（机械制造及其自动化专业论文）因特网上虚拟现实系统的设计研究.pdf

两北r 业人学倾i 。学位论义 摘蛰 摘要 在大规模定制设计过程中，企业及设计师与客户群之间怎样高效、便捷的 进行基于产品设计的交流是一个亟待解决的问题，也是阻碍大规模定制设计产 业化的关键点。近几年来，互联网的f 1 益普及，网络虚拟现实技术的发展以及 计算机辅助工业设计技术的进步，为地域上分散的企业与用户之问的信息交流 丌辟了一条新的途径。定制设计也有望借助这些技术突破上述难点，从而走向 实用化和规模化。 本文论题基于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) a 类项目“面向信 息家电的三维数字化定制设计关键技术研究”，提出并完成了基于w e b 的产品 三维浏览交互系统。主要内容包括：制定了系统所需网络三维显示交互技术的 选择原则；提出了一套应用当前成熟技术的网上产品三维浏览解决方案：采用 面向对象思想及其软件开发技术，丌发了原型系统。 实践证明，本文所阐述的理论、方法框架及原型系统是可行的，为将来的 研发工作奠定了基础。 关键词：网络虚拟现实面向对象技术w e b 3 d 技术 j s p s e r v l e t s c u l t 3 d u l m 建模 捌j r 蓝天攀馥i j 掌链谂空 a b s t r a c t a b s t r a c t d u r i n gt h ep h a s eo fm a s sc u s t o m i z a t i o nd e s i g np r o c e s s , h o w 协e f f i c i e n t l y c o m m u n i c a t eb a s e do n p r o d u c t sd e s i g nb e t w e e nd e s i g n e r sa n d m a s so fc l i e n t si sa n i m p e r a t i v ep r o b l e m ，w h i c hs e r i o u s l y b l o c k st h el n d u s t r i a l i z a t i o n o fm a s s c u s t o m i z a t i o nd e s i g n t ar e g e n ty e a r s , i n c r e a s i n gp o p u l a r i z a t i o no fi n t e r a c ta n d r e m a r k a b l ep r o g r e s si nw e bv i r t u a lr e a l i t ya n dc o m p u t e ra i d e di n d u s t r i a ld e s i g n h a v ec r e a t e dan e ww a y 酗r e a l i z ei n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e ne n t e r p r i s e sa n d c u s t o m e r s s e p a r a t e dg e o g r a p h i c a l l y a n di f m a s s c u s t o m i z a t i o nd e s i g nm a d ef u l lu s e o ft h o s e t e c h n o l o g i e s , i tw o u l d 确m o r eh o p e f u l t ob r e a k t h r o u g ht h ea b o v ep r o b l e m a n d 酶m o r e p r a c t i c a l 髓i sp a p e r p r e s e n t sa 矬i n t e r a c t i v es y s t e mo f b r o w s i n gp r o d u c t si n3 d m o d eo n w e b , w h i c hb e l o n g st oa p r o j e c to f h l 下8 e hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo f c h i n a ( t y p e 憋n a m e d “t h ek e y t e c h n i c a lr e s e a r c h 3 1 ) d i g i t a lc u s t o m i z a t i o n d e s i g n f o ri n f o r m a t i o nh o m ea p p l i a n c e s t h em a i n c o n t e n ti n c l u d e s ：e s t a b l i s h i n g t h ep r i n c i p i eo f s e l e c t i n gp r o p e rt e c h n o l o g yo f i n t e r a c t i o na n dd i s p t a yi n3 dm o d e o nw e b ；p r o p o s i n gas c h e m et h a ta p p l i e sc u r r e n t 矗d ￥a | 1 e 斌t e c h n o l o g i e s or e a l i z e s y s t e mf u n c t i o n s ；a o n 潮i s h i n gp r o t o t y p es y s t e ms u c c e s s f u l l y w i t ho b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r e d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y t h er e s u l to ft h es y s t e m so p e r a t i o ns h o w st h a tt h et h o u g h ta n dm e t h o do ft h i s t h e s i s 转f e a s i b l e , m i d w i l l 姆濂f o u n d a t i 傩o f f u t u r e d e v e l o p m e s a t w o r k + k e y w o r d s ：w e b v i r t u a lr e a l i t y o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y w e b 3 d j s r 蕊e r v t e t s c u l t 3 du m l m o d e l i n g 疆裁 娩人学捌 攀证论文第一枣缒论 第一章绪论 。嘻霉l 富 工艘设计楚人类柱会发展和科学技术避多的产物。欣英国莫罩赫酶“工艺 美术逡动”。剡德邂酶包豪赣设计革命，戮奖翅设计魏传播接广，工业设计经过 了酝黻、探索、形成、笈震豹蘸佘警瓣历雯浚爨。它怒入类设诗活动豹掰变审 继设计萌芽阶段、手工艺设计阶段艏的第三阶段。其设计对象是以工业化方法 批墩生产的产晶，通过这些产品，工业设计对现代社会的人类生活产生了臣大 的影响，提离了民众的生活水平颡生活质爨。究其设计的本质目的，就是通过 一系列瓣禚撼豫手段，薅理薨滚怼翔蓝灞长鹣凝会鬟要l 1 嘎 缴瓣露年工她设计史，技术鹣发袋对她的澎嘲是广泛赢深刻的。一方穗， 工蛾设计的对蒙在技术的革新下能够以更加丰富多彩的视觉化方式呈现；禺一 方藤，技零逡爹为工监设计熬纛黪与方法繁了孳念，耱爨是近十凡筝，激诗 髯褫为代表静巍赫技术开薜7 王激浚诗熬崭灏矮蠛，计簿撬露形学、诗鬟辍辅 助设计、多媒体、虚拟现实等技术的发展以及c a d c a m 应用的逐步深入大大 事鬻了缆代工她设诗弱理论与方法，计葵枫辕霸王渡设计( c o m p u t e r - a i d e d i n d u s t r i a ld e s i g n ，c a i d ) 已佟必一门耨学搴毒，成为c a d c a m 、先遂铡逡与爨 动化技术领域的研究热点。 计算机辅助工业设计( c a i d ) 是指在计算机的辅助下进行产品造型设计、视 觉糖这设计和环城设计等各类铋滚性设计鹃工池设计方法，是工业设计与计算 爨麓韵竣诗授零翡有秘结会溺。奄传统熬王簸竣待鞠魄，c a l l 霾箕获稳、蒜散、 罐确釉便于储存、交流藕修改的德势焉广泛建用予工媲设计的各个领域，在设 计方法、设计避程、设计质量秘效率等方蕊郝发尘了溪躺变化。这不仅体现雀 霜谤黧撬绘涮鑫耪浚嚣霾，臻狡遮鞭鳖按拳鼗载涵潍模壁，或者爨纛数溪实进 行产赫豹仿粪演示及袁撼设计等蠢瑟，受整簧豹是建立越一种并行静、游阁携 设计系统，将设计、工程分祈、铡逡三位一体，侥化黛成于一个系统，使不丽 专渡鹣入鬟髓及越遮沟逶薅惑，扶嚣缭楚开发髑麓，绦诞设计、涮造豹囊簇鏊。 这魑变化健使设计师具有更赢的全局意识鞫鼹多的工程技术知识，丽不怒仅仪 局限于视觉化的表达。 当前，国内外关于c a i d 的研究主要煞中在计算机辅助造型技术、错能技 本、捺辩技术簿穷嚣。恧褥寝承糯实、人工缓簸等耨兴技术季| 入c a i d 领域， 势缭会传绫豹俊健设诗递蟹c a i d 稳磷究褥蹩现代设诗踅耨豹发藤憋努之 i l o i 。 嬷髓、f 照太举蛳 ? 学谴论文 第群麟蹬 1 2 癔揪瑰实楚寒在王韭设计审瀚成懑骣状 蕊藏蕊实技术( v i r t u a lr e a l i t y ，麓称v r ) 楚糕髑诗算辍建立懿一耱遥囊靛 纛拟螺麓，在这个环境中，a 衡鹩视觉、骄鬣释缴髓等躺感受象是在真实的烯 蠛串榉，辩蠢“身妪其壤”鹃感镦，人露j 磷以淡漤在这个琢境中与环境避行 实辩交互渊。这裁曼它嚣霆熬“沉浸拣”、“寓辩瞧”耧“差魂夔交互赣”。在这 个环凌串，设诗、摹4 遥霸蠖鼹静产菇，静不怒蜜携，不清耗实际静瑟瓣，彀不 浠簧枫藤游黼工设备，它只楚一种豳像鞠声裔擒成的所谓“数字产晶”磷已。 利用这种数字产品，我们可以谶柑产鼎的外观设计、审查和修改，装配模拟糊 干涉检查，机械运动仿真。零件的= 0 n 工模拟，乃嫩产品的工作性能模拟岛评价， 潋艇在产龆懿，生命蠲期上游一一设誊卞龄段就哿以潜除设计缺陷，评价热互的科 露链秘螽蠼辍，穰黧产鑫熬藏誊_ 襁键弼憔髓等餐。 焱掇躐鎏；攘恭是撼登瑟翰攀彳弋鸳+ 剐粼撼游卷黪，骥蓉诗葵懿获零瓣发鼹， 程2 激缀粥年蘸褥舞天 薅数缎夫鬣筏褥获褥邋鼗靛袋，狠抉送入实臻滁浚， 罄毙在鼙漤、娱乐方愿取得袋翡您蹬，铡翔；髑予宇航员、飞行员训练豹庶舱 黎绕、攘蜓实辩演练系统( 寝数撬塌) 等。爨瓣，毖数理实毅寒曼广泛应蹦予 黼遗攮，麓安壤舞嚣工程，敏捷希遮等臻g 缝照鬃激浓、痿患筏螽爨了一个袋镶 熬技术嶷撵秘境。工监浚诗僚洚黼造链枣戆关键一环，氇大量静痰震了纛毅瑷 寓技术，童装有以下几个方面( 5 0 l ； 1 产晶的外形设计 例如；汽车外形造型设计怒汽举擞为黧要的一个方面，以前多采用泡沫塑 料铡终静形模型，要逶过多次豹游测翻修改，赞工赞时。嚣采强虚拟蠛蜜建模 鹣外形壤诗，碍鞋疆露译率、瑟教，馘达到盏攀上豁簸键。方案确定籍，遽模 魏数黎霹蹙按溪予洚匿摸吴设量 、铸囊秽魏工，慧瑟怒予产菇室簧。在其窀麓 产龋( 絮t 飞辊、建筑霖装骖、窳麓怒器、能妆龋镪装等) 乡 形设计枣，稳襄 嘏大躲德势。 2 。产熬靛奄蜀滚谤 游予笈杂产蒹器整台粪产曩，采鬻纛羧鬻蜜技零爵骧盏鬟嚣避露森弱设计， 避凳霹辘i 懿现髂干涉及其它零仑懋溺越，箨鬣髓够方便靛颈览奄鼹霞瓣裙爨教 粱。例如：工厂和车间设计中的机器椎鬻、瞥邋铺设、物流系统，家聪设计中 的装修设计，家具摆放等，都辩瓣谈披术的支持。猩汽车、飞机的内部设计中， 设计学科缝储虚拟现实技术“滋入”熊中进行零部件的装配与布置，大大撼潮 了竣诗散攀帮浚谤覆耋。 3 ，产赫广誊专瘸络淹澎 埘北下业人学倾i ：学位论义 笫一章绪论 用虚拟现实或三维动画技术制作的产品广告具有逼真的效果，不仅可照示 产晶的外形，还可以显示产品豹内部续构、装配和维修过程、健翔方法、工作 过程、工 筝牲能等，茏其是稳矮秘终_ i 羧行产麓宣矮，可凑产瑟豹缨节一无甄缎 熬传达绘客户，j 霉生动、壹疑。 阏络漫游是一群虚投现实鹣技术，使褥入稍能在城市、工厂、裔鹰、矮蹇、 机器内部乃至图纸与零件之问避行漫游，方便的获取信息。 波音公司7 7 7 客机的无纸化设计，福特汽车的外形设计与碰撞实验充分展 现了虚拟现实技术在现代设计中的巨大潜能。工业设计作为现代设计领域中的 一枝奇葩，无疑将把v r 技术的应用作为她自身发展的强劲动力，因为虚拟现 安技术贯穿了整个设计过程所有环节的窝五，并且所见即所得，让设计师聪加 快速、形象、具体的实现和修改设计方窳，减少不必要的劳动，加强与后续阶 段工程师的资源共享，加强与业主及使用赣之间的交流，从而提高产品的受灏 遮度，簿低市场城殓，翻逢更佳豹经济效豢。 1 。3 研究课题背素，曩麓及意义 本谍题柬源予国家毒技术磷究发鬣计划( 8 6 3 计划) a 类顼蟊“覆肉僚 息家电的三维数字化定制设计关键技术磷究”。 多品种、小批量生产是目前制造溉发展的趋势，其最终结果是实现大规模 定制。大规模定制是企业采用技术和管理手段实现对每个顾客的个性化定制， 而成本和时间同大批量生产产品栩一致的一种生产模式。其面临的最大挑战怒 速度和成本。产品设计阶段的成本谯熬个产品成本中占8 0 ，其时间在整个产 鼎生命周期中也占有很大比重，因此。如何提高产品定制设计的效率，并降低 设计成本，是实现大规模定制生产的荚键。 太艇模产鑫定利设计过程中存农一个鬟簧靛坪节，即与客户豹“沟通”翊 藤。罄走，逶遥“海逶”，获褥客户冀实豹爨求。由予矮户对菜一产品的震求溺 述楚模糖豹，哭骞霸户体验逑产赫，蠢戆褥这耪需求缨往窝完善。按照传绫方 式，童产裔推出样品班最，缭客户试璃，客户反馈大量的意觅和建议，产生窖 户需求，显然，在这种方式中，生产商是处于完全的主动地位，客户则处于被 动的角色。这对于单件生产和小批擞斑制是合适的，但是，对于大规模产晶窳 制而言，庞大的用户数量以及用户谯煅理上，时间上和文化上的巨大差异使嵌 的可操作性几乎为零。为此，有必骚创造一种新的方式，符合大规模产品定制 设计的特点，高效、精确的获取用户黼求，从而降低设计风险和设计成本。另 一方丽，通过“沟通”，表达设计；l i l i 的设计作鼎。工业设计师在大规模定制时代 掰西内的客户不仅数量多，藕且地域分粕广泛，因此存在着设计师怎样便捷， 一3 一 衍北f 一业人学坝i j 学位论义 第一带绪论 充分的向客户传达设计思路，设计效聚的闽题，并及时的得到用户回馈，以减 少设诗费用，提高设计的成功率。想之，以上嚣个方蕊妇结为一点，即要熊次 镑对大攥摸产品定铡竣诗豹特点，宠减众潼及浚诗耨与客户群之润基予产菇竣 诗鹣交流润题。 髫莳，大多数实施大规模定锻生产酌企韭并未重视这一问题。德们与客户 之间基于产品设计的交流是极不对称的。企业通过媒体( 主要是图片，文字， 动画) 将产品族推向市场，客户只能选样或进行极为有限的定制，远远不及个 性化定制的要求，而且图片、文字等平面媒体对表现产品的外观及功能并不充 分，客户缺少对产品的体验和产晶的感性认识，因此进一步拉大了企业及设计 师与终端客户之问的距离。 难如上文所提到的，技术的发展为工业设计的程序和方法带来了革命。因 特网的普及，虚拟现实技术的进一步成熟，使褥鳃决这一问题成为了可能。网 络为信息歉交流提爨了一个不受蟪域秘辩域羧涮戆平台；虚拟现实让嗣户受鸯嚣 邋冀瓣感受产鑫。本课题瑟莛在这耱壤懿下撵窭戆：蠢翁之一是在当翦众多斡 嘲络廛羧现实技术中，魄较，分辑器耱攘零静优劣，菇寻找一季孛合逶豹技术方 案，作为本系统网络虚拟现实的技术戆础；露的之二是利用该接术，搭建用于 工业设计师作品展示或者企渡产晶发船的因特网应用体系框架，并丌发出膝戳 系统，以验证理论的可行性。 原型系统应有以下的基本功能： 产品外观能通过网络在用户端比较真实的显示； 用户可以互动的进行产品三维浏览； 系统能完成信息的交流。 就性能需求两者，原型系统应这剿： 一出予系统掰嚣囱豹客户数爨众多，蠲戴，在密集翦访闷情况下，系绞 对每一令客户应绦持囊驽瓣酾纛瞧裁，莠其冬是够瓣稳定毪霸毽凝瞧。 一应用部鬈方便侠捷 一具备良好的可扩展性； 易维护； 一具有一定的安全性。 本文所研究的内容是该“8 6 3 ”项圈的子课题之一“基于w e b 的三维 横型浏览交互的技术研发”。其意义氍予：一方面实现设计师通过网络三维技术 与客户互动交流，保证设计思维豹忠蜜传递 另一方面企业通过这一方式，获 得了真实的用户需求，从而增强了市场的敏锐程度，大大提高了设计的成功率， 降低了产品熬开发或本，提秀了自身的索场竞争力。困j 蓦：，本文的磅究内容其 两北r 业人学坝l ：学位论文 籀常媾论 蠢萋黉的现实意义翔亵韭馀缎。 1 。4 论文的主要内容 本文的主要内容是提出莠蜜躐套基予网络虚拟现实技术的三维模溅浏览 交互瓣决方案，分别从理论基础、关键技术选择、设计与实现和斑用游几个方 蕊进行论述： l ，系绞豹理论基稿 麓漾阐述支撑系统的圈大关键投术领域：计算机网络技术、网络廛拟现实 技术，面向对象技术( 包含分稚式对象技术) 和数据库技术。 2 系统的关键技术优选 分奉行和比较多种w e b 3 d 技米，得出优选结论；分析当前最具可行性的两种 潮络诗簿模型，并撂此，在众多成熟的弹发技术中，优选合适豹一种 乍为实施 技零方嶷。 3 系统静设诗与实现 依粥用户需求，按照既定的 句建方法和开发流程，进行系统的设计张开发。 4 。系统躺应用 阐述系统中豹三维溺整对教躺铡终过疆骧疑各个节点豹软硬件醚黉。 陌北t q k 人学倾j 学位论空鹕一章系统的理论桀础 第二章系统的理论基础 1 3 节的分析可以得出以下结论：计算机网络技术和网络虚拟现实技术是本 系统的核心。另外，为了达到系统的性能要求，满足实际的丌发需要，面向对 象技术( 包括分布式对象技术) 和数据库技术也是实现系统的两大关键。本章 将从四个方面阐述构建系统的理论基础。 2 1 计算机网络技术 目前，遍柿于世界的因特网构成了一个庞大的计算机网络，每时每刻都有 成千上亿台计算机通过它交流信息，共享资源，这也是本课题得以研究及实用 化的前提和基础。本节将从多个方面介绍相关的计算机网络技术。 2 1 1 计算机网络的产生及现状 计算机网络技术是计算机及其应用技术与通信技术密切结合的产物。计算 机网络的产生和演变过程经历了从简单到复杂、从单机系统到多机系统的发展 过程，其演变过程可概括为三个阶段：民有通信功能的单机系统为第一阶段， 这一阶段已具备了计算机网络的雏形；具有通信功能的多机系统为第二阶段， 这一阶段的计算机网络属于而向终端的计算机通信网；以资源共享为目的的计 算机计算机网络为第三阶段。这一阶段的计算机网络才是今天意义上的计 算机网络。 现代计算机网络的发展主要包括以下三个方面1 3 6 1 ：远程计算机网络，局域 网络和国际互联网络。 1 。远程计算机网络 所谓远程计算机网络系指利用远程通信线路组建的计算机网络。远程网络 覆盖面大，通常跨越许多地区，整个国家乃至跨洋过海越洲的连接。这种网络 称之为广域计算机网络，简称广域网( w i d e a r e a n e t w o r k ，简写w a n ) 。 1 9 6 9 年，由美国国防部高级研究计划局提出的a r p a n e t ( a d v a n c e d r e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c yn e t ) 是远程网络诞生的标志，起初的目的是将若干大学、 科研机构、公司的多台计算机互联，以达到资源共享。随着计算机应用的不断 深入发展，一些规模较小的机构甚至个人也有联网需求。这就促使许多国家开 始组建公用数据网。早期的公用数据网采用的是模拟通信电话网，进而发展成 为新型的数字通信公用数据网，典型的公用数据网有美国的t e l n e t 、r 本的 d d x 、加拿大的d a t a 队c 及我国的公用数据网c h i n a p a c 和c h i n a d d n 。 2 局域计算机网络 两北t ：业人学坝l j 学位论文 第一章 系统的型论恭础 所谓局域计算机网络系指分布于某一部门、校园或一栋楼内局部区域的计 算机网络( l o c a l a r e a n e t w o r k ) ，简称局域网或局网( l a n ) 。 局域网的发展是微处理器和微型计算迅速发展的产物。进入2 0 世纪8 0 年 代以后，由于微处理器产品技术的成熟和成本的不断下降，人们丌始大量应用 微型计算机。一个单位或部门拥有的计算机数量越来越多，共享资源、互连通 信的要求促使了局域网的诞生和发展。典型局域网有以太网( e t h e m e t ) 和令牌 环网( t o k e nr i n g ) 。 3 互联网 所谓互联网就是不同的计算机网络互相连起来，实现网络问的通信和资源 共享的新型计算机网络。 随着广域网和局域网技术的发展和成熟，互联网络成为计算机网络新的热 点。虽然局域网已成为机构内部使用的典型结构，但局域网的局限性也是很明 显的，越来越多的机构f 在建立国内乃至国际范围的办公自动化系统，这就要 求某地l a n 上的用户与远地的l a n 或w a n 上的用户进行通信。解决这类问 题非互连网莫属。 美国的i n t e m e t 是目前世界上最负盛名计算机互联网。它已连接了众多国家 的互联网络，成为世界上规模最大，增长速度最快，用户最多的互联网，所遵 循的网络体系结构也已成为事实上的国际标准。本课题所采用的互联网f 是 i n t e m e t ，以满足地域上，时域上不同用户的信息交流。 2 1 2 计算机网络的组成与结构 1 计算机网络的两级子网结构 计算机网络从结构上可以分成两部分：负责数据处理，向网络用户提供各 种网络资源、网络服务的用户子网和负责数据转发的通信子网。用户子网由主 计算机( h o s t ) 、终端( t e r m i n a l ) 、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组 成。通信子网由节点处理机、通信线路及驻留在这些设备中的软件组成，完成 全网的数据转发功能。 2 计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构系指通信子网中节点与链路相互连接的不同物理形 态，反映了计算机网络的结构形态。根据通信子网中信道类型的不同，通信子 网分为两类：点一点通信子网和广播通信的子网。 在点一点通信网中，非共有一条传输线的两个节点不能直接进行通信，只 能经过中间节点的中转进行问接通信。采用点一点线路的通信子网主要有四类 拓扑：星型、环型、树型和网型。 - - 7 - - 两北t 业人学坝i 学位论义 第一章系统的理论某础 在广播式通信网中，所有节点共享传输介质，任何一个节点发送到网中的 信息，可以为网中其它节点接收。因此每个节点可以直接接收来自网中任何一 个节点发送的信息，即广播式通信网中，信息从源节点向目的节点传输过程中， 不需要中间节点进行中转。利用广播式子网传送信息时，必须解决两个问题： 一是如何解决多点争用公共信道时的冲突问题：二是如何确定信息的源和目的。 广播通信子网的拓扑主要有四种：总线型、环型、无线通信型和卫星通信型。 局域网属于广播式通信网，一般采用环形或总线型拓扑。 2 1 3 计算机网络的体系结构 计算机网络的目标是实现入网系统的资源共享，因此网上各系统之间要不 断进行数据交换，但不同的系统可能使用完全不同的操作系统，或采用不同标 准的硬件设备等，总之，差异很大。为了使不同厂家、不同结构的系统能够顺 利通信，通信双方必须遵守同一套规则和约定，如通信过程的同步方式、数据 格式、编码方式等，否则，通信是毫无意义的。这些为进行网络中的数据交换 而建立的规则、标准或约定称为网络协议。 计算机网络是一个复杂系统，入网站点往往分散在不同的地点，设备由不 同的厂家制造，各个厂家很可能各自定义了很不相同的通信规则，因而计算机 网络上的通信相当复杂。如果用一个协议规定通信的全过程，该协议将会是一 团乱麻。与其它复杂的计算机系统一样，计算机网络系统的设计也采用结构化 的方法，把计算机网络系统的功能分解为多个子功能，相应地协议也分为若干 层，每层实现一个子功能。 分层概念是计算机网络系统的一个重要概念。由于通信功能是分层实现的， 因而进行通信的两个系统就必须具有相同的层次结构，两个不同系统上的相同 层称为同等层或对等层。通信在对等层上的实体之间进行( 实体泛指任何可以发 送或接收信息的软件或设备) ，双方实现第n 层功能所遵守的共同规则。称为第 n 层协议。而计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。也就 是说，计算机网络的体系结构是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精 确定义。 开放互联参考模型即o s i r m ( o p e ns y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n r e f e r e n c e m o d e l ) 是计算机网络体系结构的唯一国际标准，该模型将采用了7 个层次的体 系结构，分别是：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和 物理层。 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o e o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 体系是目前流行的一 种网络体系结构，它最早应用在a r p a n e t 中，虽然不是国际标准，但由于简 - - s - - 蒋戴r 救凡举螂 擘证论文 热一带系统的艘谂捧础 溶、离效，并盈流行予i n t e m e t ，使遵缀t c p i p 漭议鹊产鑫大爨瀵入露弱，淤 成为攀实上的国际标璇。t c w i p 体系肖4 个鼷次：虚_ 层、传输鼷、豆联网盛 霸嗣络搂强漂，我翻黎臻靛漭议，霸f t p ( f i l e t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 、h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 等，全部工捧在威用艨，本漾题的主要开发工捧墩粲中在成用 麓，宠成箕能瑟翡功麓 壬势全郝幽搡髂系绫及荬继稽关竣硬姊安蠛。 2 2 翔络虚拟现实技术 鹣络照羧现实，又髂炎分秘式蕊揪繇壤( d i s t r i b u t e d v i r t u a le n v i r o n m e n t s ) ， 怒一种基予网络联接的艨拟现寓系统，它挝侠了一种可以共事的纛擞空闯，使 地理上分散的用户在同一时间晕进行交流与合作，欺同完成某一项工作，网络 纛揪现实技术可以广泛娥髑于王獠、壤训、娱骶和巍业展示等顿域删。 2 。2 。 鼹辫虚拟现实黼关键技术 l 蠡子太类戆行灸在缀穴稷瘦主壤赖予撬燮溪动，筏凳上翡爽安瞧蹩产生蕊 拟现实巾沉浸感的关键，因诧三缭髅形技术、实时渤画技术霸阑形建镤技术蹩 开教攫授璃突舔凌麴关键技零。努静，繇壤袋攀帮嫩耘系统豹转换毽至美蘩要， 不潮系统的鼹部坐标嚣骚转按剿熬个蓼壤中静垒两嫩标，酸确豫舔壤巾器个佼 谶嗣飘点的辫形在不同系统中最示黪正确憔_ 鞠一致性。 2 ，2 2 网络联结 嘲络盛撤现实所要必心的阏题是妻 1 何跟踪环境中不同用户潮对象的佼鬻翱 餐终，势戆这些售惠传遽绘各令掰产，嚣魏簌瓣终联结方瑟，簸涉及裂滔懿联 结模式、通讯协议、遁瀑海式、带宽藕滞聪簿方舔的闷题。在纛拟环境中，用 户鞠鼹敷靛经鬟秘霉亍巍绫称必安髂羧惑。 网络纛揪现实鲍联络宥耀释模式；繁巾式鞫分稚式。在集中摸式串，串心 诗藏枫负费接受、处璎、脊髓、发遴与客户撬之间的蓿息，丽客户桃受资熊释 蕊慧势鍪藏曩示，嚣忿酝霄戆壤怠帮簧缀j 臻孛蠡瓠楚理发奄，遮秘模式霹戳糍 效避傈诞纛撼现实环境的致投。织蹩髓蟹系统客户桃的增多，将极大逑增艇 中貉枫嚣网络静受援，鬟时会逡成箨顿髑艇塞，缀难缳涯实辩瞧。瓣分蠢模 式嶷有更好的通用性，例如通过i n t e m e t 察璇的全球范围的网络纛擞现实。猩这 种模式中每一个用户端计算机，称为宿擞机( h o s t ) ，负责处理和存储本地数 据库及菠变纯，著将其健遂绘其窀阕户，遂糖模式然决了中心枫耩网络的受担， 西戳缣涯文鍪溺终蠹羧壤蜜鹣安筏。 在隧络纛拟现实中，必绥簧建盛一襄遴稳协议来传递各实俸的状悉，蹋以 魏她1 ：拽入学娥i 学位论_ 宴= 镶一啭系统豹理论螭磷 构麓鞫受新虚毅环境，冀串的底菇游议霹激采用t c p i p 或u d p ： 矾北r 业人举倾f 学位论文第一章系统的瑾论耩础 j a v ab e a n s a p p t t c a t i o n i 墼i2 - 2j a v a b e a n s 的三种网络访问机制 2 。4 数据库技术 数据库技术自2 0 氆纪年代诞生以来，为计算季兄收集、存储、细工署羹剽 翔数撵提撰了垒瑟薮支祷，劳怒到了专势关疆瓣传爱，己或惫当今诗箕枫稼爨 系统豹核心技术，是诗算橇技术和皮翊发展豹基础。 2 4 1 数据库技术发展进攫 围绕着数据结构和模型的演变，传统数据库技术相继经历了层次数据库、 网状数据库和现今的关系数据库三个阶段h 9 1 。 1 1 9 6 9 年i b m 公司研制了基于层次模型数据库管理系统i m s ( i n f o r m a ：r i o nm a n a o e m 册盯s y s t e m ) ，并作为商品化软件投入市场。 i m s 作为层次型数据库管理系统的代表，标志着数据库及相关技术的诞生，具 有重要意义。在数据库系统出瑗l 三 秘。各个应用拥有自己的专用数据，邋鬻存 放在专躅文 争孛，这些数辗与其他文转中数握有大量麴重复。数攥露豹重蚕凌 献就是将应震系统孛静瑟鸯数懿猿纛予各令应弱磊密d b 醚s ( d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s 髓m ) 统一管理，实现7 数据资源的整体管理。i m s 系统 的推出，使得数据库概念得到了瞥及，也使得人们认识到数掘的价值和统一管 理的必要性。 2 2 0 世纪6 0 年代术到7 0 年代初，网状数据模型替代层次数据模型。由 于i m s 是将数据组织成层次的形式泉管理，有很大的局限性。为了试图克服这 种局限性，美国数据库系统语言协会c o d a s y l ( c o n f e r e n c eo nd a t as y s t e m l a n g u a g e ) 下属的数据库任务组d b t g ( d a t a b a s e t a s kg r o u p ) 对数据库的方法 和技术进行了系统研究。并提出了麓名的d b t g 报告。该报告确定弗建立了数 据库系统的诲多基本概念，方法和技术。报告成为网状数撂模型的典型技术代 蕊乾毛遂大学碳 j 学位论文 第一章系统熬鲤谂蕊秣 表，它奠定了数据库发展的基础，并宵着深远的影响。网状模型怒基于图柬组 织数掇的，对数摄豹访婀秘操纵需要遍历数撼链来完成，但是这羊申窘效的实璇 方式辩系统便糟者提毒了缎离的要求，灏诧瓣褥了系统莳推广寂蠲。 3 1 9 7 0 年i b m 公弼的e e c o d d 发表了著名的慕于关系模型的数据露技 术戆论文“大鍪共事数据痒数攥豹关系搂羹”，稼恚蓑关系黧数据疼臻黧静 诞生。由于关系模型的简举易理解及其所其有的孥实理论基础，熬个2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代的前半期，数掘库界熬中围绕关系数据库进行了大艇的研究茅开 发工作，对关系数据瘁穰念翡实焉偬投入大鲞静精力。关系模麓提出露， 圭 于熟突出的优点，迅速被商用数据库系统所采用，据统计，2 0 世纪7 0 年代以来 毅发攫豹d b m s 产品巾遗9 0 怒采照关系数据模型，其中涌现了许多性戆嶷 好的髓晶纯关系数据摩餐遴信惑系统，如；o r a c l e 、d b 2 、s y b a s e 、l n f o r m i x 、 s q l s e r v e r 等。 隧鬏数鬃媾戆发曩历史，其掇取褥成壤主要髂现在关系数摄露、事务餐理 和纛询优纯等方面。事务管理是d b m s 支持数据共享鞠多用户绦律敬关键，楚 d b m s 保持数攥正确性及麓化应用编程入鼹i 佟的基本措施。套诲优化是数攒 淳系统性宾l 挺离翦基破，笼其是在关系数攒痒系统串，出予系统程能主要出系 统自身负责( 这是关系数据库系统之所以简单易用的原因之一) ，蠢询优他驻得 更必重要。从慕季孛意义上滋，关系数据麾锝以取代屡次秘网状型数据库露成为 市场主流，查询优化技术的突破燕一个重要因素。 2 。4 2 期终数据库技术 在7 0 年代发展起来的关系数撅库凭借毙备的理论基础、简浦的数据横型、 结构他的查询语言和方便的操作方法，在全球信息系统中得到了极为广泛的应 溺，毽是，话统数覆痒荚窳摸羹遥：楚攀，不霉l 予表达复杂兹数糖结稳，褥毫 支持的数据类摄有限，无非是缩梅化的数字或字符，无法包容更多的数据类型， 蠢法竣缀罐擦逐葵络棱纯豹数豢类溅，翔黧形、强缘、声音、大文本、珏季翊痔 列和地理信惑等复杂数搬类型。程i n t c m e t 成为计算的核心平台聪，数据麾的发 展受到来自w e b 上数据艨应用开发、w e b 内容管理以及电于商务等各个方两的 重聪，并在安全往、霹餐瑾牲、誊豢酌多媒镩数弦戆簸理疆及酾庞越瓣、耱蠲 性锌方面遭遇严峻的挑战，于是在网络应用的推动下关系数据库丌始发生进一 步的变革，霹淘对象的数据痒，网络数嘏瘁和多媒体数据库等棚继涌现，这种 瑷蒙也有久称之为“嚣关系数据骞辩钱”。 所谓网络数据库其实质是在传统关系数据库技术之上，融含了最新网络技 术、存继技术釉检索技术。它结会了传绫数撂库技术的一些优焱，在数搌露摸 一1 7 一 瓶托1 啦太学蝴 。学位论文 第一警赋境麴糕论捕础 爨、存储桃翘彝硷索莪拳等方蕊傲爨孳耪，满鬣默i n t e m e t 藩蘩磁黝碰掰，扶飚 ，f 精了令潮终鼗撵疼熬毅霹4 - t , 8 1 。 鬻燧数据库瓣主要将鬣楚袋蔫字裳爹维处爨、变长存赭鞋及蘸疯瓣蘩等赣 懿耀终技零帮数摄疼技拳+ 臻邋凝| n t e m e t 褥蔽愆要求降l 。一方舔，耀绦数攥麾 采用字袭多缝处理方式支持锫攒镶擒健数攒戳及大量菲结梅毒艺憝多媒体数獭游 燮多数溅类型，使躯戒耀产照努麓静静类型数攒鳃够存赭在丽一个数攒簿审， 簌褥大大壤矮了撬器复杂懿壤鹃对赖；努方磷，灏终鼗器毒支掩a c t i v e x 、 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，露扩袋标谶语苦) 等薪翡缡羰技术王熬， 能够满风快速开发复杂搴静处理系统的需求，并简化系统丌发和管理的璐鹰。 程数撅库结构上，为了液持新代i n t e m e t 威用，数据库系统瀚翳戴持艇杂 熟数撼炎攫，翔强豫、麓凝对象、声鼷对蒙、辩渊窿列等瑷及籀疯瓣数獭搽缴 谮蠢，瓣络羧蕤瘴采疆了予警段、莎德警羧以致变长字段静壤裂，允谗刽建译 多不瀚粪罄载簿藜筠纯豹藏经懑褥蕊熬宇浚，骧多缝楚壤方式突羧了美蔟鼗攥 麾嚣鬻罗媾的二维表臻褥，赫疑露狻穰懿变长襻镰方式。藏簿，窀避突谶鼗绕 关系数捺痒靛诱阕方法，篷耩索墨l 凝筏鞭鸯溺瓿粼，采溪b - k 秘搿撵索霉 较零， 支特鳕褥忍乎所有的索弓 方式；莽慕翔办尔逐辣检索方式，支持毽括全文捻索 程态抟簦杂梭索方式，其蠢荚窳数撼黪不豫魄缀熬蠢逡速疫亵瓷壤与套念鬻。 懋黧饕煞是，褥雾续将德籁缮襁像数攒都定义为瓷濠，嫠褥馨缭稳锚：数攥 瘁的蒸零游索就是资源奉巍，黼数搬滕中的谜源耐以同时包含籍搦他的耥j # 缡 构化的储息。通过这种埘资源的臀糕方法。非鳓构化数据库实现了数掘库系统 从数撼糯蚀管理到内容蛰蠼的转纯，从 l 西为迸一步管理复杂的网络数攒髓定丁 肇实鏊戳。 2 。s 小缝 本黎姨鼷令方瑟；谵冀辍瓣络授零、磁辫纛羧疆实技拳、嚣囊鼹蒙技零爱 矜锫或避象攘零帮数餐瘁技术，龋遴了鞣突撩关煞技零瑾论，其孛。诗爨撬溅 络怒蒸磷，两络虚撤现蜜爨核心，蕊翻对鼓技术、分南式对象投术辩数灏簿菠 誉粼燕构絮系统鹩缳诞。矮续寒带擦遮爹深入靛斑臻叛上套耱按寒，寓溪塞绞 磅黥，遮戮系统氍定憨耩秣。 龋北t 。北太学颂 j 学证论文 第蔓带系统蜘关键投术优选 第三章系统的关键技术优选 3 。1w e b 3 d 技术选撵 搬掘1 3 节和2 2 节豹分轿，必须袋孺一释阏络虚季羹现实技术宠成壹接与麓 户进纷撬爨交互，实现系统的功能一和功熊= 。w e b 3 d ( w e b3d i m e n s i o n s ) 是 这穗技术麓豫，毪跫系绫鹣关毽技术之。戳下各小节萼簪绫多拿方蘸考察，魄 较目1 j 融有的w e b 3 d 技术，以选择合适的解决方案。 3 。l 。l 选择掭准 出予本系统是一次技术癍用的实验岛研究，因此在考虑技术选耩时，排酴 了嚣按零嚣素，蘩技寒零蹇豹搜鬟费，专穗赘餐，缝棒跌蒎本数瘦溺是度凄教 进行比较。 分析系统的使用者。热肖两类：一是终端用户：二是系统的歼发者与维护 赣。聚懿各自踺w e b 3 d 技术豹要求瘸鄢些我? 逶过调查辨结会系统熬凌毙鬟 求，发现：终端用户希望获得高质量的虚拟现囊感觉，主要有： 显示质量 邈怒决定该技术优劣静极其重要静指标，考察豹是渲染器的演染质量。 交互性 这是影响虚拟现实中粪实感的关键霹豢。 遮滞性 京袁接影响纛羧现实体验中的“实孵性”，镪括嚣个方瓤：娥虚拟现实文 件下载嚣尊耱等耩延迟；二熬交嚣粒靛延遮。每一荦争w e b 3 d 援零都存在延迟现象， 但是只鞭把迟滞时问控制强人可以忍受的时自j 长度内即可。该项指标考察的怒 文件的聪缩性和渲染器的性能。 瓣予系统豹秀发者与绦轳者露富，势考纛爨系统戆毪貔鬻求， 蠹靛掰要关 心的蠢以下几点： 爨曩毪 对于项w e b 3 d 技术，怎样离散、便撼的导入已经建好的三维模型，贴 图等，怒它易用性的重要指标。另外，对网络带宽的要求也是关键因索，因为 它粪接影魄迟瀵瓣瓣闽窝系缝鹣性能。 可扩展性 疑好药可扩袋僚辘够帮助拜发者遴一步撬麓交互性能，挺羚终璇爱户静髂 验晶缀。 两她r 盛夫学顿i 学趣论文 第= 帘系统的关键技术侮遮 综上掰述，程沈较备种w e b 3 d 技术嚣雩，应扶漫示质羹，交夏链，遥滞髓， 易用性和可扩展性5 个方筒，综合考察各项技术的优劣。 3 1 2 盎流的w e b 3 d 技术介绍 1 v r m l 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 ，纛羧瑗实建模谶蠡。) 怒一令开簸 的、珂扩展的、工业标准的景蒙描述语苦，用于襁因特网上描述三维景象或世 器。遴_ ；霆v r m l 耱溅数嚣，入粕霹以翅熊謦酲鼹燮凌文字、霭缘、声巍激及援羰 组成的分布式交曩网上三维擞器。v r m l1 0 支持带有棚对麓雅动煎的场景， 露v r m l2 0 ( 搦在拜笈审) 兔诤j a v a 鞘j a v a s e r i p t 程穿鼹编翟在v r m l 对象 上旅搬动终的脚本，趺支持簸祭煞3 d 欲躐鞠交鬣孬隽。v t g m l 静主簧缺点怒 渲染质餐较低，激成的阐形比较糨糙，真实感不强，只适合做场景臌示，见阐 3 - l 。 蹦3 一lv r m l 殿羽实铡 2 ，v i e w p o i n t v i e w p o i n te x p e r i e n c et e c h n o l o g y ( 简称v e t ) 是由i n t e l 公铡及m e t a s t r e a m 公镯联合笈囊酶薪兴瓣灰3 d 文箨标准。墓予诧豁准，人们能够方便豹翎建、笈 蠢及测爨爨土3 d 鼹黪。滏乎蕤文搏尺寸，l 、爱濂糖簸戆特点，该瓠准一经菱奄麟 深受好评。v e t 格式的文件紧潦，诧冀他镁何一辩已存在的w e b3 d 技术压缭 鞘：繇离，箕极零魏文终纛镬褥农瓣主溅熬v 嚣譬物体 # 鬻捩撬。粥产端灵罴安装 一个插件就能够在网上测览割以流方式传输的3 d 模型，同时还可以对该物体进 疆托下渡大学簸l ：学笾论文 第_ 三章系统豹关键技术伍选 行旋转、缩放，平移等控制。v e l 也可以和用户发生交互搡佟，通过鼠标或测 熄器事件引发一段动画绒是一个状态的改变，从而动态地演示一个交互过程。 v e t 只有一个纯软件的商质量实时渲染内核，渲染效果接近舆实而不需要任何 的硬件加速设备。v i e w p o i n t 的主要不足在于它的标准没有留出用于j a v a 等高级 谖鑫绽程控制数歼敖谈嗣，跌露大大隈刳了交互瞧静扩充，鼹敷，它斡主要应 蠲市场是 乍为兹晶藤示瀚产瑟宣传和电子麓务领域，翔下餮耩示。 幽3 - 2 v i e w p o i n t 廊瑚实例 3 。c 堪t 3 d c u l t 3 d 是瑞典c y c o r e 公司开发熬一种崭耨鹩w e b3 d 技术。宅作为跨平 台的3 d 引擎，让设计糟把逼真的并具有实时交互的三维物体邀到因特网用户面 前。凝目的是在网页上建立互动的3 d 物件。利用c u l t 3 d 技术可以让网页设计 师制作出3 d 立体产晶。并以视觉的方式璺现不同的事件和功能的交互性【一l 。 躅声弼以旋转，缩放，警穆甚至掇缴物 串，避霹以逶过多媒体鬻效和操作撂弓l ， 与秘 警交互，簸瑟褡糯粪实豹耱薅疆毪。菇v i e w p o i m 程 渡，c u l t 3 d 瞧捅毒一 个商质量的软件渲染器。其渲染质量不溉予专业三维制作软件的水平，而且 c u l t 3 d 采用纯j a v a 语爵编写。具备a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 接阴，可扩充性好。c u l t 3 d 的主要应用领域也是产品展示和电予商务，见图3 3 所承。 孵弛t 业人学倾卜学位论义第二章系统韵杀键技术优选 豳3 3c u l t 3 d 成用实例 4 j a v a 3 d j a v a3 d 是一类霾形a p