达和交换，构成了STEP标准，STEP把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区分开来。1、STEP的组成STEP把所有部分分成七系列，每一系列包括若干部分，这些系列编号及含义如下：0系列

概述和基本原则10系列：描述方法边界B20系列：实现方法30系列：一致性测试方法40系列：通用产品模型100系列：应用资源200系列：应用协议2、产品模型信息结构STEP的产品模型数据是覆盖产品整个生命周期的应用而全面定义的产品模型信息。产品模型信息包括进行设计、分析、制造、测试、检验零件或机构所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等信息，也包括一些和处理有关的信息。STEP的产品模型对于生产制造，直接质量控制测试和支持产品新功能的开发提供了全面的信息。其中形状特征信息模型是STEP的产品模型的核心是，在此基础上可以进行各种产品模型定义数据的转换。3、几何与拓扑表示几何和拓扑表示是STEP