（航空宇航制造工程专业论文）基于web的cad系统及其关键技术研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 ， 二十世纪九十年代以来，计算机技术和网络技术尤其是i n t e m e t i n t r a n e t 迅猛发 展，对各行各业都产生了深刻的影响。作为先进制造技术的重要组成部分，c a d c a m 技术在现代制造业中具有十分重要的应用价值和市场潜力。将w e b 技术与c a d c a m 技术相融合，将是c a d c a m 技术发展的一个重要方向。7 ， 本文对基于w e b 的c a d 技术进行了探索，并对基于w e b 的c a d 系统开发过程 中的若干关键技术进行了研究，主要包括w e b 环境下c a d 系统的体系结构、系统功 能的分配原则、图形显示技术、数据通信策略、几何造型功能的实现途径、模型管理 功能的实现方法、文件存储与操作等若干关键技术，并在这些探索和研究的基础上用 j a v a 技术结合a c i s 平台设计和实现了一个基于w e b 的c a d 原型系统，为以后的研 究工作打下了坚实的基础。 关键词：c a d ，w e b ，j a v a ，a c i s ，图形交互 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 a b s t r a c t a sa l li m p o r t a n tp a r to fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , c a d c a mt e c h n o l o g y h a si n c a l c u l a b l ea p p l i c a t i o nv a l u e sa n dg r e a tm a r k e tp o t e n t i a l si nm o d e m m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y t h er a p i d l yd e v e l o p i n gn e t w o r kt e c h n o l o g yp r o v i d e si m p o r t a n to p p o r t u n i t i e sf o r t h ed e v e l o p m e n to f c a d c a m t e c h n o l o g y i ti so n e o f t h ei m p o r t a n t d e v e l o p i n gd i r e c t i o n s o fc a d c a mt e c h n o l o g yt oi n t e g r a t ec a d c a mt e c h n o l o g yw i t hn e t w o r kt e c h n o l o g y a n dc o n s t r u c taw e b - b a s e dp r o d u c td e s i g na n d m a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m t o s u p p o r t t r a n s - r e g i o n a la n dp l a t f o r m i n d e p e n d e n tg l o b a lm a n u f a c t u r e t h i sp a p e r e x p l o r e st h ew e b - b a s e dc a d c a mt e c h n o l o g y , d i s c u s s e s s e v e r a lk e y t e c h n o l o g i e si n c l u d i n g t h e a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o na s s i g n m e n t ，g r a p h i c sd i s p l a y , d a t a c o m m u n i c a t i o n ，g e o m e t r i cm o d e l i n g ，m o d e lm a n a g e m e n t o fw e b - b a s e dc a d c a m s y s t e m b a s e d o na b o v er e s e a r c h w o r k ，w e b s u p e r m a n ，ap r o t o t y p e o fw e b - b a s e d c a d c a ms y s t e mi sd e s i g n e da n dr e a l i z e d ，w h i c ha c c u m u l a t e sr i c he x p e r i e n c e sf o rt h e f u t u r ew o r k k e y w o r d s ：c a d c a m ，w e b ，j a v a , g r a p h i c si n t e r a c t i v i t y 壹室塾窒堕蒌查兰堡主兰垡笙苎 一 第一章绪论 1 1i n t e r n e t 与w e b 概述 i n t e r n e t 是一个全球性计算机网络，它的前身可以追溯到1 9 6 9 年美国国防部高 级研究工程组织( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ，d a r p a ) 创办的一 项计算机工程a r p a n e t 。当时国际上冷战形势严峻，a r p a n e t 的指导思想是要研制一 个能经得起故障考验( 战争破坏) 而能维持正常工作的计算机网络，经过4 年的研究， 1 9 7 2 年a r p a n e t 正式亮相，该网络建立在t c p i p 协议之上，1 9 8 3 年以后，人们把 a r p a n e t 称为i n t e r n e t 。1 9 8 6 年美国国家科学基金会n s f 把建立在t c p i p 协议集上 的n s f n e t 向全社会开放。1 9 9 0 年n s f n e t 取代a r p a n e t 称为i n t e r n e t 。9 0 年代以来， 随着w w w 技术的长足发展，i n t e r n e t 在全球各地迅速普及，对社会、经济、政治等 各方面产生了巨大的影响。 w e b 是w o r l dw i d ew e b 的简称，现已规范翻译成“万维网”。在1 9 9 5 年国内出 版的一本关于i n t e r n e t 的书籍中，曾被译为“全球性蛛网状系统”。从字面上看， 我们就可以知道w e b 是将全球计算机网络上数量巨大的信息像“蜘蛛网”一样连到一 起，以方便人们对信息的查找。w e b 可以这么说，是以超文本( 超媒体) 链接技术为 基础的全球性计算机网络，其核心协议是h t t p 。实际上，在w e b 技术出现以前， i n t e r n e t 远没有这么大名气，w e b 技术的出现，使i n t e r n e t 从科教界迅速普及到整 个社会。 中国在i n t e r n e t 的应用方面虽然起步较晚，但发展速度却非常迅猛，其发展可 以分为两个阶段。 第一阶段是与i n t e r n e t 的el 连通，即年9 月从中国学术网络，_mai1987(canet c h i n aa c a d e m i cn e t w o r k ) ，向世界发送第一封e l，标志着我国开始进入_mai i n t e r n e t 。c a n e t 是中国第一个与外国合作的网络，使用x 2 5 技术，通过德国k a r l r u h e 大学的一个网络接口与i n t e r n e t 交换e _ m a i l 。中国数十个教育和研究机构加入了 c a n e t 。1 9 9 0 年，c a n e t 在i n t e r n i c 中注册了中国国家最高域名“c n ”。1 9 9 0 年中 国研究网络( c r n ，c h i n ar e s e a r c hn e t w o r k ) 建成。 第二阶段是与i n t e r n e t 实现全功能的t c p i p 连接。1 9 8 9 年中国国家计划委员 会和世界银行开始支持“国家计算设施”( n c f c ，n a t i o n a lc o m p u t i n gf a c i l i t i e so f c h i n a ) 的项目，该项目包括1 个超级计算中心和3 个院校网络，即中国科学院网络 ( c a s n e t ) 、清华大学校园网( t u n e t ) 、北京大学校园网( p u n e t ) 。1 9 9 2 年这3 个院 校网络各自分别建成。1 9 9 4 年4 月，接通了l 条6 4 k b s 的国际线路，使这三个网络 的用户对i n t e r n e t 进行了全方位的访问。与此同时，1 9 9 3 年中国高能物理研究所与 s t a n f o r d 大学建立了直接联系，并在1 9 9 4 年建立全方位的i n t e r n e t 连接。这些全 功能的连接，标志着我国正式加入了i n t e r n e t 网。 薹王翌! 塑里些墨堑墨茎茎壁垫查堕壅 一 到1 9 9 6 年底，中国的i n t e r n e t 网已形成了四大主流网络体系，分别归属于国家 指定的4 个部级互联管理单位：中科院、国家教委、邮电部和电子部a 其中，中科院 网络c s t n e t 和中国教育和科研网c e r n e t 主要以科研和教育为目的，从事非经营性活 动；邮电部的中国公用计算机网c h i n a n e t 和电子部吉通公司的金桥信息网g b n e t 属 于商业性i n t e r n e t 网，以经营手段接纳用户入网，提供i n t e r n e t 服务。 1 2c a d c a m 技术的发展趋势 计算机技术与机械制造技术相互渗透，产生了计算机辅助设计和制造( c a d c a m ) 这样一门综合性的应用技术。它具有高智力、知识密集、综合性强、效益显著等特点， 是当今世界科技领域的前沿课题之一。 随着c a d c a m 技术不断研究、开发与广泛应用，制造业对c a d c a m 技术的要求也 越来越高。c a d c a m 技术将朝着如下几个方向发展”“”。 网络化 近年来，随着计算机与网络技术的快速发展，c a d c a m 技术面临着新的机遇和挑 战。充分利用网络技术、数据库技术、面向产品设计制造全生命周期，支持动态建模 与产品性能设计技术，并在此基础上研究出新一代的设计制造软件工具，以适应网络 时代对产品设计制造的要求，这已经成为大势所趋。 集成化 、 现代集成制造系统( c i m s ) 是在新的生产组织原理指导下形成的一种新型生产 模式。它要求将c a d c a m c a p p c a e 集成起来，向企业提供一体化的解决方案。其 集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技术管理的一体化，并不是孤立的将 c a d 、c a m 、c a p p 和c a e 等系统进行简单的连接，而应从概念设计开始就考虑集成。 智能化 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能c a d c a m 是c a d c a m 发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术对模拟人类 的思维活动( 包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式) 往往是束手无策 的。因此，智能c a d c a m 不仅仅是简单地将现有的智能技术与c a d c a m 技术相结合， 更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产 生高效的c a d c a m 系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。c a d c a m 的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。 1 3 基于w e b 的c a d c a m 技术研究现状 随着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，制造业正 南京航空航天大学硕士学位论文 发生着一场深刻的变革，日益向着高度自动化、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 r n e t 和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。 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，已经成 为c a d c a m 技术发展的重要方向。 目前，在基于w e b 的c a d c a m 技术方面的研究主要分两类：其中一类是以 y u n g c h o uk a o “1 、s c h u l m a n 姒“1 等人所做的研究工作，这一类研究基本上把i n t e r n e t 网作为一个大的网络处理，整个系统基本上是客户机服务器结构，各子系统相对较 为独立，子系统之间信息交流较少，可以说这类应用是早期局域网工作的泛化：另外 一类是以g q h u a n g ”1 和r i c kw a n g e r ”1 等人所做的研究工作，这类研究利用w e b 技 术，使客户仅使用浏览器即可进行一些设计工作，这些应用主要以动态网页为基础， 用户可以填写一些简单信息，提交问题，由服务器来解答，返回处理结果，引导用户 完成设计任务，整个系统基本上是一个浏览器服务器结构，这些研究主要是利用w e b 在客户端与服务器之间交流信息。 国外公司在这方面的研究起步较早，并投入了大量的人力物力，取得了一定的进 展，也开发出了些相应的产品。例如美国e d s 公司在其u g 软件中增加了有关w e b 技术的内容，为用户提供了一套工具，该工具将u g 连接到w e b 服务器上，可通过浏 览器来修改u g 模型，用户可利用u g 零件和装配件数据来创建w e b 页面，提取u g 的 数据，并支持各种不同w e b 格式的u g 模型图象文件，如c g m ，v r m l ，t i f f ，m p e g ， g i f 和j p e g 等：i b m 公司的c a t i a 系统v 5 3 提供了应用于w e b 的解决方案( c a t w e b ) ， 审核人员可在i n t e r n e t 上通过w e b 浏览器审查产品设计结果，并可对其中的问题进 行批注，提示设计人员进行相应的修改；美国s p a t i a lt e c h n o l o g y 公司建立了 3 d s h a r e 网站，通过i n t e r n e t 向用户提供3 dc a d 模型的数据格式转换和模型缺陷的 修补服务。此外还有其他一些公司也推出了自己利用w e b 技术开发的一些c a d c a m 产品。 国内在这方面的研究也取得了一定的进展，主要对基于信息网络的设计与制造系 统的体系结构框架进行了概念研究和理论探讨，提出分布式网络化制造系统的初步构 想、制造模式，研究计算机支持下的协同设计及其环境。在具体实现上，哈工大的孔 振宇等利用w e b 服务中的相应网关接口开发了基于i n t e r n e t 的电加工c a d c m 系统 ”。；清华大学吴华鹏等开发了基于w e b 的异地协作设计系统c d e s i i g n 9 1 ；南航 c a d c a m 工程研究中心设计并实现了一个基于w e b 的制造过程分析和共享信息管理 系统”和一个基于w e b 的数控编程系统w e b c a m “；北航海尔软件有限公司开发了基 于w e b 技术的产品数据管理平台c a x a 协同管理x p 。 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 1 4 论文选题依据及主要研究内容 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 的迅猛发展使制造业日益向 着高度自动化、智能化、集成化和网络化的方向发展。传统的c a d c a m 技术已经无法 满足制造业的这种新需求。将c a d c a m 技术与网络技术相融合，已经成为一种趋势。 也只有这样，才能实现制造资源的共享并支持跨地区、跨平台的全球制造这样的宏伟 目标。因此，基于w e b 的c a d c a m 系统将是极富发展前途的研究和应用方向。 本课题研究得到了江苏省青年科技基金( b q 2 0 0 0 0 0 4 ) “基于w e b 的c a d c a m 系统 关键技术研究”和高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助。主要对基于w e b 的c a d 技术进行了探索，并对基于w e b 的c a d 系统开发过程中的若干关键技术进行了 研究，并以此为基础开发了一个基于w e b 的c a d 原型系统w e b s u p e r m a n 。 论文主要内容安排如下： 第一章：介绍了i n t e r n e t 和w e b 技术的发展及c a d c a m 技术的发展趋势，阐 述了基于w e b 的c a d c a m 系统的产生原因、主要研究方向以及国内外在这一领 域的研究现状。 第二章：介绍了基于w e b 的c a d 原型系统w e b s u p e r m a n 的开发基础。主要包括 基于w e b 的计算模式、j a v a 开发技术、c + + 开发技术、a c i s 几何平台等。 第三章：介绍了w e b s u p e r m a n 原型系统的系统设计。包括：系统的总体结构、 功能设计与分配、模块划分、工作流程等。 第四章：对基于w e b 的c a d 系统开发过程中的若干关键技术进行了研究，并提 出了相应的解决方法，主要包括系统数据通信策略、图形显示、几何造型实现 策略、模型管理、负载均衡、文件操作等方面的内容。 第五章：介绍了w e b s u p e r m a n 原型系统的具体实现。 第六章：总结了全文的研究工作，展望了今后需要进步完善和深化的工作。 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章w e b s u p e r m a n 系统开发基础 2 1 系统计算模式一浏览器服务器 计算模式的发展经历了从7 0 年代的终端主机模式、8 0 年代的客户机i 1 i 务器 ( c s ) 模式，到9 0 年代中后期出现的的基于w e b 的i n t e r n e t ( w e b b r o w s e r ) 计算 模式三个历史阶段。近年来，随着i n t e r n e t 技术的飞速发展以及应用的普及，基于 w e b 的浏览器f 1 日务器计算模式得到了人们广泛的重视，基于浏览器服务器模式的应 用软件正在越来越大的程度上取代传统体系结构的应用软件，成为当前应用软件开发 的主流。 2 1 1 终端主机模式 终端主机模式由一台大型主机和多台与之相连的终端组成，以大型主杌为核心 主要用于大型计算。 图2 l 终端主机模式 2 1 2 客户机服务器( c s ) 模式 两层结构的c s 模式，在上个世纪八十年代及九十年代初得到了大量应用。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任务，具有强 的数据操纵和事务处理能力，以及数据的安全性和完整性约束。 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 靥垢 客户机客户机客户机 图2 - 2 客户机服务器模式 随着企业规模的日益扩大，应用程序的复杂程度不断提高，c s 模式逐渐暴露了 以下几个缺点： 1 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， 对硬件要求不断提高，增加了整个系统的成本，客户端越来越臃肿。 2 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 他平台上运行。 3 用户界面风格不，使用繁杂，不利于推广使用。 4 维护复杂，升级麻烦。如果应用程序要升级，必须到现场为客户机一一升级， 每个客户机上的应用程序都需维护。 5 信息内容和形式单一，用户获得的只是单纯的字符和数字信息，既枯燥又死 板。 6 不易应用新技术。因为一个软件平台及开发工具一旦选定，不可能轻易更改。 2 1 3 浏览器服务器( b s ) 模式 近年来，随着网络技术不断发展，尤其是基于w e b 的信息发布和检索技术、j a v a 计算技术以及网络分布式对象技术的飞速发展，导致了很多应用系统的体系结构从 c s 结构向更加灵活的多级分布结构演变，使得软件系统的网络体系结构跨入一个新 阶段，即b s 模式( b r o w s e r s e r v e r 的简称，浏览器, q l l 务器模式) 。基于w e b 的b s 模式其实也是一种客户机服务器方式，只不过它的客户端是浏览器。 典型的b s 三层结构体系由以下三层组成： 6 南京航空航天大学硕士学位论文 1 ) 表示层：即w e b 测览器( 常用的如i e ，n e t s c a p e 等) 。客户通过浏览器向w e b 2 ) 应用层： 3 ) 数据层 服务器发出服务请求，w e b 服务器对用户身份进行验证后，对用户所 请求的服务进行处理，再将用户所需要的信息传递给用户，并在浏 览器端显示。 即w e b 服务器，并且一般通过c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 接 口、m j c r o s o f t 的i n t e r n e t 服务器应用程序接口i s a p i ( i n t e r n e t p r o g r a m r a i n gi n t e r f a c e ) 、j a v a s e v l e t 技术等进行功能扩展，以提 供各种专门的应用服务。w e b 服务器接收用户发出的请求后，根据不 同的请求调用相应的应用服务，并将处理结果返回给客户端。 即后台数据库，为应用层提供数据服务，包括数据的定义、维护、 访问和更新，以及管理并响应应用层的数据请求。 w e b 服器 ii n t e m e 们n 妇n e t 浏览器浏览器浏览器 图2 - 3 浏览器j r 务器模式 b s 模式与c s 模式相比。具有以下的优点： 1 ) 在系统的性能方面 b s 占有优势的是其灵活性。任何时间、任何地点、任何系统，只要可以使 用浏览器上网，就可以使用b s 系统的终端。近年来，智能手机、智能家电、p d a 等传统电脑之外的上网方式发展迅速，这在一定程度上为b s 结构增加了砝码。 2 ) 在系统开发方面 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 c s 结构是建立在中间件产品基础之上的，严格来讲这些产品还缺乏作为应 用平台的一些特性，难以扩展到互联网这样的环境上去，而且要求应用开发者自 己去处理事务管理、消息队列、数据的复制和同步、通信安全等等系统级的问题。 这对应用开发者提出了较高的要求，而且迫使应用开发者投入很多精力来解决应 用程序以外的问题。如果客户端是在不同的操作系统上( 比如w i n d o w s2 0 0 0 以 及不同版本的u n i x ) ，c s 结构的软件需要开发不同版本的客户端软件。如果产 品经常需要更新换代，那么升级系统时候需要付出的高代价以及工作的低效率会 在一定程度上制约其应用。 3 ) 在系统升级维护方面 c s 系统的各部分模块中有一部分改变，就要关联到其它模块的变动，使系 统升级成本比较大。b s 与c s 处理模式相比，则大大简化了客户端，只要客户 端机器能上网就可以。对于b s 而言，开发、维护等几乎所有工作也都集中在服 务器端，当企业对网络应用进行升级时，只需更新服务器端的软件就可以，这减 轻了系统维护与升级的成本。如果客户端的软件系统升级比较频繁，那么b s 架构的产品优势明显无论用户规模有多大，所有的升级操作只需要针对服务 器进行，这可以极大地节省人力、时间和费用。 2 2 系统开发平台 目前c a d 系统的开发主要可分为三种方式：( 1 ) 完全自主版权的开发，一切需从 底层做起：( 2 ) 基于某个通用c a d 系统的二次开发，如基于a u t o c a d 软件的二次开 发：( 3 ) 基于c a d 软件开发平台的开发，此类开发介于前两种方式之间，较二次开发 可以更深入核心层，具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点。 对于基于w e b 的c a d 系统而言，采用基于c a d 软件开发平台的开发方式。可 以省时省力、快速有效的达到开发目的。至于具体开发平台的选择，目前主要有a c i s ， p a r a s o l i d ，c a s c a d e ，p e l o r u s ，d e s i g n b a s e 等，本系统采用的是a c i s 平台。 2 2 1a c i s 简介 a c i s 是美国s t i 公司( s p a t i a lt e c h n o l o g yi n c ) 推出的具有开放式软件体系结 构的实体造型软件开发平台。其特点包括：( 1 ) 采用面向对象的数据结构，全部内容 均由c ”语言编写，由一系列c + + 类和函数组成，程序员在开发自己的应用系统时可 以通过调用这些类和函数来获得强大的几何造型功能。( 2 ) a c i s 集线框、曲面和实 体造型于一体，并允许这三种表示共存于统一的数据结构中，实体b o d y 可以是这三 种模型的一种或几种的组合，对线性和二次几何采用解析方法表示而自由几何体则采 用非均匀有理b 样条( n u r b s ) 来表示。( 3 ) a c i s 是采用边界表示( b - r e p ) 的几何建模 器，边界由封闭面集所构成，该边界将a c i s 实体与外界空间划分开来。( 4 ) 除了流 南京航空航天大学硕士学位论文 型，a c i s 也支持非流型几何体的表示，这对于存在悬边、悬面等特殊的几何拓扑体 的表示是非常重要的。 a c i s 提供的功能很强大，其所有基础功能均通过动态联接库d l l 实现。在a c i s 6 0 中大约有五十多个d l l ，所有这些d l l 实际可划归为两部分：a c i s3 dt o o l k i t ( 核 心模块) 和o p t i o n a lh u s k s ( 可选模块) 。其中核心模块提供构造系统所需的基本功 能( 如：基本几何和拓扑、内存管理、模型管理、显示管理、图形交互等) ，这部分 是a c i s 几何建模的核心，其中包括许多开发商的必选构件；而另一部分可选模块则 提供一些更专业化和更高级的功能( 如：高级过渡、高级渲染、可变形曲面、精确消 影、拔模、抽壳、与c a t i a 和p r o e 等系统的数据接口等) ，这部分作为可选组件由 用户根据实际开发的系统需要自由挑选、搭配和组合。 s t i 公司的目标是在c a d c a m c a e 及相关的应用领域推进面向对象的三维实体造 型技术；推动在开放的公共体系结构上采用软件组件技术；使得采用开放建模技术的 独立的软件组件开发商，根据自己的需求自由选择最佳组件产品。目前世界上已有数 百家基于a c i s 的软件开发商和应用商，其中包括a u t o d e s k ，b e n t l e y ，i n t e r g r a p h 等。国内也有一些软件开发商陆续购买了a c i s 作为其c a d c a m 系统的开发平台，如 广州红地的“金银花”、华中科技大学的i n t e r s o l i d 等都采用了a c i s 作为其几何造 型平台。 2 2 2a c i s 的数据结构 a c i s 采用面向对象的程序结构，划分出几何类、实体类、拓扑类、数学类、属性 类、其它等几大类别“”。 几何类是用来定义通用的曲线、曲面几何元素。几何类分为两个层次：底层通 用构造几何( c o n s t r u c t i o ng e o m e t r y ) 类，它并不与物体的数据结构建立永久性联 系；在物体的固定数据结构中再设置一层对应的上层模型几何( m o d e lg e o m e t r y ) 类。 几何类分作曲线、曲面和实体三大基本类。其中曲线类中又细分为直线、椭圆、交线、 参数域曲线等子类，每种曲线都可以看作是参数曲线在三维向量空间的一种映像；曲 面类细分为平面、圆锥面、样条面等子类。 实体类用来描述a c i s 模型的共性数据结构和共性功能，统一管理数据的存取、 查询、备份和通讯。实体类下含5 种几何项：点( a p o i n t ) 、曲线( c u r v e ) 、参数域 曲线( p c u r v e ) 、曲面( s u r f a c e ) 和变换( t r a n s f o 蹦) ；9 种拓扑项：体( b o d y ) 、 壳( s h e l l ) 、子壳( s u b s h e l l ) 、面( f a c e ) 、环( l o o p ) 、共边( c o e d g e ) 、边( e d g e ) 、 顶点( v e r t e x ) 和线( w i r e ) ；1 种属性( a ”r i b ) 通用项。 拓扑类表明了各种图形元素之间的拓扑关系。几何类中的点、曲线、曲面都被 分别记录了相关顶点、边及面引用的次数。只有当引用次数降至零时，相应的几何项 爿允许被删除。 基丁= | w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 数学类提供了基本的数学工具，并应用c “的操作符重载机制，方便了笛卡尔 坐标系( c a r t e s i a nc o o r d i n a t es y s t e m ) 中各种几何像素的定义和操作。数学类包 括：位置( p o s i t i o n ) 、向量( v e c t o r ) 、单位向量( u n i t v e c t o r ) 、矩阵( m a t r i x ) 、 变换( t r a n s f o r m ) 、参数( p a r ) 、位置参数( p a r p o s ) 、向量参数( p a r v e c ) 、方向 参数( p a r d i r ) 及参数域包围盒( p a rb o x ) 等。 属性类提供了各种实体的属性，属性类本身从实体类派生而来。利用属性类 的派生机制，可以将实体的相关属性( 非几何数据，如颜色、材料等) 附加在某一实 体上，并将之存储到统一的数据结构中，便于进行分析和管理。 杂项类有包围盒( b o x ) 和间隔( i n t e r v a l ) 。包围盒用来加快测试两个体、 壳或面是否相交，当壳含多张面时，一般将它分割成多个子壳，使一个子壳只包容一 张面。间隔类用来支持包围盒的相贯测试。 a c i s 实体造型的数据结构将原来以正规形体为基础的纯多面体模型扩展到引入 精确表示的参数曲面，允许线、面、体_ 并存于一个物体模型之中，砸、环、边可以不 封闭或无界，同时允许加入零件属性等等，为更灵活、通用的产品模型提供了强有力 的工具。 2 2 3s a t 文件格式 s a t 文件是a c i s 提供的一种模型存储文件，采用完全开放的文件格式，数据以 纯文本的形式存储，并以空格和回车来分隔。s a t 文件的详细格式如下： ( 一) 文件头 文件头共分三行，由一系列整数、字体串、双精度数和实数组成。例如： 4 0 0o40 1 1s c h e m ea i d e1 1a c i s4 0n t2 4t h ua p r0 9 1 6 ：4 4 ：1 81 9 9 8 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 5 e 0 71 e - 1 0 其中第一行包含了编码的版本号、文件中存储数据记录总数和存储的实体数：第 二行包含了生成文件的软件名称、a c i s 版本和文件生成时间等；第三行表示模型的 单位长度及精度。 ( 二) 实体记录 实体记录紧接着文件头。每条实体记录都由索引号( 可选) 、实体类型标识符、 实体数掘和终止符组成。实体记录格式如图2 4 所示。 图2 4s a t 实体记录格式 l o 南京航空航天大学硕士学位论文 1 ) 索引号( s e q u e n c en u m b e r s ) 。实体记录是否有索引，取决于模型保存时采用 的a c i s 选项。如果实体记录有索引，则索引号是从0 开始的连续数列。所有顶 层的实体必须出现在其它实体前面，其它实体的顺序可以是任意的。例如： 一0b o d y $ l $ 2 $ 一l $ 一l # 其中，“一0 ”是索引号，“$ l $ 2 ”指向后面的索引号为“一1 ”和“一2 ”两条 记录( 未列出) 。 如果s a t 文件中没有索引号，则索引号由文件中实体记录的顺序隐含。指向 其它记录的指针也对应这些隐含的连续数列。 2 ) 类型标识符( e n t i t yt y p ei d e n t i f i e r ) 。实体类型标识符是和a c i s 类一一 对应的唯一的字符串。如标识符“b o d y ”即对应b o d y 类。同时，标识符中可以 用“一”来表明类的派生关系，如“p l a n e s u r f a c e ”表示类的派生关系为：e n t i t y s u r f a c e p l a n e 。标识符及索引号是从s a t 文件提取模型数据的关键。 3 ) 体数据( e n t i t yd a t a ) 。实体数据是从左到右，按从基类e n t i t y 派生的顺序 来封装( e n c a p s u l a t e d ) 的。这与在标识符中所表示的派生顺序刚好相反。在s a t 文件中，所有封装的实体数据都是用空格( 或回车) 来分隔的。由于所有的类都 是从e n t i t y 类派生，e n t i t y 类的标识符不写入实体数据中，图2 4 中用“” 表示其位置。 4 ) 终止符( t e r m i n a t o r ) 。每条实体数据记录都以“# ”为终止符。 ( 三) 文件结束标记 即“e n d o f a c i s ”，它处在最后一条实体记录后，表示a c i s 保存数据结束。 ( 四) 历史记录开始结束标记 即“b e g i n o f a c i s h i s t o r y d a t a ”和“e n d o f a c i s h i s t o r y d a t a ”。当a c i s 的历史保存恢复选项被打开时，会在文件结束标记前加入一段历史记录，它记录了 在生成当前实体模型中，曾经使用过的实体。 这种开放的文件格式为非基于a c i s 的应用存取a c i s 模型提供了方便的途径。 2 3 系统开发技术 w e b s u p e r m a n 原型系统的开发使用了j a v a 开发技术和c + + 开发技术。 2 3 1 j a v a 开发技术 j a v a 语言的特点 j a v a 是一种简单、动态、面向对象、分布式、解释执行、健壮、安全、结构中 立、可移植、高效能、具有多线程能力的新一代语言。”2 ”。 1 ) j a v a 是一种简单的语言 j a v a 删除了许多极少被使用、不容易理解和容易令人混淆的c + + 功能。剔除的 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 功能主要包括运算符重载、多重继承以及广泛的自动强迫同型。与c + 埘目比，j a v a 语言也提供重载函数，不过它重载的对象是函数而非变量或是运算符。 2 ) j a v a 是面向对象的语言 j a v a 中除了基本数据类型外所有的东西，如数组、字符串等都是对象。面向 对象是一项很强的设计功能，它可以促成明确的接口定义，并允许开发人员建立可 重复使用的软件部件。 3 ) j a v a 是分布式语言 j a v a 拥有广泛的能轻易地处理t c p i p 协议的运行库，例如h t t p 与f t p 类库 等等。这使得在j a v a 中比在c 或c + + 中更容易建立网络连接。j a v a 应用程序可以 借助u r l 通过网络开启和存取对象，就如同存取一个本地文件系统一样简单。 4 ) j a v a 是健壮的 j a v a 的目标是要协助开发人员建立各方面可靠的程序，j a v a 强调：开发人员 可在设计初期即检查可能存在的问题，其后则进行动态的检查，并排除容易出现的 错误。 5 ) j a v a 的安全性 j a v a 设计的目的是要能够使用于网络分布式运算环境。为此，j a v a 非常强调 安全性，以确保建立无病毒且不会被侵入的系统。j a v a 的验证技术是以公钥加密 法为基础。键壮性与安全性之间存在一种很强的相互作用关系。例如，指针语意 的改变，让应用程序不可能伪造对象结构存取权，或存取它们在对象中没有存取权 的私有数据。这等于关上大门，杜绝大多数病毒的侵入。 6 ) j a v 8 的中立性结构 j a v a 的设计目标是要支持网络应用程序。一般而畜，网络是由许多不同的平 台系统构成，包括各种c p u 与操作系统结构。为了让j a v a 应用程序能够在网络上 任何地方执行，其编译器将会生成一种具备结构中立性的目标文件格式。编译后的 程序码可以在提供j a v a 运行系统的多种不同处理器上面执行。 e 是由于上述这些特点，使得j a v a 语言可以跨越多种硬件和软件环境，成为基 于w e b 的应用系统的理想开发平台。 j a v a 3 d 技术 j a v a 3 d 是j a v a l 2 的一个标准扩展，是一个图形开发包，它从高层次为开发者 提供对三维实体的创建、操纵和着色，使开发工作变得较为简单。同时，j a v a 3 d 的 低级a p i 是依赖于现有的三维图形系统的，如d i r e c t 3 d 、o f e n g l 、q u i c k d r a w 3 d 和 x g l 等。j a v a 3 d 的这种体系结构既可以使其开发的程序“到处运行”，又使其能充分 利用系统的三维特性。用j a v a 3 d 开发的基于w e b 的小程序可以与i n t e r n e t 很好地集 成，在浏览器上观赏或对虚拟现实场景进行交互式操作时，不需要下载相关的插件。 j a v a 3 d 可以帮助我们： 南京航空航天火学硕十学位论文 生成简单或复杂的形体( 也可以直接调用现有的三维形体) 。 使形体具有颜色、透明效果、贴图。 在三维环境中生成灯光、移动灯光。 具有行为( b e h a v i o r ) 的处理判断能力( 键盘、鼠标、定时等) 生成雾、背景、声音等。 使形体变形、移动、生成三维动画。 编写非常复杂的应用程序，用于各种领域如v r 。 j n i 技术 j a v a 的出现给大家开发带来了极大的方便。但是，如果我们有大量原有的经过广 泛测试的非j a v a 代码，将它们全部用j a v a 来重写，则会耗费很多精力和时间。 j n i ( j a v an a t i v ei n t e r f a c e ，j a v a 本地接口) 就是j a v a 为了解决该问题而提供的一 种解决方法，它为j a v a 提供了和其它语言进行互操作的一个手段。但是，使用j n i 引入了平台的依赖性，打破了j a v a 语言的“一次编写到处运行”的好处。 j d b c 技术 、 j d b c 简介 j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 是j a v a 语言为了支持s q l 功能而提供的 与数据库相连的用户接口。j d b c 由一组j a v a 语言编写的类和接1 ：3 组成，使用内嵌式 的s q l ，主要实现三方面的功能：建立与数据库的连接，执行s q l 声明以及处理s q l 执行结果。j d b c 支持基本的s q l 功能，使用它可方便地与不同的关系型数据库建立 连接，进行相关操作，无需要再为不同的d b m s ( 数据库管理系统) 分别编写程序。 j d b c 的优缺点 j d b ca p i 用于连接j a v a 应用程序与各种关系数据库。这使得人们在建立客户 服务器应用程序时，通常把j a v a 作为编程语言，把任何一种浏览器作为应用程序的 友好界面，把i n t e r n e t 或i n t r a n e t 作为网络主干，把有关的数据库作为数据库后端。 j d b c 的优点如下： 1 j d b ca p i 与o d b c 十分相似，有利于用户理解。 2 j d b c 使得编程人员从复杂的驱动器调用命令和函数中解脱出来，可以致力于 应用程序中的关键地方。 3 j d b c 支持不同的关系数据库，使得程序的可移植性大大加强。 4 用户可以使用j d b c o d b c 桥驱动器将j d b c 函数调用转换为o d b c 。 5 j d b c a p i 是面向对象的，可以让用户把常用的方法封装为一个类，备后用。 j d b c 的缺点如下： 1 使用j d b c ，访问数据记录的速度会受到一定程度的影响。 基于w e b 的c a d 系统及其关键技术研究 2 j d b c 结构中包含了不同厂家的产品，这就给更改数据源带来了很大的麻烦。 j d b c 的工作机制 s q l ( s t r u c t u r eq u e r yl a n g u a g e ：结构化查询语言) 是一种标准化的关系型数据库 访问语言。在s q l 看来