1.3.6 Рівень прикладної програми
Основним програмним модулем (мал. 1.1), що реалізує поточну задачу користувача ГДС, є прикладна програма, що звертається до функцій функціонального стандарту через мовну оболонку.
Як приклади прикладних програм можуть служити картографічний пакет, пакет програм для перекладу графічних зображень у цифрову форму, САПР. Прикладні програми розробляються з використанням одного зі стандартних мов програмовання, наприклад СИ. У текстах програм на цій мові містяться звертання до графічних функцій, що відповідають синтаксису і семантиці, регламентованим стандартом мовної оболонки.
Більш того, із графічним пристроєм прикладні програми взаємодіють тільки через стандартні функції. Це забезпечує їхню незалежність як від програмного, так і від апаратного забезпечення конкретної системи машинної графіки.
Для того, щоб прикладна програма могла бути перенесена на іншу обчислювальну систему, необхідне дотримання трьох умов. По-перше, у складі програмного забезпечення ЕОМ нової системи повинний матися компілятор мови, на якому написана прикладна програма. По-друге, для нової системи повинна бути розроблена система, що реалізує функціональний стандарт, і відповідає мовна оболонка. По-третє, графічні пристрої нової системи повинні мати функціональні можливості приблизно того ж рівня, що пристрої системи, з яких переноситься прикладна програма.
Перераховані умови не занадто тверді, і це дозволяє легко переносити прикладне програмне забезпечення з однієї графічної системи на іншу. Під час відсутності графічних стандартів це було б значно складніше.
1.3.7 Стандарт IGES Описані в попередніх розділах графічні засоби загального призначення будуть найближчим часом регламентуватися групою родинних стандартів Однак в області автоматизації проектування і виробництва мається велика предметна область, розробка стандартів для якої тільки починається.
Ця область - обмін файлами даних про вироби,розроблених за допомогою САПР. Ці файли з інформаційних структур із графічними і неграфічними даними, що визначають геометричні, модельні і технологічні характеристики виробів.
З всіх існуючих проектів стандартизації формату таких файлов найбільше поширення одержав стандарт IGES. Він має статус національного стандарту США У14.26М 1981, але не позбавлений недоліків.Тому на його основі були розроблені робочий проект ISO і кілька тимчасових пропозицій по стандартизації. Робочий проект одержав назву «Стандарт на обмін моделями виробів», скорочено - STEP. Попередній варіант проекту стандарту був складений у 1987 р.
Необхідність стандартизації формату файлу з результатами роботи САПР випливає з того, що більшість користувачів САПР змушені працювати з різною апаратурою і програмними засобами. Практично всі САПР, графічні системи, верстати з ЧПУ і роботи для представлення того самого виробу використовують різні внутрішні моделі.
Якщо формат представлення даних про виріб буде стандартизований, то n програмних систем зможуть попарно обмінюватися даними один з одним з використанням 2 х n трансляторів - по одному генераторі й одному інтерпретатору формату IOES на систему.
Якщо формат проміжного представлення не зафіксований, то для забезпечення передачі даних знадобиться n (n - 1) трансляторів.
Стандарт IGES припускає розбивка файлу на п'ять секцій: початкового, глобальну, каталогу, параметрів і кінцеву. Усі секції складаються з записів фіксованої довжини - по 80 символів у коді ASCII.
У секціях каталогу і параметрів зберігаються описи об'єктів. До них відносяться: геометричні об'єкти, - крапки, лінії, дуги;, що пояснюють об'єкти - розмірні схеми, примітки, мітки; структурні об'єкти, що поєднують об'єкти в модель виробу.
Лекція 2. Двувимірна графіка.
2.1. .Системи кординат.
Координатна система - це сукупність правил, no якій кожній крапці -простору ставиться у відповідність набір чисел (координат). Число координат, що вимагаються для визначення крапки, визначає розмірність простору [6].
У залежності від характеру розв'язуваних задач у машинній графіці застосовуються різні координатні системи: декартова, афінна, полярна, циліндрична, сферична і система однорідних координат.
У машинній графіці, у залежності від структури представлення зображень і від процесу обробки графічних даних, використовуються різні координати:абсолютні, відносні, координати користувача, світові, фізичні і нормалізовані.
Абсолютною називається координата, що визначає позицію адресуємої крапки стосовно початку заданої системи координат, а відносною - стосовно деякої інший адресуемої крапки. Координатою користувача називається координата, задана користувачем і виражена в системі координат, що не залежить від конкретних пристроїв. Світовою координатою називають незалежну від пристрою декартову координату, використовувану в прикладній програмі при завданні графічних вхідних і вихідних даних. Фізичною координатою вважають координату, задану в системі координат, що залежить від пристрою. Нормалізованою координатою називають координату, задану в проміжної, незалежної від пристрою, системі координат і нормовану щодо деякого діапазону, звичайно від 0 до 1. При цьому зображення, виражене в нормалізованих координатах, розташовується в одній і тій же відносній позиції при візуалізації на будь-який пристрій.
Нормалізовані координати використовуються у випадку, якщо область тривимірного простору, обмежена кубом, зі стороною b відображається в ту ж область, обмежену кубом зі стороною b' , при цьому використовується множник, що нормує, h=b/b', розподілом на який отримують нормалізовані координати. Вони звичайно задаються в десяткових частках у діапазоні від 0 до 1.
Афинная і декартова системи координат на площині встановлюють взаємооднозначну відповідність між крапками і координатами за наступною схемою. У декартовой системі координат на площині задаються дві взаємно перпендикулярні прямі Ох і Оу - осі координат, положення довільної крапки Р в площині Оху визначається двома числами (х,у) (мал.2. 1).
Мал. 2.1 - Представлення крапки в Z Мал.2.2 - Правобічна декартовій системі координат система координат
У тривимірному просторі додається третя вісь Oz, перпендикулярна до площини Оху і минаюча через початок координат. Позитивним напрямком осі Oz прийнято вважати напрямок руху гвинта з правим різьбленням, що обертається навколо осі проти годинникової стрілки від осі Ох до осі Оу (мал.2.2). Вважається, що в цьому випадку осі правоориєнтировані. Для знаходження декартових координат крапки Р необхідно шлях від 0 до Р розкласти на три взаємно ортогональних відрізки, рівнобіжні осям координат (мал.2.3), порядок проходження відрізків не впливає на кінцевий результат. Три відрізки ОМ, MN і NP і є прямокутними декартовими координатами крапки P(x,y,z).
При
перебуванні крапки Р с іншої сторони
площини OYZ, чим вісь ОХ,. переміщення ОМ
вважається негативним і координата х
має знак мінус. Негативними
можуть бути також координати у и г.
Якщо одиничні відрізки на осях не рівні, система координат називається афинною; якщо вони рівні, а кут між осями φ≠ 90° - косокутною декартовою; при рівності одиничних відрізків і прямому куті між осями -прямокутною декартовою.
Афінна чи декартова система координат називається правою, якщо сполучення позитивної півосі X з піввіссю Y здійснюється поворотом осі Ох у напрямку, протилежному напрямку руху годинної стрілки на кут, менший π. У противному випадку система координат називається лівою.
Відповідність між крапками тривимірного евклідова простору і їхніх координат (мал.2.3) може бути задано або радіусом-вектором:
r
= ОP = xe x
+ уе y
+
ze z
, (2.1)
де е x
,
е y,
е z
- одиничні вектори осей, або матрицями
[X,Y,Z] чи
.
2.2.Агрегати зображень. Сегменти.
Сегмент - деяка безліч ГП, що зв'язана єдиним ідентифікатором. Звичайно ГП деякого сегмента мають однакові візуальні властивості. Приклади сегментів представлені на мал. 2.3.
Малюнок 2.3 - Приклади сегментів
У стандарті GKS термін сегмент використовується для позначення набору примітивів, що має ім’я - ідентифікатор сегмента, атрибути сегмента і зберігається в приборно-залежному сховищі сегментів (ПЗСС). До атрибутів сегмента відносяться, наприклад, параметри перетворення й індикатор видимості.
Сегменти зберігаються в частково обробленому виді - до того, як примітиви попадають на збереження в ПЗСС, над ними виробляється перетворення нормалізації.
Вхідні до складу сегментів примітиви статичні в тім змісті, що їх атрибути проходять процедуру уточнення значень і фіксуються в момент запам'ятовування сегмента. Це означає, що, наприклад, сегмент, що відповідає деякому графічному зображенню, що складається з примітивів, що мають значення атрибута коефіцієнт товщини лінії дорівнює 2 і прапор інтерпретації цього атрибута має значення «індивідуальний», при наступних відтвореннях цього сегмента коефіцієнт товщини лінії збереже значення 2, навіть якщо поточне значення цього атрибута буде змінено.
Однак, якщо значення прапора інтерпретації атрибута буде «груповий», то представлення ламаних ліній визначається індексом групи в груповій таблиці. Цей індекс зберігається разом із сегментом, але якщо після запам'ятовування сегмента групові таблиці робочої станції модифікувалися, то сегмент буде відтворений відповідно до нових значень атрибутів, записаних у цих таблицях.
У кожного сегмента мається набір атрибутів сегмента, значення яких можуть бути змінені після його запам'ятовування в ПЗСС. До атрибутів сегмента відносяться:
матриця перетворення сегмента. Зміна цього атрибута приводить до переміщення сегмента, його розвороту чи масштабуванню,
видимість сегмента Зміна цього атрибута приводить до виключення сегмента з зображення чи його включення в зображення;
3)мерехтіння сегмента. Сегмент може виділятися мерехтінням;
вказуємость сегмента. Якщо сегмент визначений що вказується, він може бути використаний для інтерактивного введення;
пріоритет сегмента. Якщо частини двох сегментів накладаються один на одного, то при відображенні сегментів і інтерактивному введенні перевага віддається сегменту з більш високим пріоритетом.
На мал. 2.4 показано, як система GKS обробляє атрибути примітивів, що складають сегменти, і власні атрибути сегментів.
Малюнок 2.4 - Обробка атрибутів сегментів
З мал. 2.4 видно, що примітиви, що направляються у процесі формування сегмента в ПЗХС, одночасно відображаються на дисплеї. По закінченні формування сегмента на екрані дисплея буде відображене відповідне йому зображення.
Якщо в цей момент прикладна програма змінить значення атрибутів сегмента, система сформує нове зображення, що відповідає новому представленню сегмента, і відобразить його на екрані дисплея, попередньо видаливши відтіля зображення, що відповідає старому представленню сегмента.