Структура и функции графических систем

Интерактивная графическая система реализует следующие основные функции:

- ввод данных и вывод графических изображений;

- решение прикладных задач проектирования;

- обработка запросов пользователей;

- реализация преобразований геометрической информации; поиск и хранение данных.

Структура программных модулей графической системы приведена на рис. 4.2

Функции ввода реализуются с помощью устройств ввода (дисплеи, клавиатуры, кодирующие планшеты, полуавтоматы ввода графической информации, устройства типа “мышь”). Функции вывода – с помощью графопостроителей, координатографов, графических дисплеев, станков с ЧПУ, устройств микрофильмирования.

Функции обработки запросов пользователей на входных и командных языках реализуются программой, называемой лингвистическим или диалоговым процессором. Он преобразует описания геометрии объектов проектирования на входных языках, в формы, принятые в системе. Наиболее эффективный метод диалога использует технику меню.

Данные, получаемые через лингвистический или диалоговый процессор, делятся на два класса:

1) параметры объекта проектирования;

2) коды для управления состояниями и ресурсами графической системы.

Данные первого класса поступают из входных языков, а данные второго класса – из командных. После чего параметры объекта через СУБД поступают в базы данных, а коды управления – в монитор, который управляет работой системы, передачей данных между процессорами и диспетчеризует распределение ресурсов системы.

Если объекты проектирования имеют графическое представление (схемы, топологии, планы, чертежи и т.п.), то в базе данных хранятся модели графических изображений этих объектов. Если графическая система ориентирована на объект, то в базе данных должны быть геометрические модели объектов в трехмерном пространстве.

Формирование моделей геометрии и их преобразование выполняет геометрический процессор, который, например, строит проекции, сечения, виды, разрезы, проверяет корректность геометрической информации, моделирует работу объекта и другое.

Для систем, работающих с двухмерными графическими объектами, функции формирования и преобразования графической модели выполняет графический процессор.

Процессор визуализации преобразует графическую или геометрическую модель для вывода на графические устройства, при этом может решать такие задачи, как: видовые и проекционные преобразования, удаление невидимых линий и поверхностей, построение изображений и др.

В связи с распространением сетевой архитектуры рабочих станций САПР и построением интегрированных систем возникает задача обмена данными между подсистемами САПР и между рабочими станциями. Для этого в составе функций графических систем предусмотрены возможности обмена графическими изображениями через, так называемый, метафайл и обмена данными объекта проектирования (включая данные геометрических моделей) через унифицированную структуру данных.

Базовая графическая система в стандарте гкс

Базовая графическая корневая система (БГКС) является системой, удовлетворяющей международному стандарту. Она определяет набор стандартных функций, обеспечивающих решение задач обработки графической информации. При этом графическая программа, написанная в стандарте ГКС, обеспечивает независимость прикладной программы по отношению к широкому классу графических устройств, что делает возможным ее универсальное использование. БГКС представляют программисту набор функций, необходимых для создания графических систем любого назначения.

Функции, реализуемые базовой графической системой. БГКС реализует широкий набор графических функций, независимых от проблемной ориентации. Набор графических функций обеспечивает стандартный интерфейс между прикладной программой и БГКС. Независимость БГКС по отношению к графическим устройствам, на базе которых реализуются рабочие станции, достигается за счет введения драйверов рабочих станций, преобразующих набор стандартных функций БГКС в коды соответствующих графических устройств. Хотя такой интерфейс назван стандартным, на самом деле физические возможности конкретного устройства оказывают на него существенное влияние.

Стандарт ГКС определяет ядро графической системы независимо от конкретного языка программирования. Функции, реализуемые ГКС, можно разбить на следующие классы: рабочие станции, элементы ввода и вывода, преобразования, сегментация, файл данных изображения, функции настройки. Описание каждой функции ГКС содержит: имя функции, имена, число, тип и значение параметров, результат действия функции и перечень сообщений об ошибках функции.

Рабочая станция (РС) – является абстрактным представлением физического устройства. Для каждого типа РС (за исключением специальной РС) имеется таблица, которая описывает ее возможности и характеристики. Прикладная программа может выяснить, какие возможности доступны, и соответствующим образом адаптировать свой режим работы.

Элементы ввода и вывода. Важнейшей концепцией ГКС является разделение функций ввода и вывода. Изменение в изображении выводимом на экран графического дисплея или другое устройство, может произойти только после того, как соответствующая директива пользователя будет обработана прикладной программой. Схема разделения функций ввода и вывода в ГКС показана на рис. 4.5. Это позволяет избежать некорректностей при разработке интерактивных графических программ.

Преобразования. В ГКС используются три системы координат: мировые (МК), нормированные (НК) и координаты рабочей станции (КРС). Программист описывает изображение, используя МК объекта. Для обеспечения независимости вывода изображения на различные графические устройства вводятся НК. Преобразование МК в НК называют преобразованием нормирования. Оно определяется заданием прямоугольного окна в системе МК и области в НК. Вывод изображения, представленного в НК, на конкретную РС осуществляется путем задания в НК окна, которое отображается в прямоугольную область индикации РС. Это преобразование называется преобразованием рабочей станции (ПРС). Выводимое изображение представляется в координатах РС (КРС). Системы координат и допустимые преобразования в ГКС представлены на рис. 4.6.

Сегментация. Работа с изображением и его элементами осуществляется с помощью механизма сегментации. Сегмент – это группа примитивов вывода, которой можно манипулировать как единым целым. Каждый сегмент имеет уникальное имя. Сегмент может быть открыт, скопирован, удален, обнаружен с помощью светового пера или другого устройства, подсвечен, ему может быть назначен приоритет. Эти свойства сегментов понимаются в системе как их атрибуты. Примитивы, не вошедшие в сегменты, не могут иметь указанных атрибутов. Сегменты подвергаются преобразованиям, обеспечивающим переход из МК в НК. Преобразование задается матрицей, составленной из матриц масштабирования, поворота и сдвига сегмента. Механизм сегментации имеет решающее значение для создания программ, обеспечивающих интерактивную работу с изображением.