计算机屏幕绘图及程序覆盖技术在CARD中的应用

0I:10.13374/i.issm1001-053x.1992.04.020 第14卷第4期 北京科技大学学报 Vol.14 No.4 1992年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju1y1992 计算机屏幕绘图及程序覆盖技术 在CARD中的应用 孙超”杨觉先”鹿守理 摘要：论述了在CARD系统中，如何在屏暮上显示孔型与轧件的重选图。在显示时一 些否要特别注意的问题，如何实现程序盖技术以及带来的好处也进行了甘论。 关键词：CARD,屏幕图形显示，程序覆盖 Application of Screen Graphics Displaying and Programming Overlay Technology in CARD Sun Chao·Yang Juexian·Lu Shouli" ABSTRACT:This paper discusses how to display the overlapping graph of the shape of the stock section and the pass on the screen,how to solve some par- ticular questions when display the graph on the screen,how to realize the programming overlay and their adventages. KEY WORDS:CARD,screen graphics displaying,programming overlay 图形显示是计算机的一种输出形式，它比文字和数据信息输出具有更大的优越性。一幅 画能容纳大量的信息，并且其中的许多信息，用文字和数据表示较为困难，甚至是无法表示 的。因此在设计孔型时，常常利用图形的特殊作用，通过绘制轧件和孔型的重迭图来判断轧 1991-09-25收稿 ·金凤压力加工系(Department of Metal Forming) 419

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ， 计算机屏幕绘图及程序覆盖技术 在 中的应用 孙 超 ’ 杨觉先 ‘ 鹿 守理 ’ 摘 要 论 述了在 系统 中 ， 如何在屏幕上显示孔型 与轧件的 重迭 图 。 在显 示时一 些 需要特别注意的问题 ， 如 何实现程序覆盖技 术以及带来的好处 也进行 了讨论 。 关健 饲 ， 屏幕 图形显示 ， 程序 搜盖 ， 了 “ ‘ ， ， 。 ， ， 图形显示是计算机 的一种输 出形式 ， 它比文字和数据信息输 出具有更大的优越性 。 一幅 画 能容纳大量的信息 ， 并且 其中的 许多信息 ， 用文字和数据表示较为 困难 ， 甚至是无法表示 的 。 因此在设计孔型时 ， 常常利用图形的特殊作用 ， 通过 绘制轧件和 孔型的重迭 图来判断轧 ， 一 一 收稿 ， 金属压 力加工 系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．04．020

件的咬人，在孔型中的充填和稳定性等情况。在我们开发的角钢孔型计算轧辅助设计系统中， 尝试了用屏幕图形显示的方法，在屏幕上直接显示轧件与孔型的重迭图这种方法和手工或者 用绘图仪绘重迭图的方法比较，具有更突出的优点。所以在开发角钢CARD系统时，采用了 程序覆盖技术，显著地节省了内存，使得代码量很大的程序在微机上运行成为可能。 1屏幕图形显示的优点 在屏幕上显示轧件和孔型的重迭图，与手工或绘图仪绘制重迭图相比，前者具有更突出 的优点：(1)“在线性”强，真正做到了交互式优化设计：(2)具有更强的灵活性，轧件的 位置可移动，孔型轮廓可张开或闭合，图形可放大缩小，可方便地观察到轧件的咬入、孔型 中的充填及稳定性等情况，这在纸上绘重迭图时，是很难做到的；(3)速度更快。 虽然有的CARD系统，在用Auto CAD等软件绘制孔型图时，也能在屏幕上显示图形，但 那已属于设计完毕的“成品”，而无法在设计出每一个孔型后就显示其图形。因此，用户不 能在设计过程中就及时地利用重叠图来评价分析所设计出的孔型，随时进行必要的修改，使 之更加完善，只能在设计完全套孔型后，才能用重迭图分析评价。如果对某个孔型不满意， 要对某些参数进行修改，那么还得重新设计，费时费事。本文在研制的角钢CARD系统中， 开发了屏幕图形程序，可在每一道孔型设计出后，立刻得到进入该孔的轧件和该孔轮廓线的 重迭图，用户可以通过键盘，修改想要修改的参数，并立即以修改后的图形响应。这样就可 以看到修改后的效果。例如设计出某孔后，其重迭图如图1所示，从中可以看出可能出现过 充满，必须进行适当修改。修改后的情况可立即在屏幕上显示出来，如图2所示。 图1重迭图反映出孔型将产生过充满的情况 图2重迭图反映出修改孔型后的效果 Fig.1 The overlapping graph of Fig.2 The overlapping graph after over filling pass modify 2屏幕图形显示的实现 在屏幕上绘图，需要解决有关硬件设备及支持软件问题。屏幕图形显示首先需要图形显 示器。随着计算机技术的发展，硬件设备的价格以每5年降低1/2至1/3。个人微机，特别是国 产的个人微机为了显示汉字的需要，都具有强大的图形显示功能。一般PC机都配有彩色图 形显示器，并且其分辨率越来越高，因而这个问题并不稚解决。其次为了使显示器工作， 420

件的咬 人 ， 在孔型 中的充填和稳定性等情况 。 在我们开发 的角钢孔型计算轧辅 助设计系统 中 ， 尝试 了用屏幕图 形显示的方法 ， 在屏幕上直接显示轧件 与孔型 的重迭 图 。 这 种方法和 手工或者 用 绘图仪绘重迭图 的方法 比较 ， 具有更突 出的优点 。 所以在开发 角钢 系统 时 ， 采 用 了 程序覆盖技术 ， 显著地节省 了内存 ， 使得代码 量很 大的程 序在微机 上运行成为 可能 。 屏幕图形显示的优点 在屏幕上显示轧件和孔型 的重迭 图 ， 与手工或绘图仪 绘制重迭图相 比 ， 前者具 有更突 出 的优点 “ 在线性 ” 强 ， 真正做 到 了交互式优 化设计 具 有更强 的灵 活性 ， 轧件的 位置可移动 ， 孔 型轮廓可张开或闭 合 ， 图形可放大缩小 ， 可方便地观察到轧件的咬 入 、 孔 型 中的充填及稳定性 等情况 ， 这 在纸 上绘重迭图时 ， 是很难做 到的 速度 更快 。 虽然 有的 系统 ， 在 用 等软件 绘制孔型图时 ， 也能在屏幕上显示图形 ， 但 那已属 于设 计完毕的 “ 成 品 ” ， 而 无法在设计 出每一个孔型后就显示 其图形 。 因此 ， 用户不 能在设计过程 中就及 时地利 用重叠图来评 价分析所设计出的孔型 ， 随 时进行必 要的修改 ， 使 之更加完善 ， 只 能在设 计完全套孔 型后 ， 才 能 用重迭图分析评价 。 如果对某个孔型不满意 ， 要对某些参数进行修改 ， 那么还得重 新设计 ， 费时 费事 。 本文 在研制的角钢 系统 中 ， 开 发 了屏幕图形程序 ， 可在每一道孔型设计 出后 ， 立 刻得到进 入该孔 的轧件和 该孔轮廓线的 重迭图 ， 用户 可以通过键盘 ， 修改想要修改 的参数 ， 并立即 以修改后的图形响应 。 这样就可 以看到修改后的效 果 。 例如设计出某孔后 ， 其重迭图如图 所示 ， 从 中可以看 出可能 出现过 充 满 ， 必须进行 适当修改 。 修改后 的情况 可立即在 屏 幕上显示 出来 ， 如 图 所示 。 图 重迭 图反 映出孔型 将 产生过 充满 的情况 图 重 迭 图反 映出修改 孔型后的效果 屏幕图形显示的 实现 在 屏幕 上绘图 ， 需要解决有关硬件 设备及 支持 软件问题 。 屏幕图形显示首先需要图形显 示 器 。 随着计算机技术 的发展 ， 硬件设备的价格 以每 年降 低 至 。 个人 微机 ， 特别是国 产 的个人 微机 为 了显示汉字的需要 ， 都具有强 大的图形显示功 能 。 一般 机都配 有彩 色 图 形显示 器 ， 并且 其分辨率越来越 高 ， 因而这个问题并不难解决 。 其次为 了使显 示 器 工 作

PC机上还要安装视频适配器（显示卡）。现有多种显示卡，有的能满足只显示文字的基本需要， 如单色显示适配器(Monochrome Display Adapter,MDA),也有的能显示图形，如彩色 图形适配器(Color Graphics Adapter,CGA)、增强图形适配器(Enhanced Graphics Adapter,EGA)及视频图形阵列(Video Graphics Array,VGA)等等。每种适配器都 能在不同的模式下操作。模式决定屏幕显示类型及分辨率。所有这些涉及众多的硬件设备， 在编写应用程序时，一般的高级语言无法支持。因此本文在实现角钢CARD软件系统时，选 用了C语言。选用的TURBO C具有功能强大的图形库，支持多种显示卡。其库函数包括从 高级调用（如设置视频窗口，画三维条形图），到面向位的函数（如画一点，取得一点信息 等)，它使得在屏幕上绘图变得透明，而不必再花过多的精力去注意硬件设备(2)。但在设 计屏幕图形时，还得解决几个问题： (1)纵横比不管何种图形显示模式(VGA支持的640mm×480mm除外)，都存在一 个图形纵横比的问题，即一般情况下图素的高度大于图素的宽度。因此，如不作特别处理， 那么画出来的圆将成为椭圆，正方形将成为矩形，并且不同的显示模式，其纵横比是不同 的，所以在这种模式下画的图在另一种模式下可能变得太窄或太宽。因为这个原因，在画重 迭图时，我们对每一条线都作了适当的处理，使得图形在不同的模式下都有正确的形状。具 体做法是，根据初始化屏幕的结果，求出此种显示模式下的纵横比，然后对图形的每个关键 点的纵坐标，都除以这个纵横比，使得相同大小的横坐标和纵坐标，相对于坐标轴的距离都 一样，这样就可避免图形的变形。 (2)图形变换当画出了重迭图后，孔型设计者可能还需要适当地移动轧件图形的位 置，或者张开、闭合孔型，以观察咬入时轧件和孔型的接触情况，判断是否能咬入，咬入后 是否稳定等，所以存在图形变换问题。轧件移动属于平移，较为简单，其变换方法为： (x′=g+b y=y+h 式中： ',y'一新坐标： ￥，y一原坐标； b,h一×方向，y方向的移动距 离。 严格地说，要观察咬入时轧件与孔型的接 触情况，理应显示出通过轧件与轧辊第1个接 图3轧辊与轧件刚接触瞬闻的情况 触点的垂直截面上的孔型轮廓，而要把出口垂 Fig.3 The overlapping graph of the_wink 直平面上的孔型变换为该垂直截面上的孔型轮 when the stock contact the roll 廓。这是一个三维空间的图形变换问题。考虑到咬人角一般并不很大，故采用了平移图形变 换代替三维空间图形变换的近似处理，即用平移的方法，靠张开或闭合孔型以估计咬入时的 接触情况。图3所示的轧辊与轧件刚接触瞬间的情况，就是采用平移图形法获得的。 (3)和CCDOS兼容问题现有的CCDOS由于显示点阵汉字及输人汉字的需要，都有自 己的显示器及键盘驱动程序，这些驱动程序大多与ANSI所规定的标准有一些出人，不完全 兼容。采用中科院希望电脑公司UCDOS,它支持3种显示卡(EGA,Color400,VGA), 它和ANSI标准有更好的兼容性，这样CARD软件在汉字环境下就能运用自如了。 421

机 上还要安装视频适配 器 显示卡 。 现有多种显示卡 ， 有的能满足只 显示文字的基本需要 ， 如 单色显示适配 器 ， ， 也 有的能显示图 形 ， 如彩 色 图形适配 器 ， 、 增强 图形 适 配 器 ， 及视频 图形阵列 ， 等等 。 每种适配 器都 能 在不 同的模式下操作 。 模式决定 屏幕显示类型及分辨率 。 所有这些 涉及众多的硬件 设备 ， 在编写应 用程序 时 ， 一般 的高级语言无 法支持 。 因此 本文 在实现角钢 软件系统时 ， 选 用 了 语 言 。 选 用 的 具 有功 能强 大的图形库 ， 支持多 种显 示 卡 。 其库函数包 括 从 高级调用 如 设置视频 窗口 ， 画 三维条形图 ， 到 面向位的函数 如 画一点 ， 取得一点信息 等 ， 它使得在屏 幕上绘图变 得透明 ， 而不必再花过多的精力去 注 意硬件设备 〔 ’ 。 但 在 设 计屏幕图形时 ， 还得解决 几个问题 纵横比 不管何 种图 形显示模式 支持 的 招。 除外 ， 都存 在 一 个 图形纵横比的问题 ， 即一般情况下图素的高度大于图素的宽度 。 因此 ， 如不作特别 处理 ， 那么 画 出来 的圆将成为椭圆 ， 正方形将成为矩 形 ， 并且不同的显示模式 ， 其纵横 比 是 不 同 的 ， 所以 在这种模式下 画的图在另一种模式下 可能变得太窄或太 宽 。 因为这个原因 ， 在画重 迭图时 ， 我 们对每一条线都作 了适当的处理 ， 使得图形在不同的模式下都有正确 的形状 。 具 体做 法是 ， 根据初始化屏幕的结果 ， 求 出此种显示模式下的纵横 比 ， 然后对图形的每个 关键 点的纵坐标 ， 都除以这个纵横比 ， 使得相同大小的横坐标和纵坐标 ， 相对于坐标轴的距离都 一样 ， 这样就可避免图形的变形 。 图形变换 当 画 出了重迭图后 ， 孔型设计者可能还需要适当地移动轧件 图 形 的 位 置 ， 或者张开 、 闭 合孔型 ， 以观 察咬 人时轧件和孔型的接触情况 ， 判 断是否能咬 入 ， 咬 入后 是否稳定等 ， 所以存在图形变换 问题 。 轧件移动属 于平移 ， 较为简单 ， 其变换方法为 劣 ， 二 劣 夕 尹 二 式 中 丫 ， ’ －新坐标 ‘ －原坐标 ， 几－ 劣 方向 ， 方向的 移 动 距 离 。 严格地说 ， 要观察咬 入时轧件与孔型 的接 触情况 ， 理应显示 出通过轧件与轧辊第 个接 触点的垂直 截面上的孔型 轮 廓 ， 而要把 出 口垂 直平 面上的 孔型变换 为该垂直截面上的孔型轮 厂 翁瓤鑫攀 夕下 一 嗯幕羹鑫 寸 、 图 轧辊与轧件刚接触瞬间的情祝 ， 廓 。 这 是一个三维空 间的图形变换问题 。 考虑 到咬入角一般并不很 大 ， 故采 用 了平移图形变 换代替三维空 间图形变换的近似处理 ， 即 用平移的方法 ， 靠张开 或闭合孔型以估计咬 入时的 接触情况 。 图 所示的轧辊 与轧件刚接触 瞬间的情况 ， 就是采 用 平移图形法获得的 。 和 兼容 问题 现有的 由于显示点阵汉字及输 入汉字 的需要 ， 都有 自 己 的显示器及键盘驱动程序 ， 这些驱动程序大多 与 所规定 的标 准有一些 出人 ， 不 完 全 兼容 。 采 用 中科 院希望电脑公司 ， 它支持 种显示卡 ， 。 ， ， 它和 标准有更好 的兼容性 ， 这样 软件在汉字环境下就能运用 自如 了

了程序覆盖的优点及实现方法 在开发的角钢CARD软件系统中有源代码230K,执行代码519K。如此庞大的软件在使用 DOS的PC机上运行，首先碰到的一个问题是内存不足问题。现今的DOS操作系统提供给用 户的内存最大是640K,所以即使机器有640K以.上的内存，DOS操作系统也无法提供给一般 的应用程序。在640K内存的机器上装入汉字操作系统后，所剩空间无几，如果要想使用本软 件，将出现内存不够的现象。为了解决这个问题，故采用了程序覆盖技术，借助这一技术在 高级语言源程序这一级来实现，这样可以节省大量的存贮空间。具体做法是：利用DOS提供 的EXEC功能，它允许一个程序（称父进程），从存贮设备中装入另一个程序（子进程），并 执行它。其执行过程可简述为：父进程在调用EXEC之后，首先释放多余内存，然后装入子 进程，并覆盖掉自己的模块，将控制交给子进程，这样子进程就可以执行。执行完毕后，子 进程可将控制交还给父进程，也可由子进程再调用EXEC功能，装入并运行一个子子进程〔3)。 再将本软件系统按各个不同功能划分为若干个模块，当这一模块执行完毕，根据用户的选 择，该模块再调用下一模块，而覆盖掉自己所占的内存空间，这样大大节省了内存。我们 开发的这个软件共有7个模块，其中最大的模块是孔型设计，它需占内存160K,所以只要 计算机内存有160K的空间，就可以运行本软件，节省内存近70%。 4结论 (1)开发的角钢CARD软件系统，成功地用自己开发的屏幕图形库，在屏幕上显示了孔 型与轧件的重迭图。它比用手工和绘图仪画重迭图的方法，速度更快，“在线性”更好，能 更加方便灵活地观察到轧件的咬人、在孔型中的充填、稳定性等情况。克服了用Auto CAD 只能输出最后的设计结果，而无法显示中间结果的缺点。它可推广应用到各种CARD软件系 统中。 (2)本软件系统的执行代码共516K字节，采用程序覆盖技术后，节省内存近70%，使 得本软件能在PC系列机上运行。今后的CARD系统随着功能的日益完善，软件系统也将日益 增大，采用程序覆盖技术，是解决内存短缺的较好方法。 参考文献 1孙超。角钢CARD及横列式轧机工作图表优化软件的研制，北京科技大学硕士论 文，1990.12 2林学焦等译。TURB0C2,0用户手册。中科院希望电脑公司，1990.1 3 Steveu Armbrust,舒志勇等译，DOS/BIOS使用详解。北京：电子工业出版社， 1989:4 422

程序覆盖的优点及实现方法 在开发 的角钢 软件系统 中有源代码 ，执行代码 。 如此庞 大的软件在 使 用 的 机 上运 行 ， 首先碰到 的一个问题是内存不足问题 。 现今 的 操作 系统提 供给 用 户 的 内存最 大是 ， 所以 即使机器 有 以上的 内存 ， 操 作系统 也无法提供给一般 的应用程序 。 在 内存的机器上装入汉字操作系统后 ， 所剩空间无 几 ， 如果要想 使 用本软 件 ， 将 出现 内存不够的现象 。 为 了解决这 个问题 ， 故采用 了程序覆盖技术 ， 借助这 一技术在 高级语 言源程序这 一级来 实 现 ， 这样可以节省大量的存贮空 间 。 具体做法是 利 用 提供 的 功 能 ， 它 允许一个程序 称 父进程 ， 从存贮设备中装入另一个程序 子进程 ，并 执 行它 。 其执行过程 可简述 为 父进程在调用 之后 ， 首先释放 多余内存 ， 然后装 入子 进 程 ， 并覆盖掉 自己的模块 ， 将控制交给子进程 ， 这 样子进程就可以执行 。 执行完毕后 ， 子 进程 可将控制交还给父进程 ， 也可由子进程再 调用 功能 ， 装人并运行一个子子进程 〔 “ ’ 。 再将本软件系统按各个不 同功能划分为若干个模块 ， 当这一模块执行完毕 ， 根据 用 户 的 选 择 ， 该模块再 调用 下一模块 ， 而覆盖掉 自己所 占的内存空间 ， 这样大大节省 了 内 存 。 我 们 开发 的这 个软件 共有 个模块 ， 其中最大的模块 是孔型设计 ， 它需 占内存 ， 所以只 要 计算机 内存有 的空间 ， 就可以运行 本软件 ， 节省内存 近 。 结 论 开发 的角钢 软件系统 ， 成功地用 自己开发 的屏幕图形库 ， 在屏幕上显示 了孔 型 与轧 件的重迭图 。 它 比用手工和 绘图仪 画重 迭图 的方法 ， 速度更快 ， “ 在线性 ” 更好 ， 能 更加方便灵 活地观察到 轧件的咬 人 、 在孔型 中的充填 、 稳定性 等情况 。 克服 了用 只 能输 出最后的设计结果 ， 而无 法显示 中间结果的缺点 。 它可推广应用到各种 软 件系 统 中 。 本软件 系 统的执 行代码共 字节 ， 采 用程序覆盖技术后 ， 节省 内 存 近 ， 使 得 本软件能在 系列机上运行 。 今后 的 系统随着功能 的 日益完善 ， 软件系统 也将 日益 增大 ， 采 用 程序覆 盖技术 ， 是解决 内存 短缺 的较好方法 。 参 考 文 献 孙 超 角钢 及横列式轧 机 工作图 表优化软件 的研制 ， 北京 科 技大学硕士 论 文 ， 。 林 学焦 等译 。 用 户 手册 。 中科 院希望电脑公 司 ， 。 舒志勇等译 使 用 详解 。 北京 电子工业 出 版 社