（航空宇航制造工程专业论文）基于web的可视化产品结构树动态生成与版本管理技术研究.pdf

型堕塑塑堕墼一 塑墼 摘要 当前，网络化协同设计与制造已经逐渐成为制造业发展的方向。因此，产品 信息共享作为实现协同设计与制造的技术基础也受到企业的高度重视。随着全球 化市场的形成与互联网技术的发展，新产品的开发常常需要进行跨地域、跨平台 的设计协作。 本文在分析产品三维模型信息共享的需求重要性基础上，主要研究企业产品 三维模型信息共享技术，采用了包括采集、组织与发布在内的基于v r m l 的产品 三维模型信息跨平台共享方案。开发了基于w e b 的可视化产品结构树的动态生成 与产品三维模型信息版本管理系统，系统采用b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构，实 现了产品三维模型信息的跨地域，跨平台共享。另外，本文还研究了多版本的产 品三维模型信息的版本管理技术。 论文主要研究内容如下： 1 、产品设计开始阶段的产品结构分解展示 开发了产品结构分解展示工具，产品负责人可将产品分成几大结构部件，这 些结构部件挂接在产品的根节点下，以产品结构树展示，通过系统的w e b 平台可 实时、可视化地浏览产品的开发进展状态。 2 、w e b 环境下产品三维模型信息的组织 建立了w e b 环境下以产品结构树为中心的数据组织结构，实现了基于w e b 的产品三维模型信息跨地域，跨平台的共享，并以“可视化结构树”的形式向用 户进行产品三维模型信息的动态、有效发布。 3 、基于可视化产品结构树的产品装配关系双向导航 本文提供了一种基于j a v ah 1 3 p l e t ，e a i ( e x t e r n a la u t h o r i n gi n t e r f a c e ) 和j d b c 技术的解决方案，实现了基于v r m l 文件的产品装配关系导航，确保用户 可以逐层双向访问可视化产品结构树，提高了用户与可视化产品结构树之间的交 互能力。 4 、多版本产品三维模型信息的共享与回溯 产品设计人员能够随时访问相关数据，同时通过对版本变化过程的控制以维 护不同版本的产品三维模型的前后一致性。 5 、原型系统开发和验证 以c a t i av 5r 1 3 为产品三维模型信息的采集环境，开发了c a t i a 产品三维 模型信息采编器，验证了基于w e b 的可视化产品结构树的动态生成与产品三维模 型信息版本管理系统的可行性。 关键词：可视化产品结构树三维模型信息采编v r m l 版本管理 耍i ! 三些丕兰堕主兰堡鎏墨 垒! 虫型 a b s t r a c t c o l l a b o r a t i v ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gi sb e c o m i n gat r e n df o re n t e r p r i s e s t h u s ， p r o d u c ti n f o r m a t i o ns h a r i n gt e c h n o l o g yw h i c hi st h eb a s i so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n d m a n u f a c t u r i n ga t t r a c t sal o to fa t t e n t i o nb ye n t e r p r i s e s a l o n gw i t ht h ef o r m a t i o no f g l o b a l i z a t i o nm a r k e ta n dt h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，n e wp r o d u c td e v e l o p m e n t u s u a l l yr e q u i r e s t h a t d e s i g n e r sc o o p e r a t ee a c h o t h e ri nd i f f e r e n t r e g i o nw i t h c r o s s i n g p l a t f o r m 1 1 1 i sp a p e ra n a l y z e st h ei m p o r t a n c eo fi n f o r m a t i o ns h a r i n go fp r o d u c t3 dm o d e l i n f o r m a t i o na n dt h er e s e a r c hf o c u s e so ne n t e r p r i s ep r o d u c t3 dm o d e li n f o r m a t i o n s h a r i n gt e c h n o l o g y t h ec r o s s i n g p l a t f o r ms c h e m ef o rp r o d u c t3 dm o d e li n f o r m a t i o n s h a r i n gb a s e do nv r m l i sa d o - p t e d ，w h i c hi n c l u d e si n f o r m a t i o ng a t h e r i n g ，o r g a n i z i n g a n dp u b l i s h i n g ap r o d u c t3 di n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dv e r s i o nm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hm a k e sp r o d u c t3 di n f o r m a t i o n s h a r i n g i nd i f f e r e n t r e g i o n w i t h c r o s s i n g p l a t f o r mi sd e v e l o p e d t h es y s t e mr e a l i z e dp r o d u c t3 di n f o r m a t i o ns h a r i n g b yu s i n gb ss t r u c t u r ei nd i f f e r e n tr e g i o nw i t hc r o s s i n g p l a t f o r m b e s i d e s ，t h ep a p e r s t u d i e dt h ev e r s i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yf o rp r o d u c t3 dm o d e li n f o r m a t i o n t h ef o l l o w i n gk e yp r o b l e m sa r es t u d i e di nt h i sp a p e r ： 1 b r o w s i n gt e c h n o l o g yo fp r o d u c ts t r u c t u r ed e c o m p o s i n ga t t h eb e g i n n i n g s t a g eo fp r o d u c td e v e l o p m e n t t h ep a p e rc a r r i e so u tad e c o m p o s i n gt o o lo fp r o d u c ts t r u c t u r e t h ec h i e fd i r e c t o r o ft h ep r o d u c td i v i d e sp r o d u c ti n t os e v e r a ls t r a c t u r ec o m p o n e n t s r e s u l t o f d i s a s s e m b l i n gi sp r o d u c ts t r u c t u r et r e e d e v e l o p m e n to fp r o d u c tc a nb eb r o w s e di n r e a lt i m ea n dv i s u a l i z e dw a yu n d e rw e be n v i r o n m e n t 2o r g a n i z i n gp r o d u c t3 dm o d e li n f o r m a t i o n t a k i n gt h ep r o d u c ts t r u c t u r et r e ea sd a t as t r u c t u r eb a s e do nw e b ，t h es y s t e m c a r r i e so u tp r o d u c t3 di n f o r m a t i o ns h a r i n gb a s e do nw e bi nd i f f e r e n tr e g i o nw i t h c r o s s i n g p l a t f o r m t h es y s t e mi m p l e m e n t sas t r a t e g yo fv i s u a l i z e ds h a r i n ga p p r o a c h b a s e do nt h ew e b b a s e dv i s u a l i z e dp r o d u c ts t r u c t u r et r e e 3b i d i r e c t e dn a v i g a t i o no ft h er e l a t i o no fp r o d u c ta s s e m b l i n g b a s e do n v i s u a l i z e dp r o d u c ts t r u c t u r et r e e p r o v i d i n gak i n do fs o l u t i o na c c o r d i n gt oe a i ( e x t e r n a la u t h o r i n gi n t e r f a c e ) ， j a v aa p p l e ta n dj d b c t h ep a p e rc a r r i e so u tb i d i r e c t e dn a v i g a t i o no ft h er e l a t i o no f o r o d u c ta s s e m b l i n gb a s e do nv 融垤l ，s t r e n g t h e n sc o n n e c t i o no fv i s u a l i z e dp r o d u c t s t r u c t u r et r e ea n do u s t o m e r 4s h a r i n go f t h ep r o d u c t3 dm o d e lv e r s i o ni n f o r m a t i o n t h ed e s i g n e rc a r lv i s i tp r o d u c td a t ai nr e a lt i m ea n dk e e pp r o d u c t3 dm o d e lo f m u l t i v e r s i o nc o n s i s t e n tb yc o n t r o l l i n gc h a n g eo fv e r s i o n 堕! ! 三些查兰堡主兰焦堡墨 垒! ! 婴壁 5c a r r y i n go u tap r o t o t y p es y s t e m a tl a s tt h ep a p e rc a r r i e so u tap r o t o t y p es y s t e mu n d e rc a t i a ，d e v e l o p s g a t h e r i n g t o o lo f3 dm o d e li n f o r m a t i o no fc a t 认p r o d u c t i tv a l i d a t e sc o r r e c t n e s sa n d f e a s i b l e n e s so f t h es o l u t i o nf o rt h ef o r l t l a t i o no f v i s u a l i z e dp r o d u c ts t r u c t u r et r e ea n d v e r s i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nw e b k e yw o r d s ：v i s u a l i z e dp r o d u c ts t r u c t u r et r e e ，3 dm o d e li n f o r m a t i o ng a t h e r i n g , v r m l ，v e r s i o nm a n a g e m e n t i i i 堡丑e 型丝壁型堕主i ! 垡笪壅一 堑堡 1 1 背景 第一章绪论 进入2 0 世纪9 0 年代以来，计算机辅助设计( c a d ) 及其相关技术获得了长足 发展，开始在广泛的领域普及应用。采用c a d 技术后，产品设计信息以数字化形 式在计算机中进行表示，产品模型的处理和检查变得十分方便，大大提高了产品 的设计质量和成功率，同时缩短了产品设计时间。但是，目前的c a d 系统擅长设 计阶段中某一时刻没计信息的表达，主要用于产品的详细设计，对产品设计前期 过程的信息模型的处理能力不够理想，在表述产品设计的工程意义和动态设计过 程方面显得十分乏力，这种不足尤其影响了c a d 技术在工程产品设计中巨大潜力 的发挥。 随着现代信息技术和i n t e r n e t 技术的飞速发展，基于网络的产品开发已成 为加快新型产品研制的有效途径和重要发展趋势。产品设计不再是一个小范围设 计实体的内部任务，产品的设计开发往往是由多个分布在异地的设计人员协作完 成，同时产品的设计和开发人员需要在分布式、异构平台、并行工作的环境下不 断的与其他人员交换产品信息，共同完成任务。设计和开发人员的软件和硬件平 台存在着异构性，这必然造成企业产品数据存在形式的多样性。由于开发平台的 不同，企业内部或企业间产品三维信息存储形式也存在着异构性。 产品设计过程作为产品生命周期的始端，产品设计信息是产品整个生命周期 信息加工的基础。由于我国各航空企业已经广泛的应用了各种c a d 设计系统，所 以各种没计信息主要来源于设计部门使用c a d 系统所生成的图形数据，产品c a d 图形信息无疑是产品设计信息的最佳载体，也是产品后续相关研制过程的重要信 息基础，因此是否能共享产品的c a d 图形信息是产品信息共享的重要研究内容。 在日益加剧的国际竞争的形式下，企业的产品设计开始了一场基于网络的革 命，企业要求对声品的全生命周期进行管理，并要求数字化信息的全球实时共享。 随着经济全球化进程的加速，跨行业、跨地区、跨国家的联盟型虚拟企业发展迅 速，企业环境发生着深刻变化，许多复杂产品的设计不得不由分布在不同地点的 产品设计人员和其他相关人员协作完成，于是产品数字化共享与网络交互式设计 应求而生，而且越来越受到工业界的重视。计算机网络技术的快速发展则为产品 数字化共享与网络交互式设计的发展和应用提供了先决条件。产品数字化共事与 网络交互式设计强调企业间的协作与社会范围的资源共享，通过企业问的协作和 资源共享，提高企业的产品创新能力和制造能力，缩短产品的设计周期，降低产 型墼墅塑生墅堂! 二一一一 塑堡 品开发成本 ”。 纵观国内外优秀企业产品开发工作，已由个体化、串行流程的产品研发模式， 转向上下游多方协同，兼顾设计、工艺、制造、客户、供应商、合作伙伴等并行 的产品设计。信息共享与交流在产品开发中越来越重要。 在产品开发中，一个设计版本数据可被多个专业人员所使用，个专业人 员电可能生成一个设计对象的多个版本。此外，设计是个反复迭代和不断选优的 过程，因此存在版本的合并、删除等操作。可见，产品开发需要合适的版本管理 机制，以使授权小组人员能够随时访问相关数据，并保证这些数据总属于最新的 版本，同时通过对版本变化过程的控制以维护设计信息的前后一致性，并为设计 中的修改提供有效支持。 1 2 主要研究内容 本论文主要内容分两部分：部分为基于w e b 的可视化产品结构树动态生 成；另外一部分是分析共享的产品三维模型信息的版本特点，版本管理的内容， 根据本课题研究支持产品开发过程中产品三维模型信息的版本管理方法。 1 2 1 基于w e b 的可视化产品结构树动态生成 基于w e b 的可视化产品结构树的动态生成部分的基础是杨百龙的博士论文 “基于w e b 的产品数据共享及可视化技术研究”中提出的基于v r m l 的可视化产 品结构树。 西北工业大学机电学院的杨百龙搏士提出了基于v r m l 的可视化产品结构 树。基于v r m l 的可视化产品结构树是以产品三维造型v r m l 文件为结点，以装配 体v r m l 文件到零部件件v e i l 文件的链接和调用描述产品结构关系的产品结构 树。可视化产品结构树充分利用了w e b 环境的多媒体集成和表达能力，把产品三 维造型信息引入产品数据共享系统中，反应了c a d ，p d m 等应用系统向三维可视 化的技术发展需求，提供了更加直观，生动，简捷的操作界面和操作模式，能适 应从工程技术到管理，营销，用户等各阶层人员的需要【3 】。 杨百龙博士提出的可视化产品结构树适于产品的最终版本的可视化共享与 查阅。在实际的调研中我们发现产品的设计是从无到有、零件从少到多的过程， 因此在产品设计过程中可视化产品结构树也是一个动态，生成增长的过程。 本论文基于w e b 可视化产品结构树的动态生成部分主要研究产品三维模型 信息的跨地域，跨平台共享，主要内容有： l 、产品设计开始阶段的产品实体结构分解展示( 以产品结构树为载体) 2 、产品三维模型信息组织，采集与发布 2 西北工业大学硕士学位论文 绪论 3 、基于可视化产品结构树的产品装配关系双向导航 1 2 2 产品三维模型信息的版本管理 在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种多样的，这些信息以文件 或图纸( 图档) 的形式存在，可以统称为文档。 在产品设计过程中，除了产品结构树是动态增长以外，每个产品从最初的概 念设计到定型中间要经历很多的修改，因此也便产生了许多中间版本，这些中间 版本为开发过程的改进打好了基础，事后出现问题时也有助于查找原因。 在实际的产品开发中，由于设计人员的知识、经验以及用户反馈意见等方面 的影响，造成产品设计在不同时期有不同设计版本。而个好的设计往往是综合、 分析和比较不同的设计版本后得到的最终设计版本，这就要求版本管理系统既能 够保留最终的设计结果，又能够保留设计过程中每个中间过渡设计版本。 本部分研究共享的产品三维模型信息的版本管理技术，版本管理的内容除了 添加、删除等基本功能外，还应该包括根据协同设计过程多版本的特点处理任意 历史版本的回溯。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外相关技术研究现状 信息共享是实旋各种应用的基础和前提，产品三维模型信息共享的研究往往 体现在各种扔同设计过程的研究中。 t e x a s 大学开发的s h a s t r a 是种几何造型、模拟、查询及设计原型系统， 可提供基础几何数据结构和算法，这些算法支持分布式构造，还可提供模型属性 查询，协同交互，基于冲突检测的快速计算和用于动态模拟的可视化信息以及实 时场景显示1 4 j 。 澳大利亚大学先进制造研究中心开发出网络化e a d c a m 系统c o c a d c a m ，利 用现有的商品化c a d c a m 软件提供的a p i 开发接口，将传统的单机、单用户系统 扩展为支持协同工作的多点应用程序。用户可实现自由曲面的协同编辑和n c 加 工路径的协同仿真1 4 j 。 德国f r a u n h o f e r 计算机图形研究所开发出共享三维视图软件( s h a r e d 3 d v i e w e r ) ，它支持基于特征设计的网络协同。它的特点是基于s t e p 标准，独立 于c a d 系统，提供复杂c a d 模型的视图共享【4 j 。 英国b r u n e l 大学交互设计研究中心的n a m 和w r i g h t 口j ，提出了“共享平台” 西北工业大学顿上学位论文 绪论 ( s h a r e ds t a g e ) 的概念，利用商品化软件a l i a s 的a p i 插件实现了一个支持同 步共享的三维c a d 原型系统，完成a 1 i a s 系统和共享平台之间的实时数据交换， 从而实现产品模型的协同浏览。 美国i o w a 大学的i n t e r n e t 实验室完成了一个基于w e b 的协同设计原型系统 c y b e r v i e w i b j ，该系统通过i n t e r n e t 为工作组成员之间传递c a d 图档和其它工程 信息提供服务，采用v r m l 实现在浏览器下分布设计小组的c a d 图档的防同浏览。 1 3 2 国内相关技术研究现状 国内在这方面进行研究的有清华大学、浙江大学、武汉理工大学，东南大学， 山东大学，北京航空航天大学等高校。 清华大学进行了实时协同设计支撑系统原型c o d e s i g n 的设计与实现中的若 干问题研究例h 。 浙江大学采用多种客户端的脚本语言，如v b s e r i p t ，j a v a s e r i p t 等实现用 户交互和动态页面。这种方法可使用户通过w e b 浏览器把应用程序如l a v a a p p l e t ， a c t i v e x 和p l u g i n 等下载到客户端运行，j a v aa p p l e t 调用j d b c 与i n t e r n e t 上指定的数据库建立连接，实现服务器与用户的交互。该技术路线给出了通讯支 持、协议、一致性维护和并发控制、协同感知、任务和角色机制的有效实现方法 n 武汉理工大学采用s o l i d w o r k s 进行零部件建模，以i n t r a w e b 为平台，即综 合应用s o li d w o r k s ，s q ls e r v e r ，i n t r a w e b 和d e l p h i 等软件技术，来构建 i n t r a w e b 平台下的实体模型和尺寸参数库，从而建立一个基于b s 模式的三维 模型库系统，以实现零部件的网上浏览。客户端通过浏览器访问i n t r a w e b 服务 程序，在服务器端产生一个s e s s i o n 对象，由这个s e s s i o n 负责调用服务器端 s o li d w o r k s 对象【“。 东南大学机械工程系的孟秀丽等人在分析机床产品对协同设计支持环境的 要求和机床产品协同设计支持环境特点的基础上开发了机床产品协同设计支持 环境的原型系统9 l 。 北京航空航天大学的潘翔等人在分析对象版本数据结构基础上提出了一种 版本管理模型，在c a x a 计算机辅助协同设计平台中，已经采用这个模型进行协 同设计中的数据的版本管理并取得了良好的效果【l ”。 1 3 3 已有研究基础 作者所在实验室从1 9 9 8 年开始针对企业产品数据共享技术开展研究。1 9 9 9 年获得国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“基于w e b 的产品数据主模型 星强坚三些盔! ! ! ! 主兰焦堡塞 堑堡 信息共享与可视化技术研究”( 编号：8 6 3 5 t 1 - 9 4 2 0 0 7 ) 的资助，在研究上取得 了许多有价值的成果。杨百龙在其学位论文3 1 中对企业产品数据共享中的关键技 术进行了研究和实现，其研究内容主要包括： 产品数据主模型建模技术 可视化产品结构树及相关技术 产品几何信息从s t e p 到v r m l 文件转换技术 本论文是在已有研究成果基础上所进行的深入研究。这醴明本论文的研究具 有一定的研究基础和技术支撑。 1 4 课题来源及研究意义 本题目来源于国防“十五”预研课题( 先进制造技术领域) ：“支持网络化产 品开发的易用型可视化信息共享技术”( 以下简称“预研课题”) 。 当前网络环境下实现信息共享存在诸多困难：数据不兼容、不支持w e b 、缺 乏有效的集成方式和方便的访问手段等，使协同过程的信息流产生严重阻塞。由 于产品研制涉及多次的迭代过程，其中各种设计、制造、管理等信息流的使用和 交换频繁，目前的研制模式由于信息难于方便快捷地实现共享，使褥相当一部分 时间都用于各类数据的查找和协调，严重影响了研制周期。本课题总的设计目标 是为企业提供一个基于w e b 的易用型产品信息集成及可视化共享平台：浚平台以 产品为核心，以v r m l 文件为产品几何信息主要载体，基于可视化产品结构树实 现与产品其它相关信息( 设计、工艺、制造等) 的紧密集成：在系统完成初始化 配置以后，产品共享信息的采集和发布具备较高的自动性；客户端采用瘦客户机 模式，用户只需借助通用w e b 浏览器即可实现对异地、异构环境下产品共享信息 的访问。 产品设计是一个试探、反复和发展的复杂过程，在产品设计周期内或在产品 的进化过程中必然要对原有的设计进行修改，从而形成多个不同版本研究表明， 随着设计规模的不断增大，设计人员在设计数据的管理和信息集成上花费的时间 也越来越多，发生错误的概率也越来越高因此，有效地对设计过程中产生的版 本进行管理，不仅可缩短设计周期，而且能保证设计数据的一致性和重用性，这 对降低设计费用、提高设计质量和效率均有重要意义。 产品信息共享涉及的数据种类多种多样，既有反映产品三维结构的三维模型 信息，又有包含与产品相关的各种文档及以数据库为存储手段的产品结构化数 据。本文以产品三维模型信息为研究对象，主要解决产品三维模型信息的共享与 采集及产品三维模型的版本管理。由于本文为课题的重要一环，因此，本文相关 工作的完成对课题完成预期目标具有重要意义，它提高了企业的产品创新能力， 耍! ! 三些盔芏塑圭堂照堡窭 塑堡 缩短产品的设计周期，降低产品开发成本。 1 5 章节安排 本论文章节安排如下： 第一章绪论分析当前企业产品设计过程中产品三维模型信息数字化共享 的需求，阐述本论文的主要研究内容、研究意义及课题来源，介绍国内外相关技 术的研究现状。 第二章体系结构的设计和支撑技术介绍基于w e b 的可视化产品结构树动 态生成与版本管理系统解决方案的总体框架、解决方案中运用的主要理论和技 术。 第三章基于w e b 的可视化产品结构树动态生成介绍产品设计开始阶段的 产品结构分解展示( 以产品结构树为载体) ，产品三维模型信息的采编、采编结果 的组织，基于可视化产品结构树的产品装配关系双向导航，产品三维模型信息的 动态发布。 第四章产品三维模型的版本管理介绍产品三维模型信息共享时的版本特 点及关系模型，版本管理的内容及实现。 第五章原形系统的实现与结果验证介绍基于w e b 的可视化产品结构树动 态生成与版本管理系统的实现验证。 第六章结束语总结本文，并对进一步的研究工作提出了展望。 1 6 本章小结 本章分析了产品三维信息数字化共享的需求和重要性，分析了国内外研究现 状，介绍了论文的主要研究内容，指出了本文的课题背景及其重要的理论意义和 现实价值 西北工业大学倾士学位论文 堡至i 构的设计与支撑技术 第二章体系结构的设计与支撑技术 本章作者首先提出产品三维信息共享时基于w e b 可视化产品结构树的动态 生成与版本管理系统的体系结构，并详细介绍了体系结构中所使用的主要支撑技 术。 2 1 总体结构设计 2 1 1 系统框架结构 构建基于w e b 的可视化产品结构树动态生成与版本管理系统，目的是解决目 前网络化产品开发存在的信息共享手段缺乏、共享范围小、可视化程度低等突出 问题，从而提高了企业的产品创新能力，缩短产品的设计周期，降低产品开发成 本。 系统采用b r o w s e r s e r v e r 的结构来搭建，从功能结构上划分为三个层次： 应用层、业务逻辑层和数据层。各层通过计算机网络共享数据和通信旧。 1 应用层 应用层的功能是实现与用户的交互，它是用户与i n t e m e t 之间交互信息的窗 口，通过i e 浏览器浏览i n t e r n e t 网页，这些网页是由动态网页交互技术a s p 编 写的h t m l 页面。 2 业务逻辑层 业务逻辑层的功能是进行具体的运算和数据处理，是整个应用系统的核心部 分，是信息的管理者，可进行信息的传递、信息的发布，接收来自应用层的数据， 按一定的规则处理、维护与数据库的连接，并向数据库服务器发送命令、进行数 据交换。 3 数据层 数据层的功能是实现对数据库的数据进行查询、修改、更新等任务。数据层 提供对数据的管理，并进行数据的读和写，完成数据的存储。 在三层的b s 结构中，应用层、业务逻辑层、数据层被放在三个独立的单元 中，即w e b 浏览器、w e b 服务器0 i s 6 o ) 和数据库服务器。w 曲浏览器和w 曲服 务器之间借助超文本传输协议h t r p ，通过超文本格式h t m l 的w e b 页面链接 起来。 系统总体框架参见图2 1 。 亘韭三些盔堂塑主堂焦堡壅一一 笠茎丛塑堕堡盐量塞燮垫查 应 用 层 业 务 逻 辑 层 数 据 2 1 2 系统性能 ：产品三维模型信息 的版本管理 i 一 r 一 。一一一 r 一 结构箢解后的产。：b 。岛、i 产箍三维模型信息 i ，、舄结构树 f r 专，7 i 采编 一一一 、 - i 厂 i | i 、割 吲 一一一刊誊l 歹一 一 、； 一= ：二二：二二= ；3 1 o r a c l e 。 j i u _ _ _ ! 。兰一一 图2 - 1 系统框架 b s 的三层结构使得在配置应用系统时，可以将应用层、业务逻辑层和数据 层部署到各自分离的物理层，使系统具有更多的自由度。这种体系结构的实现， 使系统的结构更合理，具有良好的性能： 产品设计开始阶段的产品结构分解展示 产品设计开始阶段，产品的负责人将产品分成几大实体结构部件，这些实体 结构部件挂接在产品结构树的根节点下，以产品结构树展示，通过系统的w e b 平台可实时、可视化地浏览产品的开发进展状态。 产品信息共享简单方便 开发的c a t i a 产品三维模型信息采编器使用简单，方便，用户输入用户 名和密码验证正确后c a t i a 产品三维模型信息采编器自动完成产品装配信息与 几何图形信息的自动采集。 产品数据的共享实现了跨地域，跨平台( c a d 平台) 共享。 整个系统采用b s 结构，每个设计用户只要拥有一个帐号，即可在客户端 进行产品三维模型信息采集和浏览。 实现了产品三维信息的回溯 产品设计人员能够随时访问共享的产品三维模型信息，并保证这些数据总 属于最新的版本，同时通过对版本变化过程的控制以维护设计信息的前后一致 忡。 西北工业大学硕士学位论文 体系结构的设计与支撑技术 2 2 系统支撑技术 本文中，所研究的共享的产品三维模型信息其w e b 几何模型为v r m l 几何图 形，几何图形信息存储于服务器上，非几何信息存储于数据库中。下面重点介绍 一下v r m l 标准，数据库技术，w e b 技术。 2 。2 1v r m l 标准 虚拟现实建模语言( 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 ，v r m l ) 【1 4 韵产生 可以追溯到1 9 9 4 年3 月在日内瓦召开的第一届w w w 大会上，虚拟现实建模语言 v r m l 首次被正式提出，在这个会议上v r m l 作为一个3 dw e b 标准被提出。随后 v r m l 标准也得以不断补充与完善，最终于1 9 9 8 年1 月正式获得国际标准化组织 i s o 批准，简称v r m l 9 7 。 v r m l 用文本信息描述三维场景，在i n t e r n e t 网上传输，在本地机上由v r m l 的浏览器解释生成三维场景，解释生成的标准规范即是v r m l 规范。当初v r m l 的设计者们考虑的也正是文本描述的信息在网络上的传输比图形文件迅速，所以 他们避开在网络上直接传输图形文件而改用传输图形文件的文本描述信息，把复 杂的处理任务交给本地机从而减轻了网络的负荷【l5 1 。 基于a s c i i 码的低带宽可行性：v r m l 像h t m l 一样，用a s c i i 文本格式来描 述世界和链接，保证在各种平台上通用，同时也降低了数据量，从而在低带宽的 网络上也可以实现。 v r m l 规范支持纹理映射、全景背景、雾、视频、音频、对象运动和碰撞检 测，是在制造业使用较为广泛的w e b 3 d 技术之一。v r m l 是一种3 d 交换格式，通 过在浏览器中安装v r m l 插件，用户就可以方便的浏览w e b 上的三维图形。 1v r m l 具有以下特点【1 6 】： 1 ) 编辑简单、容量小 它是一个3 d 造型和渲染的图形描述性语言，用普通的文本编辑器就可以编 写出来；它是面向网络的语言，它是应网络而生，髓网络而发展；传输的是 小容量的w r l 等格式的文件。 2 ) 动态对象描述和超链接 v r m l 可以描述静态的和动态的三维对象，也能够通过超链接的方式连接到 别的场景和媒体( 如音频、视频、图片、网页等) 。 3 ) 通用性 v r m l 浏览器和生成v r m l 文件的工具广泛适用于多种平台的计算机，具有开 放的标准。 竺型生曼坐奎兰鎏生兰型蔓一一一一一 一 堡至堕塑笪堂：! 生兰堡丝查 4 ) 扩展性 v r m l 是一种可扩展的语言。经过注册，允许开发者对基本标准增加新的可 交互对象。 5 ) 易实现 由于v r m l 的设计考虑了其写作工具和浏览器的易实现性，在v i m l 元素与 通用的三维图形编程接口( 特别是s g i 公司的o p e ni n t e n t o r ) 间有对应关系，因 此利用现有图形接口很容易开发v p 汕t l 写作工具和测览器。 2v r m l 文件的结构 v r m l 文件是一种以w r l 为扩展名的a s c i 文件，和h t m l 文件一样，可以 用文本编辑器直接编辑。v 鼬f l 语言是一种基于对象、结构化的语言。每个v r m l 语言都由如下几个部分组成： 1 ) v r m l 文件头( f i l eh e a d e r ) 每个v r m l 文件都必须有一个说明本文件的v r m r l 文件头。一般为： # v r m lv 2 0u t f 8 此外，文件头还包括作者信息，使用简介等等附加信息。 2 ) v r m l 文件注释( f il ec o m m e n t s ) 编写v r m l 文件有如编写程序，为了方便其它人对v r m l 文件进行阅读和修 改，v r m l 文件中有许多说明文件中指令的注释。这些注释均以”# ”开头。例如： # 画一个圆柱体 # 作者：x x x 3 ) v p d v l l 绘制对象指令( n o d e s ) 4 ) v r m l 对象的大小参数设置( f i e l d s ) 由于v i g i l 文件是一种描述性文件。所以，三维空间中的任一立体对象的描 述都至少需要由两部分组成：绘制指令( 也称节点) 和对象参数( 也称参量域) 。 2 2 2 数据库技术 随着网络及企业信息化的发展，数据库发挥着越来越重要的作用，同时数据 库也越来越广泛的应用于企业的各个方面，数据库已成为我们管理数据的有效手 段。数据库是为满足某一组织中多个用户的多种应用需要，在计算机系统中按 定的数据模型组织、存储的相互联系的数据集合”。 几十年来，数据库技术发展经历了由层次数据库、网状数据库到关系数据库、 对象关系数据库到将来的发展趋势面向对象型数据库。其中层次和网状数据库系 统虽然实现了应用环境中多个用户对数据库的共享，但由于缺乏数据的独立性和 高效的查询手段而被关系型数据库素替代。由f 关系模型比网状模型、层次模型 更为简单灵活，所以基于关系模型的关系数据库的研制上发展很快，关系数据库 1 0 西北工业大学硕士学位论文 体系结构的设计与支撑技术 库产品在今天得到了广泛的应用，网状模型、层次模型己逐步退出市场。现今使 用的大多数数据库系统都是支持关系模型的，例如o r a c l e ，s q l s e r v e r 等数据 库都是关系型的。 l 数掘库原理 1 ) w e b 数据库 w e b 数据库系统( w e b b a s e dd a t a b a s es y s t e m ，w d b s ) 是w e b 技术和数据库 技术相结合的产物。为实现网上数据的高效存取、产生交互式的动态v f e b 页面， 就必须以大量的数据信息为支撑，这必然导致数据库系统的引入t 从而出现了 w e b 数据库系统【l ”。 为适应基于w e b 的数据和信息的存储要求，基于w e b 的数据库系统应具备如 图2 2 所示的体系结构。 图2 - 2w e b 数据厍系统结构 其工作逻辑描述如下： ( 1 ) 用户通过w e b 浏览器向w e b 服务器发出数据操作服务请求。 ( 2 ) w e b 服务器接受用户请求，执行相关的扩展应用程序与数据库服务器相 连接，通过数据库查询语言s q l 等方式向相应的数据库服务器提出数据库处理服 务申请。 ( 3 ) 数据库服务器解释服务申请并执行相应的数据处理操作，当操作完成以 后，将处理结果返回给w e b 服务器。 ( 4 ) w e b 服务器接受数据处理结果并返回给w e b 浏览器。 目前，支持w e b 数据库运作的数据库互联技术主要包括：c g i 技术，服务器 a p i 技术、p a d 技术、j d b c 技术等。 2 ) 结构化查询语言 结构化查询语言s q l 是用于查询、更新和管理关系数据库的一种语言。s q l 是由美国国家标准局( a n s i a m e r i c a nn a t i o n a l s t a n d a r d si n s t i t u t e ) 和i s o 制定的标准。s q l 语言是数据库管理系统的核心，由于使用方便、功能丰富、简 单易学，所以很快得到了广泛应用。各种数据库系统几乎都支持s q l ，或者提供 s q l 的接口。这就使得无论是大型机、中型机，或者小型机以至微机上的各种数 据库系统都提供了共同的存取语言标准接口，为更广的数据共享开创了乐观前 耍韭王些盔望堕生堂焦堡l 一一 堡墨缕塑照垄生曳塞垡垫查 景。在面向对象的数据库系统和其他新型的数据库系统的研制中，大多数数据库 语言也是在s q l 的基础上发展起来的【3 9 1 。 s q l 语言同时集成数据库d d l ( d a t ad e f i n i n gl a n g u a g e ) 语言和d m l ( d a t a m a n u f a c t u r i n gl a n g u a g e ) 语言的功能，包括查询( q u e r y ) 、操纵( m a n i d u l a t i o n ) 、 定义( d e f i n i t i o n ) 和控制( c o n t r 0 1 ) 四个方面。 s q l 语言的主要语句有数据查询语言s e l e c t ，数据操纵语言i n s e r t 。u p d a t e ， d e l e t e ，数据定义浯言c r e a t e ，d r o p 。s e l e c t 用于检索数据；i n s e r t 用于向 一个表中增加行；u p d a t e 用于更新数据表；d e l e t e 用于删除行；数据定义语言 c r e a t e ，d r o p 分别用于创建一个新表和删除一张表。 2 数据库访问技术简介【1 8 】 目前微软公司为应用软件开发平台提供了一系列的数据库访问技术，这些技 术各有自己的特点，有o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 、d a o ( d a t a b a s e a c c e s so b j e c t ) 、o l ed b ( o b j e c tl i n ka n de m b e d d i n gd a t a b a s e ) ，a d o ( a c t i v e x d a t ao b j e c t ) ，它们提供了简单、灵活、访问速度快、扩展性好的开发技术。 o d f 3 c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v it y ) 是客户应用程序访问关系数据库时提 供的一个统一的接口，对于不同的数据库，o d b c 提供了一套统一的应用编程接 口( 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 ，a p i ) ，使应用程序可以应用所提供 的a p i 来访问任何提供了o d b c 驱动程序的数据库。由于o d b c 是一种底层的 访问技术，因此，o d b ca p i 可以使客户应用程序能够从底层设置和控制数据库， 完成一些高层数据库技术无法完成的功能。 d a o 提供了一种通过程序代码创建和操纵数据库的机制。多个d a o 构成