引數規劃

[拼音]：tuxing ruanjian

[英文]：graphic software

用於圖形的生成、表示和操作的軟體。視覺資訊是人們最便於接受和理解的資訊表示形式之一。一個複雜的結構和關係，採用圖形表示便可一目瞭然。以圖形方式進行人-機通訊不僅效率高，而且更為自然、直觀。為使計算機能處理圖形資訊並且有以顯示圖形為媒介進行人-機互動工作的能力，除有圖形輸入、輸出的硬體配置外，還必須有圖形軟體。

圖形軟體需解決的主要問題是：

（1）尋找一種計算機可以接受和處理的圖形資訊的描述方式；

（2）確定一種視見演算法，它可以將形式描述的圖形資訊轉換成各個具體繪圖裝置所能接受和處理的一組命令和資料；

（3）提供人-機互動處理圖形的功能。

圖形軟體提供程式語言可呼叫的標準圖形子程式庫，它的基本工作方式是接受並處理程式或命令所給出的圖形的形式描述資料，生成、操作和儲存圖形或將其視見表示呈現在各種圖形裝置上。互動式圖形軟體還能提供人-機互動工作的功能。

圖形的形式描述

根據圖形的幾何性質和外貌特徵，使用程式設計語言對其進行形式描述，是軟體處理圖形的基礎。在這個基礎上，才可能用計算機的邏輯運算方式進行圖形的操作、儲存和生成。

圖形的形式化包含兩個方面，一是把圖形裝置能執行的基本動作抽象成圖元，如點、線、字元、符號、填充區和像元陣列等。每個具體圖形均可由一組圖元組合而成。二是對每個圖元給出形式定義，其幾何形狀一般由如下資料定義：使用者座標系中的座標位置，字元編碼及字高、方位、字元的縱橫比，像元陣列及其參考位置等。它在輸出介面上的外貌特徵，如顏色、亮度、線型等，則可通過賦予它特定屬性值來規定。例如，要產生一個用紅、綠、藍三種顏色的線段所組成的三角形，可通過下述步驟來實現(圖1):置顏色屬性(紅);線圖元(x1，y1， x2，y2);置顏色屬性(綠);線圖元(x2，y2，x3，y3)；置顏色屬性(藍)；線圖元(x3，y3，x1，y1)。此時，對圖形的儲存就可通過儲存該圖形的名字、座標資料陣列和相關的顏色屬性來實現。對圖形的變換和操作也就很容易通過對這些形式描述資料的處理來完成。

一個圖形的最小的可獨立操作的圖形實體，可以是圖元，也可以是圖元組成的圖段。圖段一般作為語義實體，如掩模設計中的電晶體圖案，一個機械零件，一座房子中的門、窗等。圖形實體除幾何定義外，還可規定諸如是否可以視見，是否閃爍，可否允許操作員使用游標控制裝置對其指點，進而進行處理等其他動態屬性。圖形軟體提供用以描述、構造和儲存圖形，以及設定圖形輸出外貌特徵的標準過程。

圖形的輸出與操作

圖形軟體選擇一種視見演算法，完成圖形輸出。它把使用者座標系中定義的圖形，轉換成規格化裝置座標系中表示的圖形。然後，由各個圖形裝置的驅動程式將圖形資訊轉換成具體裝置所能接受和處理的命令和資料集，啟動裝置產生所需要的圖形輸出。

圖形的操作主要包括：幾何變換，如圖形或圖形部分的平移、旋轉、放縮、投影及其組合等;圖形編輯，如圖形或圖形部分的刪除、插入、修改、更換、複製、存檔等；在不同的圖形工作站之間的傳送和複製圖形。這部分圖形軟體所採用的方法，包括齊次座標變換矩陣處理、與一般資料儲存和管理軟體相似的儲存和管理方法。這部分圖形軟體向用戶提供用於變換、操作圖形的標準過程。

變互式圖形處理

為了使計算機具有以顯示圖形為媒介進行人-機互動工作的能力，圖形軟體必須提供圖形輸入功能。應用程式援引輸入功能，可輸入座標位置資訊、正文資訊、顯示圖形中指定的圖項的標識資訊、標量值資訊和控制程式執行的資訊等。返回的座標位置值，可以是裝置座標表示的值，也可以是規格化裝置座標或使用者座標表示的值。

大多數圖形系統還提供提示和應答設施，以此通知操作員某具體的輸入裝置是可用的，以及響應操作員的動作，在顯示控制檯上顯示該輸入的當前值資訊。

圖形軟體的型別

在確定一個較好的方式以滿足各種應用和各種要求時，有四種圖形軟體可供應用程式使用。

（1）通用的圖形程式包。由一組程式語言可呼叫的圖形子程式組成。這是廣泛採用的一種方式，國際圖形標準就是這種方式的標準化。

（2）專用圖形程式包。它是針對具體應用而設計的（見計算機圖形學）。為端點使用者和圖形系統之間介面的應用程式包正在研製和完善。

（3）對現有的程式設計語言進行擴充，使其包含有處理圖形資訊的能力。這種擴充可通過對原編譯程式進行修改或建立一個預處理程式的方法來實現。

（4）設計新的圖形語言（專用的或通用的）。

圖形標準化

制定圖形標準是計算機圖形軟體發展的必然趨勢。它不僅可以提高圖形應用程式的易移植性、裝置獨立性、圖形資料的易移植性，而且有助於應用程式設計師理解和使用圖形學方法，同時也給硬體的革新以方向性指導。國際標準化組織 (ISO)已公佈圖形核心系統(GKS)作為第一個國際標準草案（圖2）。

計算機圖形軟體標準化後，將出現圖形標準實現的正確性問題，即如何保證圖形軟體系統的實現嚴格符合標準。解決這個問題的一個遠期目標是採用形式證明。首先，對圖形標準建立一個形式規格說明。以此為基礎，利用程式自動生成技術，通過一系列程式變換以保證標準的實現。關於計算機圖形系統的形式規格說明，已有若干建議。另外一種比較現實可行的方法是證明為假的方法，即建立一組測試程式，將它應用於要驗證的系統和參考系統，然後比較其結果，如果不一致，則表明系統的實現是不正確的。

在計算機圖形軟體的發展中，另一種課題是有關互動圖形系統自動生成的工具和技術的研究，以及使用者介面管理系統(UIMS)的研究和實現等。

參考書目

W.M.Newman，R.F.Sproull，Principles of Interac-tive Computer Graphics， 2nd ed.，McGraw-Hill， New York，1979.