Bài giản về cấu túc dữ liệu và tiêu chuẩn đồ họa

CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU • Cấu trúc dữ liệu là một tập các dữ liệu có mối quan hệ với nhau theo một quy luật nhất định • Theo quan điểm CAD CAM cấu trúc dữ liệu là một sơ đồ logic hay tuầ

6 CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU

VÀ TIÊU CHUẨN ĐỒ HOẠ

Thạc sĩ Lê Trung

Thực

CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU

• Cấu trúc dữ liệu là một tập các dữ liệu có mối quan hệ với nhau theo một quy luật nhất định

• Theo quan điểm CAD CAM cấu trúc dữ liệu là một sơ

đồ logic hay tuần tự các bước lưu trữ các dữ liệu đồ

hoạ và không đồ hoạ.

• Chức năng chính của database là xử lý dữ liệu trên

màn hình như zoom, pan, giao tiếp với người dùng, đặc biệt là những chức năng chỉnh lý như trim, fillet,

stretch, đánh giá các tính chất như diện tích, khối

lượng, quán tính, …, đảm bảo những thông tin phụ cho sản xuất.

Hệ thống quản lý dữ liệu

(DBMS)

• Là phần mềm cho phép truy xuất để sử dụng và

biến đổi dữ liệu trong bộ nhớ database

• DBMS tạo ra một lớp giữa cơ sở dữ liệu vật lý và

người sử dụng

• DBMSs được thiết kế cho các hệ thống

thương mại là quá chậm chạp cho các ứng dụng trong lĩnh vực CAD/CAM

• Các yêu cầu về quản lý dữ liệu trong các

hệ thống CAD/CAM về căn bản khác với các ứng dụng thương mại.

Hệ thống quản lý dữ liệu

(DBMS)

Đặc điểm dữ liệu CAD/CAM

• Nhiều kiểu, nhưng số lượng mỗi kiểu không

nhiều

• Sản phẩm thiết kế có thể rất lớn với hàng triệu

chi tiết và các cụm lắp phụ thuộc lẫn nhau

• Thiết kế có thể thay đổi theo thời gian

• Mỗi chi tiết có thể thay đổi

• Hàng trăm người có thể làm việc trong cùng

một thiết kế

Lưu trữ và truy xuất dữ liệu

• Dạng tuần tự: năng suất thấp

• Ngẫu nhiên: năng suất cao

• Do đó các file chứa dữ liệu đồ hoạ được lưu dưới dạng truy xuất ngẫu nhiên và tất cả các file liên kết với nhau bằng mũi tên.

• Bản ghi chính có tên là " Head record", từ đây các mũi tên chỉa đến tất cả các dữ liệu khác theo một trật tự chặt chẽ

Data Structure

Database

• Mục đích của database là thu thập và lưu

trữ dữ liệu trong bộ nhớ trung tâm để dễ truy xuất và xử lý

• Ưu điểm của việc quản lý tập trung dữ liệu

Data Structure

Database

• Hạn chế trùng lặp

– Rất quan trọng trong việc tích hợp CAD/CAM

– Dữ liệu phải đủ phong phú để hỗ trợ thiết kế và chế tạo sản phẩm

– Hạn chế những mâu thuẫn hay không phù hợp khi truy xuất cho cac ứng dụng khác nhau

• Tăng cường tiêu chuẩn

– Việc kiểm soát tập trung tăng cường được tiêu chuẩn cấu

Data Structure

Database

• Bảo mật

– Việc truy xuất dữ liệu phải được kiểm tra và kiểm soát bằng

mã đăng ký sử dụng các vùng khác nhau của database

CAD CAM Database

• CAD CAM database phải có khả năng lưu

dữ liệu ảnh và dữ liệu chữ và số.

• Những model database thông dụng là

– hierarchical database = cơ sở dữ liệu thứ bậc

– network database = cơ sở dữ liệu mạng

– relational database = cơ sở dữ liệu quan hệ

Quá trình phát triển

của cấu trúc dữ liệu

CAD CAM Database

• Hierarchical database (1950-1975)

– Dữ liệu có cấu trúc cây

– Đỉnh của cây thường gọi là root = gốc, có thứ bậc cao nhất trong

CAD CAM Database

• Ưu điểm: Xử lý dữ liệu hiệu quả, cấu trúc

quen thuộc cho việc lập trình, đảm bảo dự đoán công việc vì biết trước tất cả đường dẫn.

• Nhược điểm: không mềm dẻo và dễ hiểu

như là cơ sở dữ liệu quan hệ.

• Mạng như rừng (tập hợp các cây Trees)

• Các kết nối là từ cha đến con: kiểu quan hệ

một tới nhiều người (One to many), không

có kiểu kết nối từ con đến cha.

Hierarchical database

Hierarchical databaseMột robot có một chân đế, trên chân đế có một tay dưới, trên tay dưới lại có một tay trên Cơ sở dữ liệu thứ bậc có dạng cây

18

• Giống như cấu trúc nhị phân

• Phạm vi kết nối tuỳ thuộc vào mối quan hệ Many - to many, many -

Sơ đồ cấu trúc dữ liệu

• Nền tảng lý thuyết không được chấp nhận rộng rãi

• Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ giúp vượt qua

được những vấn đề trên

Model cơ sở dữ liệu quan hệ

Lịch sử của model quan hệ

• Model đầu tiên do E F Codd đề nghị năm

1970, dựa trên khái niệm toán học quan hệ

• Hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ đầu tiên , hệ

thống R, là do IBM thực hiện

• Ứng dụng thương mại xuất hiện vào cuối

những năm 1970 và đầu những năm 1980.

• Ngày nay model quan hệ là nền tảng cho

phần lớn các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

Đặc điểm của model cơ sở dữ

liệu quan hệ

• Dữ liệu được lưu trong các bảng có mối

quan hệ với nhau, gọi là bảng quan hệ

• Dữ liệu có tính độc lập cao, nghĩa là chương

trình ứng dụng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi cách biểu diễn dữ liệu bên trong.

• Các quan hệ có thể được truy xuất tuần tự

hay ngẫu nhiên

• Đảm bảo các kỹ thuật giải quyết các vấn đề

liên quan đến ngôn ngữ, tính phù hợp và dư thừa

cộtbảng

Bậc

Eno = employee numberEname = employee namePno = project number

Các phép toán đại số dùng trong dữ liệu quan hệ

Nhược điểm của database quan hệ

• Không mô tả được thế giới thực

• Các bảng có cấu trúc quá tải về ngôn ngữ: do một

kiểu cấu trúc dùng để mô tả đủ loại thông tin (các

phần tử, các mối quan hệ, các đặc thù), một bảng

không thể đủ để diển tả dữ liệu và các quan hệ

• Được thiết kế cho dữ liệu đồng nhất: cho rằng tất cả

• Những cấu trúc dữ liệu phức tạp của ứng dụng không

phù hợp với dạng dữ liệu của hệ thống cơ sở dữ liệu.

Model cơ sở dữ liệu định hướng đối tượng (ODBMS)

Lịch sử phát triển

Ưu điểm của ODBMS

• Khả năng mô hình hoá phong phú

• Có tính mở rộng

• Loại trừ được sự không phù hợp

• Ngôn ngữ tham vấn đễ hiểu hơn

• Hỗ trợ sự di chuyển dài hơi

• Dễ ứng dụng cho các cơ sở dữ liệu nâng cao

• Tính thực thi tốt hơn

Nhược điểm của ODBMS

• Thiếu model dữ liệu vạn năng

• Thiếu kinh nghiệm

• Thiếu tiêu chuẩn

• Phức tạp

So sánh model định hướng đối tượng và model quan hệ

Class giống như Relation nhưng có thêm tính kế thừa

Object Instance giống như Tuple (hàng) nhưng có thể mang bất kỳ cấu trúc

dữ liệu nào hỗ trợ bở ngôn ngữ định hướng đối tượng như Java C++

Pre & Post relational Database

Thị trường của cơ sở dữ

liệu quan hệ là thống trị

Trong tương lai cơ sở dữ

liệu định hướng đối tượng

sẽ phát triển

Tóm lược

• Cấu trúc dữ liệu tập hợp các dữ liệu được sắp xếp theo một quy luất nhất định.

• Là phần mềm cho phép truy xuất để sử dụng và

biến đổi dữ liệu trong bộ nhớ database

• Có 4 dạng cơ sở dữ liệu thông dụng là

– Cơ sở dữ liệu thứ bậc

– Cơ sở dữ liệu mạng

– Cơ sở dữ liệu quan hệ

– Cơ sở dữ liệu định hướng đối tượng

• Các hệ thống CAD/CAM hiện tại chủ yếu sử dụng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ.

• Hiểu được nguyên tắc của việc tổ chức quản lý dữ

TIÊU CHUẨN ĐỒ

HỌA

SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ

TIÊU CHUẨN ĐỒ HOẠ

• Vào những năm đầu của đồ họa máy tính

(1963-1974), phần mềm đồ họa được thiết kế

phải phụ thuộc vào phần cứng được sử dụng Việc này gây khó khăn cho cả người dùng lẫn người bán

• Do đó cần thiết phải có các chuẩn đồ họa

Yêu cầu đối với các tiêu

chuẩn đồ hoạ

• .Dễ lưu động (portable): Có thể dùng cho nhiều loại màn hình (thí dụ viết cho màn hình DVST nhưng có thể dùng được với loại quét mành dẽ dàng).

• .Dữ liệu hình ảnh phải dễ lưu động Việc mô tả và lưu trữ hình ảnh phải không phụ thuộc màn hình.

• .Văn bản phải dễ lưu động Văn bản (text) phải không phụ thuộc phần cứng.

• .Cơ sở dữ liệu của đối tượng phải dễ chuyển

đổi Người dùng hệ thống CAD/CAM phải truyền được dữ liệu từ hệ thống CAD/CAM này sang một hệ thống CAD/CAM khác khi cần thiết.

• Với những nhu cầu trên, từ 1974, đã có những cố gắng trong việc tìm kiếm và xây dựng những tiêu chuẩn đồ hoạ.

Để phát triển các tiêu

chuẩn đồ họa đã có những

hoạt động sau

Graphic Standards Planning Comitee được thành lập năm 1974 bởi ACM – SIGGRAPH.

thành lập 1975 bởi DIN.

Methodology in Computer Graphics năm 1976

(GKS) được công bố năm 1982.

Một số tiêu chuẩn đồ họa

điển hình.

• 1.Tiêu chuẩn Siggraph CORE:

• Do Special Interest Group on Graphics (Siggraph) of the Association For Computing Machinary ( ACM) đưa ra năm 1977 và được sửa lại năm 1979, đảm bảo một hệ

thống lệnh chuẩn hóa.

• Điều khiển cấu trúc

• Hiển thị góc đồ họa

• Tùy theo phần cứng và ngôn ngữ

• Lúc đầu dùng để phát triển đồ họa 2D và 3D sau đó có thêm phần thao tác raster (digital).

2.Tiêu chuẩn GKS (Graphic Kernel

System)

• Đặc điểm của GKS: (Do DIN phát triển và

công nhận là chuẩn mực đồ họa của ANSI

và ISO).

• Device independente Không phụ thuộc thiết bị: Tiêu chuẩn không yêu cầu thiết bị xuất

nhập có gì đặc biệt.

• Text/ Annotation: Toàn bộ text/annotation là

viết bằng ngôn ngữ tự nhiên như tiếng Anh.

• Display management: Các chức năng quản lý màn hình, điều khiển chuột và các yếu tố

• GKS đề nghị 2 chương trình để xác định hình ảnh

do người dùng dựng nên:

• Các chương trình vẽ hình học cơ sở

(primitives),

• Các chương trình tạo đặc tính (attribute)

2.Tiêu chuẩn GKS (Graphic Kernel

System)

Các chức năng hình

học cơ sở

 Polyline: Để vẽ các đoạn thẳng

nối tiếp nhau

 Polymarker: Để vẽ một tập các

dấu hiệu hoặc hình thể

 Fill Area: Để vẽ Polygon và miền

bao kín

 Text: Để tạo các chữ

Các chức năng tạo

đặc tính

• Xác định sự thể hiện màu hoặc dạng

đường của hình ảnh

• Lớp hiện tại của GKS là một GKS - 3D

có thể đảm bảo một số chức năng

khác.

• Mặc dù sự phát triển của GKS bị ảnh

hưởng bởi hệ thống CORE, hai hệ thống này có những điểm khác nhau Hệ

thống CORE có một số vấn đề liên quan đến việc di chuyển chương trình Trên quan điểm công nghệ, hệ thống CORE bị lu

mờ bởi sự phát triển của GKS.

3 Tiêu chuẩn PHIGS

• (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics

Standard) (Tiêu chuẩn đồ họa tương tác có thứ bậc của người lập trình).

• Gồm các chức năng đồ họa 3D và di chuyển.

• Nó có thể kiểm soát động (dynamic) tính chất của vật thể nguyên thủy ở dạng được phân đoạn (Segment)

• Tiêu chuẩn PHIGS xác định một tập hợp các khái niệm logic độc lập đối với

thiết bị Các nhà lập trình ứng dụng có

4 GM solid:

– Do General Motors đề nghị để dùng máy tính trong việc thiết kế, phân tích và chế tạo các thành phần của ô tô và dụng cụ Các phương trình cơ bản gồm block, xilanh, cane và quadratic surfacs Phụ thuộc vào đặc điểm của GKS.

5 CGM - Computer Graphis

Metafile:

❘ Có nguồn gốc từ VDM (Virtual device

metafile): xác định các chức năng cần

thiết để mô tả hình ảnh Những mô tả này có thể lưu trữ và truyền từ thiết bị đồ họa này đến thiết bị khác VDM bây giờ được gọi là CGM (computer graphics

metafile)

6.VDI - Virtual Device

Interface :

– VDI được thiết kế để giao diện máy in với GKS hay PHICS Nó không thể giao diện được với những trạm thiết kế thông minh hoặc môi trường nối mạng VDI giờ được gọi là CGI (computer graphics interface)

❙ được công nhận là tiêu chuẩn Mỹ Y4.26M vào tháng 9-1981 Nó

7 IGES (initial graphics exchange

specification)

8 NAPLPS (North American

presentation-level protocol

syntax) • được công nhận là tiêu chuẩn

CANADA và ANSYS năm 1983 Nó mô tả text và hình ảnh dưới dạng trình tự các byte trong bộ mã ASCII.

• Việc hiểu biết các tiêu chuẩn

này có thể được dùng để phát

triển những hệ thống CAD/CAM

khác nhau.

TIÊU CHUẨN CHUYỂN ĐỔI

DỮ LIỆU

• Rất nhiều khi cần phải chuyển các bản vẽ được vẽ

trong một hệ thống này sang một hệ thống khác Thí dụ: từ CADKEY sang AutoCAD hay từ AutoCAD sang

ANSYS, v.v… Việc này yêu cầu phải viết các chương trình biên dịch giữa các phần mềm với nhau Thí dụ nếu có 5 hệ thống thì cần phải có 10 trình biên

dịch

• Để giải quyết vấn đề hóc búa này cần phải tạo

ra các neutral files (các file trung hòa) Các hồ sơ này có dạng chuẩn và vì thế các hệ thống CAD có thể có các chương trình tiền xử lý (Preprosessors) để

chuyển các bản vẽ của mình sang neutral file và có

• Biên dịch dữ liệu trực tiếp

Hê thống B

Hê thống E

• Sự cần thiết trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm

CAD dẫn đến nhiều tổ chức và nhóm tiêu chuẩn hóa trên thế giới phải tạo ra các tiêu chuẩn Sự phát triển các tiêu chuẩn này có 2 giai đoạn.

• Shape based format (tiêu chuẩn định

dạng dựa vào hình dạng sản phẩm)

• Product data based format (tiêu

chuẩn định dạng dựa trên dữ liệu sản phẩm)

ESP

BOING

CIIN

GE NEUTRAL DATABASE ICAMUSAF

IGES 1.0

ANSY Y14.26M IGES 2.0

PDDI

ISO STEP

1988

1996

Shape based format

• Các file chuyển đổi là các file trung hòa được

định dạng dựa trên hình dạng sản phẩm Chúng có thể dùng chung cho bất cứ phần mềm nào Thuộc loại này có

– IGES

– DXF

Tiêu chuẩn IGES

(Initial Graphics Exchange

Specification)

• Quá trình phát triển của IGES

– Ủy ban IGES được thành lập 1979 Cơ sở đầu tiên của IGES là CAD/CAM Integrated Information Network (CIIN) của hãng Boing – V 1.0 ra đời năm 1980 V.1.0 –Mechanical 2D và 3D drawings

• IGES cho phép chuyển dữ liệu từ 1 hệ thống CAD

này sang 1 hệ thống CAD khác

❙Phần mềm chuyển đổi dữ liệu từ một hệ thống CAD sang IGES gọi là

Preprocessor, còn phần mềm chuyển đổi

dữ liệu từ IGES sang một hệ thống CAD

khác gọi là Postprocessor Cũng như phần

Tiêu chuẩn IGES

(Initial Graphics Exchange

Specification)

Các đối tượng trong IGES

được chia làm 3 loại.

• a/ Hình học: Đường, đường cong, mặt v.v xác định

một đối tượng.

• b/ Ghi chú: (Annotation): Dimention, notes, title block.

• c/ Structure: Phương pháp mà hệ thống CAD dùng

để phối hợp các đối tượng khác nhau để mô tả

vật thể một cách dễ dàng hơn (block, cell, v.v trong CAD systems).

• Tiêu chuẩn IGES chủ yếu là một bảng liệt kê cấu

trúc và cú pháp của file trung hoà dưới dạng mã nhị phân ASCII Các bản ghi của IGES gồm có 80 cột trong đó 72 cột đầu chứa dữ liệu, 8 cột còn lại là số thứ tự của bản ghi và được dùng để định vị

các bộ phận.

1 Phần mở đầu: Chứa thông tin về đặc tính của hệ thống

gốc

2 Phần tổng quát: Gồm có 24 trường cần thiết cho việc

chuyển đổi file Các trường này ghi các đặc tính của đối

tượng cần chuyển đổi như tên file, tên người gửi, trên người nhận, tỉ lệ, đơn vị, giá trị toạ độ lớn nhất,…

3 Phần thư mục chứa các đối tượng: Là danh sách của

tất cả các đối tượng được xác định trong IGES file cùng với các đặc tính gắn liền với đối tượng như màu sắc, kiểu

đường, chiều dày nét vẽ, v.v.

4 Phần dữ liệu các tham số: chứa các đặc tính của đối

tượng như giá trị các tọa độ, ghi chú, số lượng điểm dữ liệu của đường spline,… Tham số đầu tiên là kiểu đối tượng, các

Một file IGES gồm có 5

phần

Nhược điểm của

IGES:

– Phức tạp và cồng kềnh

– Một file IGES lớn gấp 5 lần một file đồ họa tương đương.

– Một số đối tượng mà các ứng dụng CAD chuyển hay yêu cầu còn chưa thể được tạo nên.

– Vì IGES được xem xét lại thường xuyên,

nhiều nhược điểm có thể được giới hạn trong tương lai.

Tiêu chuẩn DXF (Data

CAD khác hỗ trợ file trung hoà này Nó được dùng rộng rãi giữa các hệ

Product data-based format

(Định dạng file trung hoà dựa

trên dữ liệu sản phẩm)

• Kinh nghiệm đạt được từ các tiêu chuẩn dựa

trên việc chuyển đổi dữ liệu shape và không shape cùng với sự cần thiết phải tự động hóa các chức năng CAD/CAM dẫn đến việc phát

triển các tiêu chuẩn chuyển đổi dựa trên dữ liệu thiết kế và chế tạo

 Tiêu chuẩn thứ nhất được phân tích là

Product Data Definition Interface (PDDI) của US

AIR FORCE.

 Ủy ban kỹ thuật của ISO có tên là TCI 84

(Industrial Automation Systems) đã đưa ra tiêu

chuẩn STEP (Standard For Transfer and Exchange

of Product Model Data) vào năm 1984

 Họ đã xem xét các tiêu chuẩn IGES, SET, PDDI, và VDAFS và gần nhất là PDES và CAD-1 Ủy ban có tên là TCI 84/SC4 Nhiệm vụ của họ là phát triển 3 tiêu chuẩn quốc tế:

 ISO 10303.

 PART - LIB (Product Data Representation and