（机械制造及其自动化专业论文）基于web的三维图形的研究.pdf

摘要 2 0 世纪末以来，随着以w e b 技术为代表的i n t e m e t 网络技术的迅猛发展，i n t e m e t 技术己深入到生活的许多方面。人们不仅通过它来浏览和发布信息，而且利用其 友好和统一的界面以及迅捷、高效的远程信息通讯来进行商务和企业信息管理。 本文首先对现在使用的i n t e m e t 、w w w 的结构和w e b 技术进行了简单的介绍， 并选择了b s 系统作为系统的框架结构。然后，在b s 结构模型中，采用j a v a 编程语 言、客户端j a v aa p p l e t 技术、服务器端j a v as e r v l e t 技术，开发客户端和服务器端小 程序，实现了网络的三维通讯机制。最后，对j a v a 3 d 建模语言进行应用，开发一 个基于网络的三维图形系统，实现了建模系统的点、线、面、体等的初步开发， 为下一步进行更深入的研究积累了经验。 本文从技术上证明了基于网络的三维图形系统的可行性，并利用以上技术设 计实现了基于网络的三维图形的原型系统，实现了基于网络的简单三维实体的建 模、交互式图形操作和服务器端演算等功能。 关键词：w e bb s 模式j a v a 3 d 三维图形 a b s t r a c t s i n c et h el a t e2 0 t hc e n t u r y ，t h ei n t e m e tt e c h n o l o g y - m a i n l yr e p r e s e n t e db yt h ew e b t e c h n o l o g y - h a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p e da n di t h a dp e n e t r a t e di nm a n ya s p e c t so f c o m m o nl i f e n o to n l yi tw a su t i l i z e dt ob r o w s ea n dp u b l i s hi n f o r m a t i o n ，b u ta l s oi t s f r i e n d l ya n du n i f o r mi n t e r f a c e ，a g i l ea n de f f i c i e n tr e m o t ec o m m u n i c a t i o nm e t h o d w e r e u s e df o rb u s i n e s sa n de n t e r p r i s ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t f i r s t l y ，t h i st h e s i sw i l ls i m p l yi n t r o d u c et h ec u r r e n t l y i n - u s et e c h n o l o g yo fi n t e r n e t ， t h es t r u c t u r eo fw o r l dw i d ew e ba n dt h ew e b ，i nw h i c hb ss y s t e mw a ss e l e c t e da st h e f r a m e w o r ko ft h ew e bs t r u c t u r e t h e n ，t h ea u t h o rw i l lu s ej a v a ，c l i e n t - s i d ej a v aa p p l e t a n ds e r v e r - s i d ej a v as e r v l e tt e c h n o l o g i e st od e v e l o ps m a l lp r o g r a m so nb o t ht h ec l i e n t a n ds e r v e rs i d ei nw h i c ht h e3dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo fn e t w o r kw i l lb e i m p l e m e n t e d a tl a s t ，a u t h o r w i l lu s ej a v a3 dm o d e ll a n g u a g et od e v e l o pa n e t w o r k b a s e d3 dg r a p h i cs y s t e mw h i c hw i l lc o m p l e t et h er o u g hd e v e l o p m e n to fd o t ， l i n ea n df a c ei nt h em o d e ls y s t e ma n da l s o 。a c c u m u l a t ee x p e r i e n c e sf o rd e e p e rr e s e a r c h t h eo t h e rt h i n g sm u s tb en o t et h a tt h ef e a s i b i l i t yo fn e t w o r k - b a s e d3 dg r a p h i c s y s t e mw i l lb et e c h n o l o g i c a l l yp r o v e d ，s ot h e nt h ep r o t o t y p eo f i tc a nb ep r e s e n t e dl a t e r b a s e do nt h e m ，t h en e t w o r k b a s e dm o d e l i n go fs i m p l e3 do b j e c t s ，i n t e r a c t i v eg r a p h i c o p e r a t i o na n ds e r v e r - s i d ec a l c u l a t i o n sw i l lb ea l s op r e s e n t e d k e yw o r d s ：w e b b sm o d ej a v a 3 dt h r e e d i m e n s i o n a lg r a p h i c s 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 不实之处，本人承担一切的法律责任。 日期掣尘! 苎 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期| 日j 论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公饰论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密卮遵守此规定) 本人签名：立墅兰蚕同期釜= 翌! 导师签名：归日期砂，弓 第一章绪论 第一章绪论 2 1 世纪是信息化的世纪。随着i n t e m e t 的发展，基于h t t p 协议和h t m l 标 准的w e b 应用呈几何数量级的增长，人们的生活在不知不觉中已经被网络悄悄的 改变了。在网络普及之前，我们购买图书要去书店，给亲人汇钱要去邮局或者银 行，而现在，一切都是这么便捷，你可以在网上购买图书、汇款、缴纳电话费， 你甚至可以为远在他乡的女朋友在网上订购一束玫瑰。各种各样的网上业务丰富 了我们的生活，节省了我们的时间，提高了我们的工作效率，改善了我们的生活 品质。既然网络对生活在信息时代的我们做出了如此巨大的贡献，那么让我们来 了解下什么是i n t e m e t 、w 曲和网络。 1 1i n t e m e t 的起源和发展 i n t e r n e t 最早起源于美国国防部高级研究计划局d a r p a ( d e f e n s ea d v a n c e d r e s e a r c hp r o j e c t s a g e n c y ) 的前身a r p a 建立的a r p a n e t 。1 9 6 8 年，a 刚) a 为a r p a n e t 网络项目立项，这个项目基于这样一种主导思想：网络必须能够经受住故障的考 验而维持j 下常工作，一旦发生战争，当网络的某一部分因遭受攻击而失去工作能 力时，网络的其它部分应当能够维持正常通信。最初，a r p a n e t 主要用于军事研 究目的，它主要的几大特点是：支持资源共享、采用分布式控制技术；采用分组 交换技术、使用通信控制处理机、采用分层的网络通信协议。 1 9 7 2 年，a r p a n e t 在首届计算机后台通信国际会议上与公众见面，并验证了 分组交换技术的可行性，由此，a r p a n e t 成为现代计算机网络诞生的标志。 a r p a n e t 在技术上的另一个重大贡献是t c p i p 协议簇的开发和使用。1 9 8 0 年， a r p a 投资把t c p i p 加进u n i x 的内核中，t c p i p 协议即成为u n i x 操作系统的 标准通信模块。1 9 8 2 年，i n t e m e t 由a r p a n e t ，m i l n e t 等几个计算机网络合并而 成，作为i n t e m e t 的早期骨干网，a r p a n e t 试验并奠定了i n t e m e t 存在和发展的基 础，较好的解决了异种机网络互联的一系列理论和技术问题。 w e b 服务，是目前i n t e r n e t 上最方便和最受欢迎的信息服务类型，它的出现是 i n t e m e t 发展中的一个革命性的罩程碑，在计算机技术方面掀起了强大的进步和变 革的风暴。 基于w e b 的三维图形的研究 1 2w e b 的起源及发展 1 9 9 0 年，w o r l dw i d ew e b ( 缩写为w w w ) 诞生于瑞士日内瓦的欧洲粒子物理 研究中心c e r n 。w o r l dw i d ew e b 是一种基于i n t e m e t 的跨越全球的超媒体网络系 统，它把分散在全世界各的服务器上的文本、图形、音频和视频等信息资源有机 的结合在一起，组成w e b 网页，通过超链接在i n t e m e t 上构成一个巨大的逻辑网 络，这也正是万维网( w o r l dw i d ew e b ) 一词的含义和由来。当你在w e b 上通过跳 转或超级链接从某一页跳到其它页面，这些页面可包括图像、动画、声音、3 d 世 界以及其它任何信息。页面文件可以放在i n t e m e t 上的任何一个地方，通过“超级 链接 将它们连在一起，形成巨大的网。一旦与w e b 连接，您就可以使用同样的 方式访问全球任何地方的信息，而不用支付额外的长距离连接费用或受其它条件 的制约。 在与w e b 连接的过程中，文件是通过哪些协议进行网络传输并如何实现的 呢? 接下来介绍的就是计算机网络。 1 3 1 层次的划分 1 3 计算机网络的体系结构 计算机网络一般来说有两种协议分别是o s i 协议矛i t c p i p ，其各有优缺点：o s i 的七层协议体系结构复杂而且不实用，但其概念清楚；t c p i p 的协议得到了全世 界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。我们一般在学习计算机网络 的原理时采取折中的办法，综合o s i 矛n t c p i p 的优点，采用另一种体系结构，它只 有五层，即应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层，这样处理既简明又 能将概念阐述清楚。 1 3 2t c p i p 的体系结构 由于i n t e m e t 已经得到了全世界的承认，因此i n t e m e t 使用的t c p i p 体系结构在 计算机网络领域中就占有特殊重要的地位心1 。在i n t e r n e t 所使用的各种协议中，最重 要的和最著名的就是两个协议，即传输控制协议t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和网际协议i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 。因此，现在人们经常提到的t c p i p 并不一定是指 t c p 禾i i p 这两个具体的协议，而往往是表示i n t e m e t 所使用的体系结构或是指整个的 t c p i p 协议簇。 第一章绪论 t c p d p 体系共有四个层次口1 。由于t c p i p 在设计时考虑到要与具体的物理传输 媒体无关，因此在t c p h p 的标准中并没有对数据链路层和物理层做出规定，而只 是将最低的一层取名为网络接口层。这样，如果不考虑没有多少内容的网络接口 层，那么t c p i p 体系实际上就只有三个层次：应用层、运输层和网际层。 t c p i p 的最高层是应用层。在最高层中有许多著名协议，如远程登录协 t e l n e t ，文件传送协议f t p ，简单邮件传送协议s m t p 等。再往下的一层是t c p i p 的运输层，它也叫做主机到主机层。这一层可使用两种不同的协议，一种是面向 连接的传输控制协议t c p 另一种是无连接的用户数据报协议u d p ( u s e rd a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) ，运输层传送的数据单位是报文( m e s s a g e ) 或数据流( s t r e a m ) 。报文也常称 为报文段( s e g m e n t ) 。 运输层下面是t c p i p 的网际层，其主要的协议就是无连接的网际协议i p 。网际 层传送的数据单位是分组( p a c k e t ) ，与网际协议i p 配合使用的还有三个协议，这就 是i n t e r n e t 控制报文协议i c m p ( i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 ) ，地址解析协议 a r p ( a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c 0 1 ) 和逆地址解析协议r a r p ( r e v e r sa d d r e s s r e s o l u t i o np r o t o c 0 1 ) 1 3 3o s i 的体系结构 o s i 参考模型中采用了7 个层次的体系结构，也就是将前面所讲的体系结构中 的应用层再划分为两个层次。这两个层次从上到下的名称是：应用层、表示层和 会话层；网络接口层划分成数据链路层和物理层。 会话层不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理，它在两个互相 通信的进程之间建立、组织和协调其交互。例如，确定通信是双工工作( 每一方同 时发送和接收) ，还是半双工工作( 一方交替发送和接收) 。 表示层主要解决用户信息的语法表示。表示层将欲交换的数据从适合于某一 用户的抽象语法( a b s t r a c ts y n t a x ) ，变换为适合于o s i 系统内部使用的传送语法 ( t r a n s f e rs y n t a x ) 。 应用层对应用进程进行了抽象，它只保留应用进程中与进程间交互有关的那 些部分。经过抽象后的应用进程就成为o s i 应用层中的应用实体( a p p l i c a t i o ne n t i t y ) 。 o s i 的应用层并不是要把各种应用进行标准化。应用层所标准化的是一些应用进程 经常使用的功能，以及实现这些功能所要使用的协议。 4 基于w e b 的三维图形的研究 1 3 4 两种体系之比较 表1 1t c p i p 与o s i 这两种体系结构的对比 o s i 协议t c p i p 协议 7 应用层应用层 6 表示层 各种应用层协议如 5 会话层( t e l n e t ，f t p ，s m t p ) 4 运输层运输层t c p ，u d p 3 网络层网际层i p 2 数据链路层网络接口层 1 物理层 应该注意的是，在一些问题的处理上，t c p i p 与o s i 是不同的【引。例如： ( 1 ) t c p i p 一开始就考虑到多种异构网( h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k ) 的互连问题，并 将网际协议i p 作为t c p f l p 的重要组成部分。但o s i 和t c p i p 最初只考虑到使用一种 标准的公用数据网将各种不同的系统互连在一起，后来，o s i 认识到了网际协议i p 的重要性，然而已经来不及了，只好在网络层中划分出一个子层来完成类似t c p i p 中i p 的作用。 ( 2 ) t c p i p 一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而o s i 在丌始时只强 调面向连接服务，一直到很晚o s i y j 开始制定无连接服务的有关标准。无连接服务 的数据报对于互连网中的数据传送以及分组话音通信( 即在分组交换网罩传送话音 信息) 都是十分方便的。 ( 3 ) t c p i p 有较好的网络管理功能，而o s i 到后来j 考虑该问题m 1 。 1 4 论文选题原因及论文结构总述 网络给予了我们如此便利，而且随着网络的发展，相关技术瓶颈逐步得到解 决。将网络技术与c a d c a m 、三维图形图像技术相融合，是图形图像技术发展的 重要方向。在介绍完i n t e r n e t 、w e b 以及网络的基础知识之后，接下来将在文章中 重点讨论w e b 即网络技术在三维图形图像中的研究。本文分为六章，具体各章内 容如下： 第一章对i n t e r n e t 、w e b 的发展起源发展以及计算机网络协议介绍，列出本文 的研究内容和大纲。 第二章对c s 、b s 模式的阐述，并对现行网络在c a d c a m 系统的应用和 第一章绪论 研究的情况进行简单介绍。 第三章j a v a 编程语言及其特点。 第四章介绍了基于w e b 应用系统的客户端、服务器端的各种软件开发技术， 新型网络上面向对象的语言j a v a 及j a v a 各种相关的应用技术如客户端的a p p l e t 小程序、服务器端的s e r v e l e t 小程序、和统一浏览器j a v a 运行环境的j a v a 插件。 研究了基于w e b 的三维图形系统系统数据通讯机制，实现了该系统客户端、服务 器端的软件开发。 第五章对基于w e b 的三维图形系统的建模技术进行了研究。全面介绍了新型 的三维建模语言j a v a 3 da p i ，在它的基础上开发了基于w e b 的三维图形系统的建 模子模块。 第六章研究了基于w e b 的三维图形系统的配置发布，给出了该系统的测试用 例。并总结全文的研究工作。展望了今后需要进一步完善和深化的工作。 第二章w e b 的技术发展以及网络c a d c a m 7 第二章w e b 的技术发展以及网络c a d c a m 2 1w e b 技术简介 随着计算机网络的普及和发展以及网络的不断壮大，计算机网络计算模式主 要经历了主机终端、客户机朋畏务器( c s ) 和基于w e b 的浏览器服务器( b s ) 模式几 个阶段。接下来的这一章我们将对这个过程做一个具体的介绍。 2 1 1 客户机服务器( c s ) 模式 在c s 模式下，每个用户都使用一台终端去访问中央主计算机( 主机) 。主机通 过分时轮流为每个终端用户服务。每个时刻，每个用户都感觉自己独占主机的全 部资源。主机通过分时操作系统来统一管理各个资源，调度各个用户和其他设备 进行工作，包括进程管理、储存管理、设备管理和文件管理等。这种模式的优点 是硬件软件维护工作在一台主机上进行( 这在早期看来比较简单) ，缺点是对用户数 量有限制，而且由于是集中管理，相互影响，主机上的任何错误都可能导致整个 系统的瘫痪。 随着计算机网络技术的成熟和应用普及，特别是局域网的发展、个人计算机 p c 机的出现，越来越多的用户和企业开始使用计算机管理一些事务。p c 机的资源 虽然没有大型、中型、甚至小型主机的资源丰富，但将多台p c 机联接成网，必然 会增加资源含量，每个用户都能在网络上来共享使用所有的资源，这样就导致了 c s 结构的出现。根据客p f j 艮务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构的概念，至少用两台计算 机来分别充当客户机和服务器的角色。一般客户端可以是p c 机或小型工作站等， 而服务器端的硬件一般比较高档，比如高档p c 服务器或s u n 专用服务器，操作系 统为w i n d o w sn t 或u n i x ，服务器提供的服务可以包括：文件服务、打印服务、数 据库服务、应用服务和代理服务等1 。 通常由客户端运行应用程序，服务器端运行服务程序，应用程序向服务程序 提出申请，服务程序分析该申请是否合理，来决定是返回数据信息还是禁止该次 请求，从数据库的角度来讲，对于一个应用系统，全局公共数据保存在服务器端， 各个客户端保存各自的私有数据，用户可以查询自己的数据，也可以查询全局数 据，这就是c s 分布模式。这种模式将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户 机完成与用户的交互砷1 ，c s 具有强壮的资料操纵和事务处理能力，以及信息的安 8 基于w e b 的三维图形的研究 全性和完整性约束，但随着企业应用需求的只益扩大，应用程序的复杂程度不断 提高，逐渐暴露出以下几点不足： ( 1 ) 维护复杂，升级麻烦：如果应用系统需要升级，必须到现场为每个客户机 升级，每个客户机上的应用程序都需要维护，而计算机型号、操作系统以及用户 接口风格不一使得维护升级及其繁杂，不利于推广使用。 ( 2 ) 开发成本较高：c s 结构对客户端软硬件要求较高，尤其是软件的不断升 级，对硬件要求的不断提高，增加了整个系统的成本，客户端同时也越来越臃肿n 0 。 ( 3 ) 移植困难：不同开发工具开发的应用程序，一般来说互不兼容，不能搬到 其它平台上运行。 ( 4 ) 新技术不能轻易应用：表现一个软件平台及开发工具一旦选定，就不易更 改。 2 1 2b r o w s e r s e r v e r 模式原理及结构 w e b 使用超文本传输协h t t p 以及超文本传输语言h t m l 传输和组织信息， 用h t m l 编写的文档称为w e b 网页，也叫w e b 文档。一组w e b 网页组成一个 w e b 点的信息内容，站点的第一个w e b 网页称为主页( h o m ep a g e ) 。w w w 采用 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式，当用户在w e b 浏览器上输入u r l ( u n i f o r l t lr e s o u r c e l o c a t o r ) ，即向w e b 服务器提出浏览w e b 网页的请求后，w e b 服务器响应请求并 将w e b 网页回传给浏览器。 随着i n t e r n e t 和w w w 的流行，以往的主机终端和c s 已无法满足当前的全 球网络丌放、互连、信息共享的新需求，于是就出现了b s 模式，即浏览器r l 侵务 器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式。它的最大特点是：用户可以通过w e b 浏览器去访问i n t e m e t 上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音等信息，这些信息都是由许许多 多的服务器提供产生的，而每个w e b 服务器又可以通过各种方式与数据库服务器 连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中1 。客户端除了w e b 浏览器外，一 般无须安装任何其它用户程序，只需从w e b 服务器上下载程序到本地来执行，在 下载的过程中若遇到与数据库有关的指令，则由w e b 服务器转交给数据库服务器 来解释执行，w e b 服务器将结果返回给用户。在这种结构下，许许多多的局域网 连接到一起，形成一个巨大的广域网，即全球网。 b s 模式是以w e b 为中心，采用t c p i p ，h t t p 传输协议，客户端通过b r o w s e r 访问w e b s e r v e r 以及与w e b 相连的后台数据库( d a t a b a s e ) 引，b s 模式由浏览器， 应用服务器( 通常为w e b 服务器) 、数据库服务器三层结构组成如图2 1 所示，为当 前世界最先进的网络体系结构，代表了全球应用软件技术发展的趋势。 第= 章w e b 的技术艇展咀及月络c a 叫c a m 三j 剖2ib r o w s e r s e r v e r 模式 一般来说，客户端( 即浏览器) 与w e b 服务器的通信主要由以下三部分组成： 请求：客户端利用h t t p 协议向w e b 服务器发送请求； 接收：w e b 服务器接收请求，验证客户端对请求信息的访问权限； 响应：w e b 服务器向客户端发送响麻消息( 如h t m l 文档1 。 而对应的w w w 结构可分为三层结构，分别是： 表示层；即w w w 浏览器。客户向由u r l 所定向的w e b 服务器提出服务申 请。w e b 服务器对用户身份进行验证后，用h 丁r p 协议把用户所需的信息回传给 用户，并在浏览器上显示。 应用层：具有c g i 、号用a p i 、s s i 等接口的w e b 服务器。w e b 服务器接收 用户请求后，首先必须执行某一种c g i ( s s i ，a p i ) 程序，与后端数据库相连接，对 用户请求进行处理，并将处理结果返回给w e b 服务器，再由服务器把结果返回给 客户端。 数据层：服务器的后端数据源。用于存储和处理客户所需和服务器所提供的 数据。 2 1 ，3b s 模式的优点 b s 模式具有如下几个优点： ( 1 1 使用简单：操纵简便，用户使用简单的浏览器软件，通过鼠标即町访问文 本，图像，卢音、等信息，适台非计算机专业人员使用。 f 2 1 易于维护：b s 模式本质上也是一种客户机服务器技术，但运用于大中型 企业时有其独特的便利。因为在c s 模式下，每种应用的主要部分集中在客户端， 仅仅是在众多的客户端安装和维护多种应用系统的多个版本，就叫人难以接受了。 里黯 葡呻 = 意 里鞯 1 0 基于w e b 的三维图形的研究 而利用i n t e m e t 技术，成千上万个用户只要通过浏览器这个统一接口，就可享受到 无限丰富、不断变化和发展着的信息服务，b s 模式原则上取消了所有在客户端的 安装维护，由于用户端无需专用的软件，当企业对系统进行升级时，只需对服务 器端的软件进行更新，减轻了系统升级维护的成本和工作量。 ( 3 ) 信息共享度高：b s 模式突破了传统的文件共享模式，它具有很高的信息 共享度。h t m l 是数据格式的一个开放标准，目前大多数流行的软件均支持h t m l ， 同时m i m e 技术使得b r o w s e r 可访问多种格式文件n 3 。 ( 4 ) 扩展性好：采用t c p i p ，h t t p 协议，使得b s 模式应用系统可以直接接入 i n t e m e t i n t r a n e t ，具有良好的扩展性引。 ( 5 ) 安全性好：防火墙技术将保证现代企业网络的安全性，结合w i n d o w s n t 与i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 的高度安全性，使用户在操作系统级别就达到了 w i n d o w sn t 的c 2 级系统安全。 ( 6 ) 技术平台稳定：在c s 时代，用户最苦恼的问题莫过于如何选择一个稳定 的平台，由于以前的技术基础不是网络，因此自然的发展出众多的互不兼容的技 术平台，每种技术平台，从用户应用稳定性要求来看都可以说是昙花一现，给用 户留了无奈与苦恼，只有进入网络计算机时代，由于上亿用户都连在网上，其技 术才获得了高度稳定性，它只能发展，不能被推翻，所有人们只能支持和遵循， 却不能控制。 2 2 网络在c a d c a m 中的应用及发展方向 2 2 1 网络在c a d c a m 中的应用 计算机技术和网络技术尤其是i n t e r n e t i n t r a n e t 的迅猛发展，使得制造业同益 向着高度自动化、智能化、集成化和网络化的方向发展。充分利用网络技术特别 是i n t e m e t i n t r a n e t 技术，实现制造资源的共享、支持跨地区、跨平台的全球制造， 是今后制造业的重要发展方向之一。在此有必要介绍一下网络技术在c a d c a m 中的应用。 c a d c a m 技术作为制造业保证竞争力的有力工具，在缩短产品上市周期、提 高质量、降低成本等方面发挥着重要作用。将网络技术与c a d c a m 技术相融合， 是c a d c a m 技术发展的重要方向。但由于传统的c a d c a m 系统运行、维护和 升级的丌销很大，造成了大量时间和资源的浪费，加之对异构环境适应性差，不 能充分利用i n t e m e t ，已逐渐不满足制造业的新要求。 现代企业需要更快的对技术革新、市场需求情况做出反应，异地设计、制造 第二章w e b 的技术发展以及网络c a d c a m 技术和并行设计、制造技术受到日益重视。这些技术的实施，需要有高效、快捷、 安全的网络c a d c a m 系统的支持。近几年以i n t e r n e t 技术为代表的网络技术发展迅 猛，相关技术瓶颈逐步得到解决，在这种大趋势下，c a d c a m 技术已经越来越和 网络技术联系在一起。 引入网络技术，将系统构建在i n t e m e t 之上是c a d c a m 技术的重要发展方向。 在产品设计的各个时期，让设计员和用户能够通过w e b 浏览器来浏览产品模型，是 这些系统提供的基本网络功能之一。而最常用的网络图形格式是虚拟现实建模 v r m l ( v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e ) 格式。v r m l 是描述网上三维物体和二 维的一种标准文件格式，它隐藏了t c p i p 及f t p 协议，使得在i n t e m e t 上传输图形变 得非常简单。同时，v r m l 文件比表示相同三维对象的其它文件格式小得多，非常 适合用来在网上传输产品模型。用户不需要安装任何c a d 系统，使用现有的w e b 浏览器或安装插件就可以浏览三维产品模型，在其中漫游，还可以通过嵌入的相 关链接访问产品信息、技术支持及演示等许多在线文档。目前，几乎所有大型 c a d c a m 系统都提供v r m l 相关的功能，对v r m l 的支持逐渐成为一种标准。对 于二维图形，也有专门为其开发的网络格式。l l , 女h a u t o d e s k 公司为其产品a u t o c a d 推出了与d w g 格式相对应用于的网络图形格式d w f ( d r a w i n gw e bf o r m a t ) ，一种 专门用于在网络上传输的高度压缩图形格式，d w f 文件由a u t o c a d 的d w f o u t 命 令输出，用d w f 浏览器进行浏览。 2 2 2 网络c a d c a m 的发展方向 在互联网时代，c a d c a m 技术的发展大致有以下三个方向： ( 1 ) 集成化 i n t e m e t 时代c a d c a m 技术的集成化主要体现在如下两方面：一是广义c a d 的集成，即c a d c a m c a e c a p p p d m e r p 等经过多种集成形式成为企业一体化 解决方案，推动企业信息化进程。目前创新设计能力( c a d ) 与现代企业管理能力 ( p d m ，e r p ) 的集成，已成为企业信息化的重点。其中，p d m 产品数据管理( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ) ，主要解决企业中与产品设计、制造有关信息的管理，并对这些 信息的产生、流动、存取过程进行控制。 e r p 企业资源计戈l j ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) ，主要用于统筹管理企业内部 所有部门的集成式信息。e r p 系统集信息技术与先进的管理思想于一身，它以系统 化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。目前，不同 的企业通常配备不同的商业化p d m 和e r p ，其相互间共享信息几乎不可能，这主 要是因为大多数供应商与生产商处于不同的国家或地区，它们之间主要是通过传 统方式进行信息交流的。因特网技术与w e b 技术的迅速发展为这种问题提供了解决 1 2基于w e b 的三维图形的研究 方案。 由于w e b 的标准性、易用性、无处不在性，采用基于w e b 的技术，利用h t m l 、 j a v a 、v r m l 、x m l 3 d 等技术可以有效实现c a d 与p d m ，e r p 之间的信息集成以 及c a d 基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。异构平台之间的 集成包括不同的硬件平台之间，不同的网络结构之间，不同的操作系统之间，不 同的应用之间的集成。基于网络的分布式计算技术是近年来进步很快的技术之一， 以分布式计算技术为基础，基本构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体 系结构。目前在异构平台之间集成的技术标准中，存在着两大阵营，一个是以o m g 组织为核心的c o r b a 标准，另一个是微软的基于d c o m 和a c t i v e x 技术。而j a v a 由 于其语言无关性及其具有的内在安全性等特点使它成为编写网络环境下的构件的 最佳选择。将分布式计算框架和j a v a 技术结合起来，将是构造网络信息系统的理想 模式。 ( 2 ) 智能化 智能设计( i n t e l l i g e n td e s i g n ) 和基于知识系统( k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ) 的工 程是出现在产品处理发展过程中的新趋势，核心就是“把信息变成知识，用知识 指导创新”。 工程设计知识库( t h ee n g i n e e r i n gd e s i g nk n o w l e d g er e p o s i t o r y ) 用束收集和存 储相关的几何，属性等工程数据，并自我学习，积累起一定的经验、规则，通过 知识提炼和分类，把工程、属性数据库与知识库紧密的结合起来，提高了搜索复 杂的几何图形和工程信息的计算方法。对于那些搜索大量以前留下来的数据以组 成新产品设计的工程人员来说，工程设计知识库意义尤为重大。有大约四分之三 的新产品设计活动可以重用以前的设计知识，所以知识库应该是基于w e b 共享的。 知识库的提供者( p r o v i d e r ) 和消费者( c o n s u m e r ) 都是在全球范围内分布在物理上离 散的地方。而w e b 是一个巨大的信息仓库，是知识库的素材来源，也是大量应用知 识库的途径。知识库可以通过三种途径来访问：通过标准的文件传输协议( f t p ) ， 通过超文本传输协议( h t t p ) ，以及通过代l 里( a g e n t ) 的访问。知识库应该提供良好 的学习工具( c o n t r i b u t et o o l s ) ，可以方便的从w e b 中得到新的设计数据和相关信息。 当前知识库的发展还处于初级阶段，是数据库在一定程度上的智能化及其与专家 系统的结合，今后将朝向知识化，几何、特征属性信息与知识的集成化方向发展。 ( 3 ) 协同化 支持协同设计及并行设计也是c a d c a m 系统的共同发展方向之一。全球化竞 争迫切要求企业快速有效的生产高质量、低价格的产品，但现代制造企业往往分 散于不同地域，产品的设计开发需要各地的工程师密切合作。为适应这种分布式 设计制造模式，c a d c a m 系统应当提供基于网络的解决方案，使得身处不同地理 位置的工程师可以通过i n t e r n e t i n t r a n e t 实时观察和操作同一产品模型，进行并行设 第二章w e b 的技术发展以及网络c a d c a m 计，从而大大加快产品开发速度，缩短新产品的开发周期。基于w e b 的并行工程是 指在物理上分布在不同地点的部门之间的协作，涉及到分布式的数据库的管理和 大量数据传输。每个节点可以通过w e b 了解到最新的设计，生产相关数据。三维数 据在w e b 上通过v r m l x m l 等协议进行传输，其传输的是特征信息，而不是三维 模型的实体信息数据，特征数据将在客户端被重新解释还原成三维实体模型。 随着i n t e m e t 的飞速发展，网络带宽的提高，多媒体数据的实时传输，提供的 服务越来越多样，这一切使网络会议和虚拟现实等技术可以真正的应用于生产过 程，构造一个基于w e b 的设计制造平台，满足并行工程、敏捷制造的要求，并解决 三维数据在w e b 上的传输和访问、修改等不同级别的共享6 。 第三章j a v a 编程语言 第三章, j a v a 编程语言 3 1 网络环境下应用程序的开发工具：j a v a 编程语言 j a v a 是s u n 公司推出的新一代面向对象程序设计语言，特别适于i n t e m e t 应用程 序开发，它与平台无关，这表现在以下几个方面： ( 1 ) 计算机产业的许多大公司购买了j a v a 许可证，包括i b m ，a p p l e ，n e c ， a d o b e ，s i l i c o ng r a p h i c s ，h p ，o r a c l e 以及最不情愿的m i c r o s o f t 。这说明j a v a 已经 得到了业界的认可。 ( 2 ) 众多的软件开发商开始支持j a v a 。例女n l n p r i s e 公司的j b u i l d e r ，s u n 公司自 己的j a v a 开发环境j d k 与j r e ，我国台湾的j a v a 开发环境e c l i p s e ，还有o r a c l e 公司等 均已支持h t m l 和j a v a 。 ( 3 ) i n t r a n e t 正在成为企业信息系统最佳的解决方案，而其中j a v a 将发挥不可替 代的作用。i n t r a n e t 的目的是将i n t e m e t 用于企业内部的信息系统，它的优点是便宜、 易于使用和管理。用户不管使用何种类型的机器和操作系统，界面是统一的i n t e m e t 浏览器，而数据库、w e b 页面、a p p l e t 、s e r v l e t 、j s p 贝j j 存储在w e b 艮务器上，无论 是开发人员还是管理人员，抑或是用户都可以受益于该解决方案n “。 j a v a 是一种简单的、面向对象的、分布式、解释型的、健壮、安全、具有跨平 台、可移植的、高性能的、多线程、动态的程序设计语言n 。 ( 1 ) 简单 j a v a 最初是为对家用电器进行集成控制而设计的一种语言，因此它必须简单明 了。j a v a 语言的简单性主要体现在以下三个方面：一是j a v a 的风格类似于c + + ，从 某种意义上讲，j a v a 语言是c 及c + + 语言的一个变种，因此，c + + 程序员可以很快 掌握j a v a 编程技术。二是j a v a 摒弃了c + + 中容易引发程序错误的地方，如指针和内 存管理。三是j a v a 提供了丰富的类库。 ( 2 ) 面向对象 面向对象其实是现实世界模型的自然延伸。现实世界中任何实体都可以看作 是对象。对象之间通过消息相互作用。另外，现实世界中任何实体都可归属于某 类事物，任何对象都是某一类事物的实例。如果说传统的过程式编程语言是以过 程为中心以算法为驱动的话，面向对象的编程语言则是以对象为中心以消息为驱 动。 用公式表示，过程式编程语言为：程序= 算法+ 数据； 1 6基于w e b 的三维图形的研究 面向对象编程语言为：程序= 对象+ 消息。 所有面向对象编程语言都支持三个概念：封装、多态性和继承，j a v a 也不例 外。现实世界中的对象均有属性和行为，映射到计算机程序上，属性则表示对象 的数据，行为表示对象的方法( 其作用是处理数据或同外界交互) 。所谓封装，就是 用一个自主式框架把对象的数据和方法联在一起形成一个整体。可以说，对象是 支持封装的手段，是封装的基本单位。j a v a 语言的封装性较强，因为j a v a 无全程 变量，无主函数，在j a v a 中绝大部分成员是对象，只有简单的数字类型、字符类 型和布尔类型除外。而对于这些类型，j a v a 也提供了相应的对象类型以便与其他 对象交互操作。多态性就是多种表现形式，具体来说，可以用一个对外接1 3 ，多 个内在实现方法表示。 例如，计算机中的堆栈可以存储各种格式的数据，包括整型，浮点或字符。 不管存储的是何种数据，堆栈的算法实现是一样的。针对不同的数据类型，编程 人员不必手工选择，只需使用统一接口名，系统可自动选择。运算符重载( o p