第六章 数据接口及交换标准

第六章数据接口与交换标准6.1GKS元文件标准GKSM6.2计算机图形元文件标准CGM6.5DXF数据接口6.4基本图形交换规范标准IGES6.3计算机图形接口标准CGI6.6产品模型数据交换标准STEP6.1GKS元文件标准GKSM1974年，美国成立了图形标准化规划委员会(GSPC，GraphicsStandardsPlanningCommittee)，提出了世界上第一个图形标准方案Core。

德国的GKS(GraphicsKernelSystem，计算机图形核心系统)标准最为著名。1985年，第一个国际计算机图形信息标准——计算机图形核心系统(GKS)得以正式颁布。三维图形核心系统(GKS-3D，GraphicsKernelSystem-3Dimension)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS，Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem)、计算机图形原文件(CGM，ComputerGraphicsMetafile)、计算机图形接口(CGI，ComputerGraphicsInterface)、初始图形交换规范(IGES，InitialGraphicsExchangeStandard)以及产品数据交换标准(STEP，StandardforTheExchangeofProductmodeldata)本章简单介绍GKSM、CGM和CGI等“低级”数据接口和交换标准之后，着重介绍与最终用户密切相关的DXF、IGES和STEP数据交换标准。各种计算机图形标准之间的关系如图6.1所示。6.1GKS元文件标准GKSM6.1计算机图形标准之间的关系6.1GKS元文件标准GKSM6.1GKS元文件标准GKSM6.1.1GKSM功能

GKSM是图形核心系统标准GKS用于保存信息的一种机制。

GKSM可实现以下几种功能： ⑴图形信息的存档。 ⑵不同GKS应用之间图形信息的传送和使用。 ⑶不同的图形系统之间图形信息的传送和使用。 ⑷异地之间图形信息的传送(利用磁盘、网络等媒体)。 ⑸与图形信息相辅的由应用程序定义的非图形信息的存储和复用。图6.2GKSM的写入和读出

GKS提供了一个与元文件的接口，对元文件的内容和格式并无特定要求6.1.2GKSM生成6.1GKS元文件标准GKSM

GKSM定义了一个明文编码方案，其结构是一个逻辑数据项目的序列。如图6.3所示。图6.3GKSM结构6.1GKS元文件标准GKSMGKSM的生成： 在GKS运行中，通过一个GKSM输出工作站的“打开”“启用”“停用”“关闭”整个过程后形成的。

图6.4GKSM生成流程6.1.3GKSM输入6.1GKS元文件标准GKSM6.5GKSM输入流程一个GKSM的输入由GKSM输入工作站(MI类工作站)的“打开”“关闭”的整个过程完成。6.2计算机图形元文件标准CGM

6.2.1CGM功能

CGM提供了一个在虚拟设备接口上存储与传输图形数据及控制信息的机制，类似于GKSM具，但是有广泛的适用性CGM标准由一套标准的、与设备无关的定义图形的语法和词法元素组成。包括功能描述，3种编码形式，即字符编码、二进制数编码和明文编码。6.2计算机图形元文件标准CGM图6.6CGM图形元文件结构6.2计算机图形元文件标准CGM6.3计算机图形接口标准CGI6.3.1CGI功能

CGI，图形接口标准(ComputerGraphicsInterface，CGI)使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。

CGI提供了管道机制。CGI的管道分为以下3种： ⑴图形对象管道 ⑵光栅管道. ⑶输入管道6.3计算机图形接口标准CGI⒈CGI控制功能集⒉CGI输出功能集⒊CGI图段功能集⒋输入和应答功能集⒌光栅功能集CGI的功能集6.3.2光栅功能集

向量设备和光栅设备

CGI输出设备描述表中，显示类型项指定了图形设备的类型，可以是Vector(向量)、Raster(光栅)或Other(其他)。

CGI提供的光栅操作功能包括产生、检索、修改和显示像素数据的功能⑴光栅控制⑵光栅操作⑶光栅属性6.4基本图形交换规范标准IGES为了方便产品的数据交换，制定了基本图形交换规范IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)。

制定IGES标准的目的就是建立一种信息结构用于产品定义数据的数字化表示和通信，以便在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交换产品定义数据。6.4.2IGES元素。IGES标准定义的文件格式将产品数据看做元素(Entity)的文件在IGES数据交换文件中，表示信息的基本单位是元素，每种元素都有惟一的元素类型号与之对应。在IGES标准中定义了5类元素，即曲线/曲面几何元素、构造实体几何元素、边界B-Rep实体元素、标注图形元素和结构元素。

结构元素6.4.3IGES文件结构⑴标志(Flag)段。⑵开始(Start)段。⑶全局(Global)段。⑷元素索引(DirectoryEntry)段。⑸参数数据(ParameterData)段。⑹结束(Terminate)段。图6.7ASCII码的IGES开始段格式⒈开始段(StartSection)⒉全局段(GlobalSection)文件的全局段包含由前置处理器写入、后置处理器处理该文件所需的信息，详细说明见书本的表6.2。⒊元素索引段(DirectoryEntrySection) 每种元素对应一个索引，每个索引记录含有20项，每项占8个字符。每个索引在元素索引段中占两行，索引说明如图6.8所示。图6.8ASCII码的IGES元素索引段格式

⒋参数数据段(ParameterDataSection)该段记录了每个元素的几何数据

图6.9ASCII码的IGES参数数据段格式⒌结束段(TerminateSection)结束段格式如图6.10所示。

图6.10ASCII码的IGES结束段格式6.5DXF数据接口DXF是AutoCAD系统的图形数据文件，主要用于实现高级语言编写的程序与AutoCAD系统间的连接，或其他CAD系统与AutoCAD系统间交换图形文件。⒈DXF文件结构 ⑴标题段 ⑵表段 ⑶块段 ⑷元素段 ⑸文件结尾组代码范围跟随值的类型0910596079210239999100010091010105910601079串浮点整数浮点注释串浮点整数表6.3组代码范围

DXF文件的每个段由若干个组构成，组代码范围如表6.3所示⒉DXF文件接口程序设计⒊DXF文件格式存在的问题:⑴由于DXF文件制定得较早，因而存在很多不足⑵DXF文件格式尚不合理，文件的处理很不方便所以推动了新的标准的制定6.6产品模型数据交换标准STEP（各种标准的演变）SETIGESVDAFSPDESPDES/STEP

6.6.1STEP的组成⒈STEP的组成

STEP是一个关于产品数据的计算机可理解式表示和交换的国际标准。

STEP把所有组成部分划分成7个系列，每个系列包括若干部分

STEP的体系结构也分为3层：应用层，逻辑层，物理层。⒉STEP中性文件实现方式

STEP有3种信息处理实现方法。 ⑴文件交换。 ⑵应用编程接口。 ⑶数据库实现。

STEP中性文件由两部分组成，即头部段(HEADER)和数据段(DATA)。6.6.2产品模型信息结构STEP的产品模型数据覆盖产品整个生命周期的应用，并全面定义了产品模型信息。完整的STEP产品信息模型如图6.11所示。6.11STEP产品信息模型形状特征(FormFeatures)标准形状特征层和表达层的定义，分别给出了它们的模式(schema)。形状特征模式提供了形状表达所需要的特性信息；表达模式则提供了形状建模的多种方式。

⒈

形状特征模式

⑴

形