图形输出标准

5.4.4　图形输出标准

图形表示与显示输出是计算机图形学研究的重要内容，GIS系统的图形操作与输出模块也是建立在某些图形标准之上的。国际标准化组织(ISO)相继提出或讨论一系列图形标准，可以将其粗略地划分为三种类型:图形支撑软件标准、图形数据存档和传输标准、设备接口标准。这三类标准中，比较典型的标准如下:

①图形支撑软件标准:图形核心系统(GKS)、三维图形核心系统(GKS－3D)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS)、开放图形库(OpenGL)。

②图形数据存档和传输标准:计算机图形元文件(CGM)、初始图形数据交换规范(IGES)、产品模型交换标准(STEP)、SWF。

③设备接口标准:计算机图形接口(CGI)、图形设备接口(GDI)。

以下简要介绍几个典型的标准。

1.GKS

过去，大多数图形输出软件都以输出设备为转移。就是说系统中每增加一个新的输出设备就不得不对输出软件进行修改。由于用重写图形输出软件去满足非标准硬件的要求要花很多时间和经费，因此需要建立真正的通用标准来生产各种设备，使所有的图形输出软件不因设备不同而改变。

图形核心系统(GKS)是第一个ISO输出标准，由德国标准化协会于1977年提出，用于低端计算机图形输出。GKS提供了一组二维矢量图形的绘图接口函数标准，可以跨平台进行调用，用于不同的硬件输出设备。GKS在1980—1990年是常用的图形输出标准。

2.SVG

SVG可缩放矢量图形(scalable vector ghraphics，SVG)是基于可扩展标记语言(XML)，用于描述二维矢量图形的一种图形格式。SVG由W3C制定，是一个开放标准。SVG严格遵从XML语法，并用文本格式的描述性语言来描述图像内容，因此是一种和图像分辨率无关的矢量图形格式。SVG格式具有以下优点:

①矢量显示对象，基本矢量显示对象包括矩形、圆、椭圆、多边形、直线、任意曲线等。

②图像文件可读，易于修改和编辑，如PNG、JPEG。

③基于SVG图形格式可以建立文字索引，从而实现基于内容的图像搜索。

④SVG图形格式支持多种滤镜和特殊效果，在不改变图像内容的前提下可以实现位图格式中类似文字阴影的效果。

⑤SVG图形格式可以用来动态生成图形。

3.OpenGL

在三维图形输出方面，OpenGL是较为常用的三维图形标准。OpenGL最初是SGI公司为其图形工作站开发的可以独立于操作系统和硬件环境的图形开发环境，其目的是将用户从具体的硬件系统和操作系统中解放出来，用户可以完全不去理解这些系统的结构和指令系统，只要按规定的格式书写应用程序就可以在任何支持该语言的硬件平台上执行。作为图形硬件的软件接口，OpenGL由几百个指令或函数组成，对程序员而言，OpenGL是一些指令或函数的集合。这些指令允许用户对二维几何对象或三维几何对象进行调用和显示。

目前，包括Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL作为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发自己的产品，其中比较著名的产品包括Soft Image、3DStudio MAX、ArcGIS等。OpenGL使用简便，效率高，它具有七大功能:

①建模:OpenGL图形库除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体、复杂曲线和曲面绘制函数。

②变换:OpenGL图形库的变换包括基本变换和投影变换。基本变换有平移、旋转、变比镜像三种变换，投影变换有正射投影和透视投影两种变换。

③颜色模式设置:包含RGBA和颜色索引两种模式。

④光照和材质设置:光有辐射光、环境光、漫反射光和镜面光。材质是用光反射率来表示。场景中物体最终反映到人眼的颜色是光的红绿蓝分量与材质红绿蓝分量的反射率相乘后形成的颜色。

⑤纹理映射:可以十分逼真地表达物体表面细节。

⑥位图显示和图像增强:图像功能除了基本的拷贝和像素读写外，还提供融合、反走样和雾的特殊图像效果处理。

⑦双缓存动画:双缓存即前台缓存和后台缓存，简而言之，后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好的画面。

4.其他专业图形文件交换格式

AutoCAD系统中，DXF文件是Autodesk公司开发的用于AutoCAD与其他软件之间进行CAD数据交换的数据文件格式，许多GIS软件都可直接读入DXF文件。DWF文件比原始的DWG设计文件更小，传递起来更加快速。

ArcGIS的矢量数据具有两种形式，早期基于拓扑结构的矢量数据采用E00格式进行交换，而基于面条结构的数据则采用Shape格式进行交换。ArcGIS系统基于地理数据库(geo database)的数据均可转换为这两种交换格式。

MapInfo采用MIF格式进行数据交换，它与DXF类似，是一种基于文本的文件交换格式。