predavanje – 2 cad/fea praktikum autor: profesor dr miomir ...ttl.masfak.ni.ac.rs/cad/predavanje-2...

RAČUNARSKA GRAFIKA - DR MIOMIR JOVANOVIĆ 1

Generacija 2006/2007

PROJEKTOVANJE RAČUNAROM - CAD

Predavanje – 2 CAD/FEA PRAKTIKUM

Autor: Profesor dr Miomir Jovanović, dipl.inž.

Računarska grafika

1.10 PRIMENA

Rana istraživanja u oblasti računarske grafike pokazala su da se grafičkom interpretacijom pojmova ubrzava korisnički interfejs nekoliko stotina puta u odnosu na tekstualni interfejs. Tehničke uslove za razvoj grafičkih interfejsa dalo je povećanje brzine procesora koji su obezbedili potrebne kapacitete za grafičko interpretiranje sadržaja. Prvi vidovi grafičkih interpretacija bili su u ravni (dvodimenzioni 2D). Zahtevi za univerzalnom interpretacijom, doveli su do trodimenzione (3D) interpretacije sadržaja. Iz tih kreacija nastala je primenjena matematička i informaciona disciplina za grafičku interpretaciju sadržaja - kompjuterska grafika. Ona se oslanja na principe matematičkih nauka, nacrtnu geometriju, informatiku i primenjenu elektroniku. Kompjuterska grafika je primenjena za projektovanje primenom računara (Computer Aided Design), skraćeno nazvano CAD u okviru koga se realizuje i izrada tehničke dokumentacije (Computer Aided Design Drafting - CADD). Primena kompjuterske grafike u mašinstvu realizuje se kroz geometrijsko modeliranje, čime se formiraju modeli za proračune. Podaci o modelima formirani kao datoteke geometrijskih entiteta, koriste standardne formate baza podataka. Baze podataka se dalje koriste za projektovanje proizvodnje i tehnologija (Computer Aided Process Planning - CAPP). Savremena primena kompjuterske grafike je takodje u mašinskom vidjenju objekata, veštačkoj inteligenciji. Računarska grafika ima primenu izuzetno široku u drugim oblastima: Medicini za dijagnostiku primenom kompjuterske tomografije, medicinskoj grafici za interpretaciju hemijskih analiza, video medijima (film, TV), komunikacijama za vizuelnu komunikaciju (Visual Communication and Interfaces), kartografiji i geologiji (CAGES), umetnosti (Computer Art).

Osnova širenja računarske grafike i prevazilaženja različitosti grafičkog softvera i hardvera ima pojava računarskih standarda kao što su GKS, GKS-3D, PHIGS, CGM, CGI, IGES. Danas se kompjuterska grafika standardizuje pod okriljem Komiteta za nacionalnu kompjutersku grafiku (National Computer Graphics Association - NCGA) i Komiteta za svetsku kompjutersku grafiku (World Computer Graphics Association - WCGA). ISO standardi definiše računarsku grafiku kao skup metoda i tehnika za konverziju podataka koji se šalju ka grafičkom ekranu ili sa njega, posredstvom računara. Zavisno od smera konverzije podataka izmedju računara, ulazno-izlaznog uredjaja i vrste računarskog sistema, postoje tri osnovne oblasti primene računarske grafike. Prva oblast je Generativna računarska grafika gde korisnik unosi podatke u računar, izvršava programe za konverziju izlaznih rezultata u linije, tačke, slova, poligone, čime se generiše slika. Druga oblast primene je analiza slika na bazi informacija unetih CCD kamerom sa ciljem prepoznavanja predmeta koji čine sliku (primenjeno u savremenoj robotici). Treća oblast primene je obrada slika (procesiranje) čime se menja sadržaj slike u cilju poboljšanja kvaliteta.

1.0 RAČUNARSKA GRAFIKA 2

1.20 KONCEPT GRAFIČKE INTERPRETACIJE SADRŽAJA

Kompjuterska grafika zasniva se na tri sistema: aplikativnom sistemu, grafičkom sistemu i korisniku. Za njihovu medjusobnu vezu su upotrebljena tri interfejsa: aplikativni interfejs, interfejs uredjaja i interfejs korisnika. Interfejsi su standardizovani prema predlogu istraživača Bono - Enderle 1986. godine. Koncept grafičkog sistema, prema tom predlogu, pokazan je na slici 1.01. Programska aplikacija korisnika se sastavlja pozivom grafičkih potprograma iz datoteke grafičkih podataka (struktura). Iz tih programskih navoda sastavlja se program aplikacije koji se kao datoteka smešta na memorijski medijum računara. Kada se učitava program gotove aplikacije, jezgro obavlja tumačenje programskih navoda i shodno bazi podataka grafičkih struktura nalazi programske instrukcije za rafičku formu na uredjaju za prikazivanje. Jezgro grafičkog programa je povezano sa radnom grafičkom stanicom, preko interfejsa uredjaja, a korisnik preko interfejsa korisnika. Interfejs korisnika zasniva se na našem iskustvu sa okolnim prostorom, prepoznavanjem geometrijskih formi, medjusobnim odnosima grafičkih sadržaja. Korisnik za grafički prikaz koristi grafički uredjaj za prikaz koji može biti monitor, ploter. Rutinske procedure u računarskoj grafici su najvećim delom standardizovane da bi se koristile nezavisno od opreme. Prenosivost grafičkih sadržaja zasniva se na unificiranosti programskih naredbi koje definišu grafičke primitive.

Slika 1.01 Koncept grafičke interpretacije sadržaja

Slika 1.02 pokazuje integrisani CAD sistem sa pripadajućim standardima, formatima grafičkih datoteka i potrebnim interfejsima. Korisnik upotrebljava grafičke standarde GKS, GKS-3D, PHIGS, za kreaciju, dok za transfer podataka ka drugim grafičkim uredjajima, koristi CGM i GKSM standardne datoteke poznate pod imenom - metafajl. Sredjeni podaci o grafičkom modelu mogu se uputiti ka drugim sistemima posredstvom IGES, PDES, STEP i drugih formata datoteka. Transfer podataka iz grafičkog sistema ka grafičkoj stanici obavlja se u CGI grafičkom standardu.

APLIKACIJA GRAFICKI SISTEM KORISNIK

INTERFEJS UREDJAJA

INTERFEJS APLIKACIJE

PROGRAM APLIKACIJE

PODACI APLIKACIJE

JEZGROGRAFICKOGPROGRAMA

PODACI GRAFICKIH STRUKTURA

INTERFEJS KORISNIKA

ULAZ

IZLAZ

ULAZ

IZLAZ

ULAZ

IZLAZ

Korisnik 1

Korisnik 2

Korisnik n


Slika 1.02 Osnovni koncept CAD sistema sa pripadajućim grafičkim standardima

1.30 PRIKAZIVANJE OBJEKATA U RAČUNARSKOJ GRAFICI

U računarskoj grafici se primenjuju dva načina prikazivanja objekata: dvodimenzionalan (2D) i trodimenzionalan (3D). Trodimenzionalno prikazivanje može biti centralno i paralelno. Centralno prikazivanje vodi u tri osnovne vrste perspektiva (frontalnu, ugaonu i kosu). Paralelno prikazivanje 3D objekata može biti ortogonalno i kosougaono. Osnovnu šemu različitih tipova perspektiva pokazuje detaljnije slika 1.03, a skice uz nju pokazuju oblike i tipove tih perspektiva [28]. U mašinstvu je najčešće u upotrebi ortogonalna projekcija. Tehnika operisanja objektima, likovima i telima, posebno je obradjena kroz disciplinu poznatu pod imenom Geometrijsko modeliranje. Geometrijsko modeliranje koristi matematičke funkcije za prostorni opis ili interpolaciju geometrije.

Slika 1.03 Klasifikacija načina prikazivanja 3D objekata

DRUGIGRAFICKI SISTEMI

PROGRAMSKI INTERFEJS

FUNKCIONALNI INTERFEJS

KORISNICKI INTERFEJS KORISNIK

BAZA

TRANSFER CAD FORMATA:

IGESPDES STEP

TRANSFER FORMATA SLIKE:

CGM, GKSMGRAFICKI SISTEMIGKS, GKS-3D, PHIGS

CGI

GRAFICKA STANICA

CAD DRUGI

CAD SISTEMI

MODELIRANJE

DISPLEJ

PRORACUN

DIJALOG

CENTRALNO

PRIKAZIVANJE 3D OBJEKATA

FRONTALNAPERSPEKTIVA PERSPEKTIVA

SA UGLA

KOSAPERSPEKTIVA ORTOGONALNO

AKSONOMETRIJAKOSOUGAONO

KAVALJERSKAPERSPEKTIVA

VOJNAPERSPEKTIVA

7O 42O

30O30O

IZOMETRIJA DIMETRIJA TRIMETRIJA

PARALELNO


Prikaz grafičkih sadržaja vrši se na dva moguća načina: Sistemom baziranim na slici1 (slika je formirana iz tačaka-bitmapa) i sistemom baziranim na geometriji (vektorski sistem). Osim osnovnih tehnika prikaza grafičkih sadržaja, računarska grafika koristi različite tehnike za poboljšanje vizuelne forme: trodimenzionu interpretaciju i perspektivu, vizuelno odredjivanje (skrivene linije i površine), podešavanje intenziteta svetla (po dubini objekta) i svetlosnih sadržaja, tehnike senčenja, tehnike bojenja (transparentnost, refleksija), tehnike simulacije i animacije (dinamička perspektiva).

1.40 OSNOVNI GRAFIČKI ELEMENTI

PRIMITIVE: Primitive su osnovni elementi za prikaz grafičkih sadržaja. Sastavljanjem primitiva u celinu, formira se slika. Zavisno od standarda koji se primenjuje, koriste se grafičke primitive kao što su polilinija (niz povezanih linija), polimarker (simbol odredjene vrste), tekst, ispunjena oblast - poligon, ćelijski raspored (matrica piksela odredjene boje), kao i specijalne primitive samih radnih stanica, slika 1.04. Primitive omogućuju vizuelnu interpretaciju elementarnih grafičkih formi po položaju i obliku. Definisanje primitiva zahteva dopunske podatke o obliku grafičke forme i oni se odredjuju atributima. Tako, na primer, atributi teksta su: veličina, font, orijentacija i boja. Tipove raspoloživih primitiva definiše izabran grafički standard. U 3D grafici dodatne primitive mogu biti: prizme, sfere, cilindri, konusi, torusi, isečci i druge forme (MicroStation’95, prema slici 1.05).

Slika 1.04 Osnovni grafički elementi: polimarker, poligon, matrica ćelija, tekst i polilinije

Slika 1.05 3D primitive: Prizma, lopta, cilindar, konus, torus, isečak

1 Bitmapiran sistem razvila je kompanija Xerox, Palo Alto Research Center 1974.


SEGMENTI: Segment je skup osnovnih grafičkih elemenata ili deo slike kojim se može manipulisati kao celinom. Korisnik definiše segment. Segment se čuva u segmentnoj memoriji aktivne radne stanice i ima svoj identifikacioni broj. Nad segmentom se obavljaju klasične geometrijske operacije: kreiranje, translacija, rotacija, skaliranje, kopiranje. OBJEKTI: Objekti u računarskoj grafici su složeni sadržaji mašinskih elemenata i sklopova. Objekti mogu biti vidljivi i nevidljivi, što je odredjeno postojanjem medjuobjekta-prepreke izmedju objekta i posmatrača. 3D objekti se mogu prikazati sa svim linijama nezavisno od vidljivosti pa se takvi modeli nazivaju žičani modeli. 3D objekti mogu koristiti različIte tehnike za vizuelno poboljšanje prikaza. Prema tome, površine objekata mogu biti senčene, što naročito dolazi do izražaja kod oblih površina. Slika 1.06 pokazuju geometrijski modeliran 3D objekat u vidu vratilo sa dva venca za ozubljenje i krajem sa ekscentrom i prelazima za ugradnju ležajeva. Prikazana je forma žičanog i senčanog modela.

Slika 1.06 3D objekat-složena geometrijska forma izometrijski prikazan kao

žičani model sa skrivenim linijama i glatko senčani model

1.50 PROSTORNE TRANSFORMACIJE RAČUNARSKE GRAFIKE Prikazivanje objekata u računarskoj grafici organizovano je korišćenjem barem dva koordinatna sistema: koordinatnog sistema objekta i koordinatnog sistema uredjaja za grafički prikaz sadržaja. Koordinatni sistem objekta je svetski, merni koordinatni sistem (engl. world coordinate system – WCS) kojim su definisane realne koordinate objekata u prirodi. Koordinatni sistem uredjaja za prikazivanje je prilagodjen veličini prostora na kome se prikazuje objekat. Taj prostor je definisan koordinatnim sistemom uredjaja (Device Coordinate Space) - DC-sistem. Da bi se obezbedila prenosivost grafičkog sadržaja nezavisno od uredjaja za prikazivanje, koriste se normalizovani koordinatni sistemi i normalizovani prostori. Normalizovani prostori su apstraktni i u njima su dimenzije objekata u intervalu 0÷1. U GKS standardu normalizovan prostor je označen sa Normalized Device Coordinate, NDC - sistem. Prenos slika iz jednog u drugi koordinatni prostor vrši se matematičkim transformacijama preslikavanja. Tako se transformacijom normalizacije (Normalization transformation - NT transformacija), vrši preslikavanje iz stvarnog - realnog prostora (WC prostora) u normalizovan prostor uredjaja (NDC prostor). Izvršenje ove transformacije, postiže se pozivom odgovarajućeg potprograma primenjenog standarda za rad. Preslikavanje sadržaja iz normalizovanog prostora (NDC prostora) u prostor za prikazivanje radne stanice (DC prostor), izvodi se prema dimenzijama radne stanice. Ta operacija se naziva transformacijom radne stanice (workstation transformation - WT transformacija).


Slika 1.07 Transformacije prikaza objekta kod grafičkih radnih stanica

Preslikani pravougaoni prostor NDC sistema na prostor za prikazivanje radne stanice (DC prostor), naziva se pogled radne stanice (Workstation Viewport - WV). Preslikani normalizovani prostor naziva se prozor radne stanice (Workstation Window - WW). Analogno, deo prostora stvarnog - realnog koordinatnog sistema (WC) koji se preslikava u NDC prostor naziva se prozor normalizacijske transformacije NT - prozor ili prozor realnog sistema (World Window - WW). Pravougaoni prostor NDC sistema u koji je preslikan sadržaj prozora realnog sistema normalizacijskom transformacijom, naziva se pogled realnog sistema (World Viewport). Slika 1.08 interpretira ove transformacije na kutijastom nosaču dizalice sa pogonskim točkom na šini.

Slika 1.08 Koncept prozora i prikaza realnog objekta i radne stanice

PROZOR NA REALNOM OBJEKTUPROSTOR PROSTOR

PRIKAZ REALNOG PROZORA

PROSTOR

PROZOR RADNE STANICE PRIKAZ PROZORA RADNE STANICE

PROSTOR UREDJAJA

NORMALIZOVAN ROSTOR

1.0

0.0

50.0. (cm

100

0.0

56. 42. (cm)

TRANSFORMACIJ

TRANSFORMACIJ

SPOLJASNJI FIZICKI ROSTOR


Ovako postavljen koncept omogućava otvaranje više prozora u prikazivanju jednog objekta i više otvorenih pogleda u DC prostoru radne stanice. Otvaranje više prozora u grafičkom sistemu radne stanice izvodi se sa više normalizacijskih transformacija pri čemu je u jednom trenutku samo jedan prozor aktivan (izvršava se samo jedna normalizacijska transformacija). Ovaj koncept daje izvanredne mogućnosti primeni računara za projektovanje: njime se formiraju meniji na prostoru za prikazivanje grafičke radne stanice, radi sa više otvorenih dokumenata, analizira - izdvaja deo realnog objekta. Taj koncept omogućava formiranje složenog dokumenta (za sklopanje proizvoda) iz više različitih realnih prostora (WC1, WC2, WC3).

KORISNIČKI INTERFEJS

DEFINICIJA: Korisnički interfejs2 je program koji omogućava dijalog izmedju korisnika i računara [61]. U osnovi to je odnos čoveka sa računarom pa se on naziva interfejs čovek-računar (Human Computer Interface – HCI). Korisnički interfejs ima zadatak da na jednostavan način obezbedi dijalog korisnika sa računarom bez obzira na jezičku barijeru.

TIPOVI INTERFEJSA: grafički, govorni, kombinovani. Grafički interfejsi koriste grafičke

simbole za predstavljanje različitih sadržaja kao što su datoteke, direktorijumi, parametri za podešavanje, alati za obavljanje različitih operacija. U tu svrhu razvijeni su operativni sistemi Windows, Windows-NT, X-Windows, Unix. Sve programske aplikacije koje rade pod Windows operativnim sistemima imaju razvijene grafičke interfejse (Program Manager, File Manager, Windows Explorer, Internet Explorer) često podržane i audio sekvencama. Slika 1.09 - korisnički interfejs aplikacije u programu COREL.

Slika 1.09 Primer Windows prozora otvorene aplikacije COREL sa grafičkim sadržajem korisničkog interfejsa i aktiviranim padajućim i kaskadnim menijem

2 Korisnički interfejs, engl. Graphical User Interface - GUI


Interfejs na ovoj slici raspolaže u grafičkom obliku sledećim sadržajima za interaktivan rad:

• alate za unošenje grafičkog sadržaja poredjanih levom ivicom Windows prozora, • komande za rad sa datotekama (File, Edit, View, Export, Import), gore u zaglavlju, • alate za geometrijske transformacije i podešavanja (Layout, Arrange, Effects), • alate za različite druge operacije (Bitmaps, Text, Tools), • paletu alata podešavanja argumenata (format, boja, debljine linija primitiva), • lenjire sa mernim jedinicama ivicom prostora za crtanje, • mehanizam potvrde (redo) i otkaza neželjene operacije (undo), • proporcionalan klizač horizontalnog i vertikalnog skrolbara, sa strelicama, • dugmad za rad sa windows prozorom (meni prozora: min, max, zatvoren prozor), • paletu poslova (taskbar), ispod donje ivice prozora, • traka naslova, u zaglavlju gore - ime datoteke apikacije, • ikone koje daju elemente tekućih stanja ili setovanja (monitor, vreme, štampa), • paletu raspoloživih boja (vertikalno, desno), • hijerarhijske menije (na slici 1.09 je padajući i kaskadni meni).

OSNOVNI GRAFIČKI ELEMENT: koji ilustruje namenu unutar korisničkog interfejsa je sličica – ikona. Ona slikovito i asocijativno deluje na korisnika: Jasno označava funkciju, lako se pamti i dobro se razlikuje od ostalih ikona. Ikona označava datoteku. Selektovanjem ikone pokreće se program ili otvara datoteka preko putanje do sadržaja na memorijskom medijumu gde je datoteka smeštena. Slika 1.10 pokazuje radni prostor na kome su rasporedjene ikone datoteka različitih aplikativnih programa. Korisnički interfejs nudi mogućnost direktnog postavljanja, uklanjanja i premeštanja ikona na radnoj površini grafičkog uredjaja. Preko ovih operacija vrši se direktna manipulacija programima, kao tipična kategorija operisanja korisničkim interfejsom.

Slika 1.10 Primer Windows radnog prostora sa ikonama datoteka aplikativnih programa


Na slici 1.09 pokazane su još tri interaktivne tehnike funkcionisanja korisničkog interfejsa. Naime može se uočiti da su padajući meniji na mestu izbora tražene opcije, zatamnjeni. Opcija je odredjena jednom od tri raspoložive tehnike: pozicioniranjem (preko tastature, recimo upotrebom tastera ALT), selektovanjem posredstvom izbornog skupa (to je neki atribut, recimo zadebljano ili podvučeno slovo komande) i pokazivanjem opcije (recimo dvostrukim klikom preko miša). MENIJI: su osnovni način otvaranja sadržaja korisniku. Postoje tri osnovne kategorija menija: Hijerarhijski, hodajući i skrolovani meni. Hijerarhijski meniji pokazuju putanju otvaranja shodno hijerarhijskom nivoi opcije. Na grafičkom displeju se otvara kaskada opcija a preglednost putanje je maksimalna. Na slici 1.11 je pokazana kaskada.

Slika 1.11 Primer menija sa hijerarhijskom kaskadom

Metoda tekuće selekcije se koristi kod opcija koje se medjusobno isključuju pri izboru. To je pokazano na slici 1.12, na primeru izbora opcije položaja papira za štampu (portrait / landscape).

Slika 1.12 Primer menija tekuće selekcije (opcije koje se medjusobno isključuju)


SKROLOVANI MENIJI se otvaraju pomeranjem skrol dugmeta niz traku uz koju su poredjane opcije, Slika 1.13 pokazuje jedan Windows prozor programa COREL u okviru koga je otvoren skrol meni opcije izbora fonta. Obzirom na veliki sadržaj menija fontova, skrol dugme omogućava skrolovanje sadržaja menija. Nekim drugim uredjajem (ENTER) se odabere font.

Slika 1.13 Primer menija tekuće selekcije (opcije koje se medjusobno isključuju)

DRUGE TEHNIKE korisničkih interfejsa. To su tehnike rada sa dijalog boksovima, kada se za izabranu kategoriju otvara poseban boks unutar koga se bira više opcija. To su recimo meniji definisanja svojstava materijala, kada se unosi više karakteristika. Neposredna grafička konstrukcija koristi tehniku elastičnog projektovanja bilo nad primitivom bilo nad grafičkim segmentom. Ovom tehnikom linija se dobija izmedju polazne i krajnje tačke. Tehnika modifikacije elementa koristi koncept držača (handles) za uvećanje, umanjenje ili razvlačenje objekta u ravni. Široko je primenjena i u 2D i u 3D konstrukciji.

1.61 UNOS GRAFIČKIH PODATAKA

AKTIVIRANJE: Grafičke funkcije programa mogu se aktivirati različitim fizičkim sredstvima računara. Ta fizička sredstva ulaza mogu imati različite namene pa se prema njima definišu logičke funkcije ulaza. LOGIČKE FUNKCIJE zavise od stanja grafičke stanice i mogu se aktivirati samo pri odgovarajućim uslovima. GKS standard definiše 6 klasa logičkih ulaznih uredjaja:

• lokator (lokator) - definiše položaj tačke na slici, • stroke (potez) - definiše sekvencijalne tačke objekta za izvršenje transformacija, • valuator (ocenjivač)- definiše realne brojeve, • birač (izbor) - potvrda pozitivnog ili negativnog izbora iz prethodnog pitanja, • pik (odabirač) - potvrda posredstvom strelice miša, odredjenog segmenta slike i • string (tekst) - ulaz grupom - setom karaktera, najčešće sa tastature.

IZBOR se obavlja prema "string" menijima (sa tekstom) ili simboličkim menijima prema "ikonama" (sličicama). Meniji mogu biti stalno vidljivi ili aktivirani (padajući) prema traženim funkcijama za izvršenje3. Shodno unetim podacima i trenutnom radnom stanju grafičke radne stanice, definiše se status uredjaja primenom datoteka stanja (definiše listu stanja). Liste stanja daju grafičku kontrolu uredjaja,

3 Prva interaktivna grafička forma napravljena je 1950. na MIT (USA).


definišu stanje grafičkih funkcija, moguće greške (čime se aktiviraju funkcije za korekciju), operativno stanje radne stanice (aktivna, neaktivna, otvorena, zatvorena), odredjuju raspoložive mogućnosti softvera. U operativnom smislu, ispitivanjem lista stanja (provera dovoljnosti uslova), radna stanica se stavlja u stanje "ulaza" čime se aktivira upravljačka logika uredjaja za unos podataka. SPECIJALNE DATOTEKE: Datoteke grafičkih podataka - METADATOTEKE. Metadatoteke su sekvencijalne grafičke datoteke koje sadrže sliku (podatke o formiranju slike) u apstraktnom obliku, nezavisnom od grafičkog uredjaja za prikazivanje i aplikacije. Prema tome, metafajlovi su prenosivi. U GKS sistemu metadatoteka je definisana GKSM standardom kao sekvencijalna datoteka. ISO standardi definisali su metadatoteke 1987. godine. Skraćenica CGM (Computer Graphics Metafile) obeležava standardne metadatoteke.

1.70 STANDARDI RAČUNARSKE GRAFIKE

GKS standard je dobio internacionalan status 1982. a publikovan je kao ISO 7942 standard za računarsku grafiku 1985. Napisan je u nezavisnoj verziji od programskog jezika i formulisan najpre u dve varijante: sopstvenoj (GKS) i fortranskoj korišćenjem FORTRANA 77. Danas su njegove funkcije napisane u jeziku za programiranje C, ADA, Pascal, a razvijeno je i više softverskih varijanti za PC računare [3]. Iz osnovnog GKS standarda razvijen je grafički standard GKS-3D (ISO 8805). Razvoj ovog standarda uslovio je standardizaciju drugih sadržaja u računarskoj grafici, kao što je standard za grafičke metafajlove (CGM ISO 1987), standard za grafičke interfejse (CGI ISO 1991). Danas GKS standard podržava preko 90 % aplikacija računarske grafike [3]. GKS je napisan za tri vrste korisnika računarske grafike. Prvu grupu čine implementatori koji se bave razvojem osnovnog grafičkog softvera. Ovo znači da GKS može da se dogradjuje. Drugu grupu korisnika čine programeri aplikacija koji koriste osnovni grafički sistem za pisanje aplikativnih programa. To je, recimo, posao za vodeće industrijske programere ili profesionalne softverske proizvodjače. Treću grupu korisnika čine operatori koji koriste - izvršavaju gotove aplikativne programe, što ne zahteva čak ni znanje programiranja.

GKS grafički sistem sadrži biblioteku od oko 200 potprograma čijim pozivom se ostvaruju odgovarajuće grafičke funkcije. Koncept GKS sistema definiše vezu operativnog sistema računara i aplikativnog programa preko jezičkih slojeva (layer-a) koji koriste grafičko jezgro (kernel) standarda.

Prema perifernim grafičkim uredjajima, GKS koristi upravljačke programe uredjaja (device drivers), skraćeno "drajvere". Drajveri definišu upravljačke komande za uredjaje (ploter, printer, CRT) i aktiviraju se samo programskim navodjenjem zahteva (poziva) iz aplikativnog programa. Generisanje slika vrši se povezivanjem osnovnih grafičkih elemenata - grafičkih primitiva. U GKS-u to su linije, markeri, tekstovi, poligoni, matrice ćelija i generalisani grafički elementi. Generalisani grafički elementi su gotove složene primitive (krugovi, elipse, odsečci i isečci kruga, odnosno u 3D prostoru to su odsečci lopti, isečci valjaka i drugo). Grafičke primitive su opisane atributima kojima se definišu karakteristike primitiva. Atributi teksta su vrsta fonta, veličina, orijentacija, boja.

RADNA STANICA u GKS sistemu je mesto za prikaz jedne slike (monitor, ploter, kopirni uredjaj). Kad grafički terminal ima mogućnost prikazivanja više nezavisnih prozora na istom monitoru, onda svaki prozor predstavlja posebnu radnu stanicu GKS sistema. Ovo znači da jedna fizička radna stanica može da sadrži više GKS radnih stanica. GKS deli opremu za unos podataka (tastature, digitalizatori, miševi) na 6 klasa logičkih ulaznih jedinica: lokator, potez (stroke), ocenjivač (valuator), izbor (choice), odabirač (pick) i tekst (string). SGMENT: Osnova radnog procesa je rad sa segmentima. GKS koristi nezavisnu segmentnu memoriju (Workstation Independent Segment Storage - WISS memorija) [6]. Osim geometrijskih transformacija (translacija, rotacija, uvećanje i umanjenje), nad segmentom se mogu izvršavati i transformacije promene prioriteta prikazivanja, kopiranja u druge segmente i radne stanice, promena oznake segmenta itd. Segmenti imaju svoje zajedničke atribute kojima se definišu opšta stanja kao što je, recimo, treperenje, vidljivost, prioritet.


Grafičke podatke GKS memoriše radi njihovog arhiviranja ili prenošenja na druge sisteme, na način nezavisan od računarskog sistema. GKS je standardizovao metadatoteke u smislu pristupa, korišćenja i rasporeda podataka. Za rad sa metadatotekama, GKS je razvio odgovarajuće programe definisane GKS funkcijama. Kontrolu radnog stanja aplikacije, GKS definiše listama stanja. Radno, operaciono stanje, definiše status pojedinih uredjaja i status izvršenja aplikacije. Stanje definisano listama stanja prati se funkcijama upita GKS sistema, čime se izvode zaključci o dovoljnosti uslova za naredna izvršenja i vrši izveštavanje o greškama. GKS omogućava grafičke izlaze vektorskom i raster grafikom. Tipičan vektorski uredjaj za izlaz je ploter, a rasterski uredjaj je grafički monitor. Hardverski zahtevi opreme za računarsku grafiku su visoki i zahtevaju ne samo brze, već specijalizovane procesore sa velikom paletom boja, specijalnim efektima i hardverski izvedenim grafičkim transformacijama.

PHIGS standard je definisan propisima ISO 9592, 1985. godine. PHIGS je akronim engleskog naziva Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System. Njime je pored rada u 3D prostoru, moguć i rad sa hijerarhijski povezanim segmentima, koji se mogu i naknadno menjati. Dok GKS služi za generisanje grafičkog prikaza geometrijskog modela formiranog u aplikativnom programu, PHIGS omogućava formiranje geometrijskog modela na jedinstven, standardizovan način. Primena PHIGS sistema je pogodna za CAD sisteme u kojima se vrši prostorno geometrijsko modeliranje predmeta sa simulacijama njegovog kretanja. Koristi se u molekularnom modeliranju, kartografiji, prepoznavanju oblika i procesiranju slika.

CGM standard je nastao iz potreba za prenosom i razmenom grafičkih podataka. Kao medjunarodni ISO 8632 standard, registrovan je 1987. Datoteke za smeštaj grafičkih podataka, poznate kao metadatoteke, nose ekstenziju CGM (Computer Graphics Metafile CGM). CGM metadatoteke su neutralne datoteke, sadrže podatke o elementima koji čine sliku, a slika nije namenjena daljoj promeni (tzv. statička slika). Prednost GKS metadatoteka je što one sadrže i podatke o strukturi slike (segmente) što omogućava dalju obradu slike (dinamičku sliku). Korišćenje CGM standarda očuvano je zahvaljujući njegovoj rasprostranjenosti. Kodiranje metadatoteke definiše ISO 646 i ISO 2022 na bazi ASCII koda.

CGI standard se koristi za upravljanje grafičkim uredjajima. Upravljanje se izvodi upravljačkim programima prilagodjenim za svaki grafički uredjaj posebno (device drivers - "drajveri"). CGI standard prevodi odgovarajuću grafičku funkciju u komandu uredjaja. Kako broj "drajvera" brzo narasta (zbog unapredjenja opreme), ISO je 1988. doneo standard za upravljanje grafičkim uredjajima poznat pod nazivom Computer Graphics Interface (CGI). Standard definiše jedinstvene komande za upravljanje grafičkim uredjajima bez obzira na vrstu ili proizvodjača opreme. I pored standarda, još uvek se proizvode "drajveri" zavisni od uredjaja što ukazuje da proces standardizacije nije okončan i da je u toku. CGI standard podržava GKS standard. CGI standard koristi ispitne funkcije koje su opisane klasama: izlaza, atributa, boja, raster operacijama, ulazom i segmentacijom.

IGES standard: Sistemi za projektovanje pomoću računara sadrže mnoštvo informacija o proizvodu, tehnologijama i korisnicima CAD sistema. Za bolje korišćenje i prenos ovih podataka, ANSI je 1981. definisao standard pod nazivom Initial Graphics Exchange Specification (IGES). Standard je naročito pogodan za mašinske CAD/CAM sisteme. Korišćenje IGES datoteke zahteva odgovarajuće generatore i interpretatore podataka da bi bili preneti u druge CAD/CAM sisteme. Ove datoteke zahtevaju značajan memorijski prostor.

predavanje – 2 cad/fea praktikum autor: profesor dr miomir ...ttl.masfak.ni.ac.rs/cad/predavanje-2...

Documents