计算机图形标准

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2024年6月23日发(作者：)

计算机图形标准

1、计算机图形标准的定义：计算机图形标准通常是指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。

2、计算机图形标准的目的：是为了在不同的计算机系统和图形设备之间进行图形应用

软件的移植。

3、3个接口：①应用程序与图形软件包的接口②图形软件包与硬件设备之间的接口③

图形数据接口。

4、计算机图形标准：①GKS标准：GKS（Graphical Kernel System）即图形核心系

统。GKS标准是第一次的ISO标准，是由德国工业标准化组织协会提出并被许多国家采纳、

引用的第一个图形软件国际标准。它是一个子程序软件包，提供了各种物理的图形输入输

出设备和应用软件之间的接口。用户通过应用程序调用符合GKS标准的功能子程序便可方

便的进行图形的输入、输出、变换、组合及装配等交互设计操作。GKS标准独立于设备和

高级语言。它免除了绘图设计和显示指令的烦琐工作，也不需要详细了解各种图形的输入

输出设备的控制功能，减轻了设计人员的许多重复性工作。由于GKS标准使应用软件只与

抽象的逻辑设备打交道，略去了物理设备的个性，为应用软件的移植提供了极大的方便，

从而使开发的软件具有了设备无关性。为便于应用，GKS标准提供了与各种流行高级语言

的接口，并作为独立于高级语言的通用软件为开发各种应用图形软件服务。GKS是针对二

维图形应用的，为满足三维图形应用的需求，在此基础上又制订了GKS-3D。GKS-3D是

一个完全的三维图形系统，并与GKS兼容。GKS-3D具有三维图素、填充区域图素集、具

有视图操作的三维变换、三维输入、消隐处理、边界属性及三维几何属性等功能。GKS标

准的应用领域十分广泛，包括科学技术和商业图形的生成、支持地图学、过程控制和CAX

等领域的应用。

②CGI标准：CGI（Computer Graphics Interface）即计算机图形接口。CGI标准是

ISO TC97组提出的图形设备标准。CGI标准是第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标准的目标是使应用程序和图形库能直接与各种不同

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标准规定了发送图形数

据到设备的输出和控制功能及从图形设备接收图形数据的输入、查询和控制功能，由于CGI

是设备级接口，因此它对出错处理和调试只提供了最小支持。CGI提供的功能集包括控制

功能集、独立于设备的图形对象输出功能集、图段功能集、输入和应答功能集以及产生、

修改、检索和显示以像素数据形式存储的光栅功能集。在二维图形设备中可以找到CGl支

持的功能，但没有一个图形设备包含由CGI标准定义的所有功能，从这个意义上说，CGI

标推定义了与虚拟设备的接口。

③CGM标准：CGM（Computer Graphic Metafile）即计算机图形元文件。CGM标

准规定了生成与设备无关的图形定义、存取及传递图形数据的格式。它提供了把不同图形

系统所产生的图形集成到一起的一种手段，适用于各种设备和应用程序。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。它分为两部分，第一部分是功能

描述，包括元素标志符、语义的说明及参数描述，以抽象的词法描述了相应的文件格式；

第二部分描述了3种标淮原文件编码形式，即字符、二进制数和正文编码。CGM标准元

文件本身并不提供原文件生成和解释的具体方法，而利用上述三种不同的标准数据编码形

式来实现原文件的元素功能。

④IGES标准：IGES（Initial Graphics Exchange Specification）即基本图形交换规

范。IGES标准是CAD/CAM应用最广泛的数据交换标准。它于1980年由美国国家标准

局（NBS）主持成立并由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会制订，于1981年正

式成为美国的国家标准。IGES标准适用于CAD/CAM系统间或同一CAD/CAM系统内部

不同模块间的图形信息交换。IGES文件由标志（Flag）段、开始（Star）段、全局（Global）

段、元素索引（Directory Entry）段、参数数据（Parameter Data）段及结束（Terminate）

段组成，其中标志段仅出现在二进制或压缩的ASCII文件格式中。在IGES文件中表示信

息的基本单位是元素，IGES标准定义了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、标注元素及结构元素共5类元素。各商用CAD系统几乎都提供了

IGES文件前、后置处理程序，实现将传送来的数据格式转换为IGES文件格式以及把IGES

文件格式转换为CAD系统内部的数据格式。

⑤DXF标准：DXF（Drawing Exchange File）即数据交换文件。DXF标准是Autodesk

公司首先用于描述AutoCAD数据文件的标准。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。这时，就出现了数据交换文件的概念。DXF为AutoCAD系统的图形数

据文件，是具有专门格式的ASCII码文本文件许多CAD系统具有输入和输出该文件的功

能。在AutoCAD中，可以用DXFOUT命令生成它，也或以用DXFIN命令读人它，DXF

己成为事实上的数据交换标难。

⑥STEP标准：STEP（Standard for The Exchange of Product model data）即产

品数据表达与交换。STEP标准是为了克服IGES存在的文件太长及有些数据不能表达等问

题而开发的，它是一个关于产品数据计算机可理解的表示和交换的国际标准，目的在于提

供一种不依赖于具体系统的中性机制，使其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、维护及报废等。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标淮把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区分开来。

⑦OpenGL标准：OpenGL（Open Graphics Library）标准是在SGI等多家世界闻

名的计算机公司的倡导下制定的一个通用共享的开放式的三维图形标准。它提供了一个标

准的计算机图形学所使用的数学模型到显示的接口，并独立于硬件设备和操作系统。以

OpenGL标准为基础开发的应用程序，可以运行于当前各种流行的操作系统并可方便地在

各平台间移植。无论是从个人机、工作站或是超级计算机，利用OpenGL标准都能实现高

性能的三维图形功能。因此，OpenGL标准已经成为高性能图形和交互式视景处理的工业

标准，广泛应用于军事、CAD/CAM/CAE、电视广播、娱乐、艺术造型、医疗影像、虚拟

世界等方面。OpenGL的核心库包括一百多个用于三维图形操作的函数，除了提供基本的

点、线和多边形的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体以及复杂曲线和曲面的绘制函数，

主要负责处理对象的外形描述、几何变换和投影变换、绘制三维物体、光照和材质设置、

颜色模式设置、着色、位图显示与图像增强、纹理映射、动画制作、交互操作等三维图形

图像操作。

5、计算机图形标准归类：

①对于应用程序与图形软件包接口，目前已拟制的应用程序接口标准有三个，分别是：

CORE图形标准、GKS图形核心系统、程序员层次结构交互式图形标准PHIGS。

②对于图形软件包与硬件设备之间的接口，目前已拟制的图形设备接口标准是美国

ANSI制定的虚拟设备接口VDI，ISO已经接受此标准并改名为CGI。

③对于图形数据接口，目前已拟制的图形数据接口CGM、IGES、DXF、STEP和

OpenGL。

本文标签： 图形标准设备