（机械设计及理论专业论文）基于web技术的三维模型库系统的设计与开发.pdf

基于w e b 技术的三维模型库系统的设计与开发 摘要 c a d ( 计算机辅助设计) 技术的应用在制造业中正发挥着越来越重要的作 用，已成为现代企业在市场激烈竞争中获胜的关键因素之一。随着计算机网络 技术的迅猛发展和日益成熟，基于w e b 的c a d 技术将成为制造业发展的方向。 i n t e m e t 和i n t r a n e t 技术为不同地理位置的设计人员之间提供了通讯与协作的可 能。本文提出了建立基于w e b 方式的三维模型库系统的设计思想，并进行了初 步尝试，通过采用w e b 应用开发的新技术和新工具，构建了以b s 为系统结构 的三维模型库系统。系统采用了基于a s r n e t 的动态交互式w e b 运作方式，它 的投入运行为i n t e m e t 用户提供了一种新型的网上c a d 信息共享途径，具有广 阔的应用前景。 本课题融合了c a d 、数据库、网络等一系列技术，对i n t e m e t 环境下三维 模型库系统的建立进行了积极的探索，设计出了基于w e b 的标准件和企业专用 件的网上信息浏览、查询，三维图形浏览及下载等功能模块，同时考虑了系统 的可维护性、可扩充性以及安全性问题，并通过树状结构较好地显示了模型库 系统中零部件的层次关系，使得大量的设计资源在互联网上得到最大程度的共 享，具有一定的实用性和先进性。 本文从模型库系统的建库原理、系统的结构、功能和特点、系统的实现以 及系统的运行这几个方面对整个系统进行了全面的阐述，在系统的实现这一部 分还详细介绍了虚拟目录的设定、w e b 窗体的布局、模型图的处理、树状结构 的构建、数据库及其访问设计以及安全性设计等内容，并对系统开发过程中所 涉及的相关技术作了具体介绍。 关键词：w e ba s e n e tb s 三维模型 t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f3 dm o d e l l i t r a r yb a s e do nw e b a b s t r a c t c a dt e c h n o l o g yh a sb e e np l a y i n ga l li m p o r t a n tr o l ei nm a n u f a c t u r e ，a n dh a s b e c o m et h ek e yf a c t o r t ow i ni nt h ea r d e n tc o m p e t i t i o nf o re n t e r p r i s e s w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e r a c tt e c h n o l o g y , c a dt e c h n o l o g yb a s e do nw 曲w i l lb e c o m et h e d e v e l o p m e n td i r e c t i o no fm a n u f a c t u r e i n t e r a c ta n di n t r a n e tt e c h n o l o g yp r o v i d et h e p o s s i b i l i t i e so fc o m m u n i c a t i o na n dc o l l a b o r a t i o nf o rd e s i g n e ri nd i f f e r e n ta r e a s t h e p a p e rp r e s e n t st h ed e s i g nc o n c e p to fs e t t i n gu p3 dm o d e ll i b r a r yb a s e do nw e b w e t a k ea t t e m p t s ，a n ds e tu p3 dm o d e ll i b r a r yb a s e do nb sb ya d o p t i n gn e w t e c h n o l o g y a n dt o o l s t h es y s t e ma d o p t st h ed y n a m i ca l t e r n a t i n gw r e bo p e r a t i o n a lm a n n e rb a s e d o na s e n e t t 1 1 er u n n i n go ft h el i b r a r yp r o v i d e san e wc a di n f o r m m i o n s h a r e d a p p r o a c hf o ri n t e r a c tu s e r s i th a st h ea m p l ea p p l y i n gf o r e g r o u n d t h ei t e ma d o p t st h et e c h n o l o g yo fc a d ，d a t a b a s ea n di n t e r n e t ，a n dm a k e s a c t i v ee x p l o r a t i o n sf o rs e t t i n gu p3 dm o d e ll i b r a r y w ed e s i g nt h ef u n c t i o nm o d u l e s o fi n f o r m a t i o nb r o w s e r , i n f o r m a t i o ne n q u i r e ，3 dm o d e lb r o w s e ra n d3 dm o d e l d o w n l o a da n da l s oc o n s i d e rt h em a i n t a i n a b i l i t y , e x p a n s i o na n ds a f e t yo ft h es y s t e m t h el i b r a r yd i s p l a y st h et i e rr e l a t i o n so fp a r t s ，a n dm a k e st h ed e s i g nr e s o u r c e ss h a r e d o ni n t e m e t i th a sp r a c t i c a b i l i t y t h ep a p e re x p l a i n st h ew h o l es y s t e mf r o mt h et h e o r y , t h es t r u c t u r e ，t h e f u n c t i o n ，t h et r a i t s ，t h er e a l i t yt e c h n o l o g ya n dt h er u n n i n go ft h es y s t e m i nt h ep a r t o ft h es y s t e mr e a l i t yt e c h n o l o g y , i ti n t r o d u c e st h ev i r t u a lc a t a l o g u ee n a c t m e n t ，w e b f o r m sl a y o 吐3 dm o d e lp a r t sd i s p o s a l ，t r e cs t r u c t u r ee s t a b l i s h m e n t , d a t a b a s ea c c e s s d e s i g na n ds a f e t yd e s i g n i ta l s oi n t r o d u c e st h ei n v o l v e dt e c h n o l o g ya b o u t3 dm o d e l l i b r a r y k e y w o r d s ：w e b ，a s p n e t , b s ，3 dm o d e l 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 驴 主席： 气a 、 答辩委员会签名 倌| 9 文极 委员： 1 唣久么钆铂艺锄轰磋l 穗匆j 勿l 乙石j 韶 剔吼兹椎 插图清单 图卜1 总体体系结构l 图卜2 企业信息化整体解决方案的支持平台与工具2 图2 - 1a s p , n e t 技术访问w e b 数据库的结构流程7 图2 2 数据管理过程8 图2 - 3 层次模型9 图2 4 网状模型9 图2 - 5 三维模型共享流程1 0 图2 - 6 各层的映射关系1 1 图2 7 利用e r - d t d 方法实现由e r 图到d t d 图的转化1 2 图2 - 8 模型库系统的结构1 3 图3 一ls o l i d w o r k s 三维造型界面1 6 图3 - 2w e b 体系结构1 7 图3 - 3 n e t f r a m e w o r k 结构1 8 图3 - 4a s p 程序和网页接口1 9 图3 5a sp - n e t 程序和网页接口1 9 图3 - 6a s p n e t 体系结构示意图1 9 图3 7a d o n e t 对象模型图2 4 图4 - 1 系统功能模块2 7 图4 2 零部件模型界面2 8 图4 - 3 标准件三维模型2 9 图4 4 企业专用件三维模型2 9 图4 - 5w e b 窗体页面继承关系3 0 图4 - 6c a d 模型信息存储和显示过程3 6 图4 7 图形传送的信息流程3 6 图4 8 节点层次结构图3 7 图4 - 9 模型相关信息数据类型定义表4 0 图4 - 1 0 模型图库索引数据类型定义表4 0 图4 - 1 11 - 1 关系4 l 图4 - 1 21 - m 关系4 l 图4 一1 3m m 关系4 1 图4 1 4 模型相关信息表4 2 图4 1 5 模型图库索引表4 3 图4 - 1 6 对象结构图4 4 图4 - 1 7 数据存取流程图4 6 图5 - 1三维机械模型库系统主页面4 8 图5 2 三维机械模型库系统修改页面4 9 图5 3 三维机械模型库系统增删页面4 9 图5 4 模型库运行环境5 0 图5 5 模型库运行原理5 l 图5 - 6 模型库运行过程5 2 表格清单 表4 - i 零部件父子从属关系表3 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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 金g 垦至些盍堂 或其他教育视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作了明确的说明 并表示谢意。 1 ，竹 学位论文作者签名： 、智丈量 签字日期：。5 年6 月1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金 胆至些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名、誊叉垤 签字日期：夕。5 年月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期：矿l - 年f 月 电话 邮编 日 7 致谢 首先，衷心感谢我的导师赵韩教授在我入学两年多来对我的精心指导和关 怀照顾! 赵老师严谨求实的治学风范、丰富渊博的知识和求实创新、不断进取 的工作作风以及孜孜不倦的科研精神将使我受益终生。 两年多来，导师不仅教会了我如何在科研的道路上取得进步，更重要的是 教会了我如何做人，如何实现人生价值。我所取得的每一点成绩都凝注了导师 的心血! 本人在论文撰写期间还得到了董玉德教授的悉心指导和帮助，在此对他表 示深深的谢意! 此外，数字化设计教研室的所有老师和同学也给予了我很大的帮助。在此， 向他们表示诚挚的感谢! 最后，感谢我的亲人对本人学习和研究工作的支持和帮助! 作者：曾文萤 2 0 0 5 年5 月 第一章绪论 1 1 概述 伴随着经济全球化的发展趋势，“以信息化带动产业化，以工业化促进信息 化”的战略方针已受到普遍重视，制造全球化、网络化、虚拟化和绿色化正逐 步成为现代制造业发展的重要趋势。在制造业领域中，如何将制造技术 f m a n u f a c t u r et e c h n o l o g y ) 和信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) 有机结合起来，构 建适应企业产品开发所需的信息化作业平台，推动制造业变革，已成为企业应 对日益激烈的市场竞争和复杂多变的客户需求，确保企业生存和发展的关键因 素i l 】。伴随着计算机网络技术的迅猛发展和日益成熟，基于i n t e r n e t 的c a d 技 术已成为制造业发展的方向，也是目前学术机构和企业的一个研究热点。i n t e m e t 和i n t r a n e t 技术为不同地理位置的设计人员之间提供了通讯与协作的可能。通 常，基于i n t e m e t 的c a d 用户可分成两类：一类是使用c a d 软件进行协同设 计的用户；另一类是使用w w w 浏览器进行浏览的用户。因此，基于w e b 技术 的三维模型库系统应具有如下特征：( 1 ) 以网络化的计算机系统为平台的设计系 统；( 2 ) 以完善的数据库为核心的信息查询系统；( 3 ) 产品结构和加工过程的仿真 技术系统；( 4 ) 三维实体建模技术系统【2 j o 本项目融合c a d 、数据库、网络等一系列技术，对i n t e m e t 环境下三维模 型库系统的建立进行了积极的探索，设计出基于w e b 方式的标准件和企业专用 件的网上信息浏览、查询，三维图形浏览及下载等功能模块，同时考虑系统的 可维护性、可扩充性以及安全性问题，并通过树状结构较好地显示模型库系统 中零部件的层次关系，使得大量的设计资源在互联网上得到最大程度的共享， 具有一定的实用性和先进性。在项目的开发过程中，以a s p , n e t 为模型库开发 平台，结合使用三维建模技术s o l i d w o r k s 和数据库技术s q ls e r v e r 2 0 0 0 ，并以 a d o n e t 为数据访问工具，c 群语言为开发语言，进行b s 结构的三维模型库 构建。总体体系结构如图1 - l 所示： 服务器端 图1 - 1 总体体系结构 1 2 以模型库为核心的企业信息化 信息技术的迅速发展促进了企业经营管理模式的变革和先进制造技术的发 展，也促进了全球制造业的重组和分工，加剧了企业的竞争，使企业从地区的 竞争扩大为全球范围内的竞争，使单个企业之间的竞争发展为供应链和企业群 体之间的竞争。同时信息技术又为制造企业实旌旨在提高其市场竞争力的先进 制造战略提供了使能工具和平台，用信息技术改造和提升传统产业，通过实施 信息化增强企业的竞争力得到了越来越多企业的认同，用信息化带动工业化已 经成为我国广大企业自觉的行动和追求的目标。 p d m 技术是一门在产品开发过程中，用于产品相关的过程的技术。在开发 c a d 、c a p p 、c a m 、m i s 等局部的、专门部门的应用系统中，所产生的数据 涉及产品的不同方面，信息很难在部门之间准确、可靠与安全地传递、共享【孙。 通过p d m 可以实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理。随着产品 开发的复杂度不断加深和企业信息化技术的成熟，p d m 技术正在发挥着越来越 重要的作用。在企业信息化整体解决方案的实施中，一般以模型为其核心，其 使能工具有模型库、建模管理系统、建模与分析系统、接口处理系统、平台与 执行系统、辅助管理系统掣”。企业信息化整体解决方案的支持平台与工具如 图1 2 所示： 图1 2 企业信息化整体解决方案的支持平台与工具 模型库系统将各种零部件的信息存放在一起，并配有管理系统和相应c a d 标准接口。它是由零部件的模型图及相关信息构成的集合，这里的零部件包含 的范围广，可以是标准化机构颁布的标准件，也可以是企业中的标准件、专用 2 件和典型的变型零部件以及对供应商提供的成品。 根据系统提供的是零部件的二维图纸还是三维模型图，可将模型库系统分 为二维模型库系统和三维模型库系统。二维模型库系统提供给用户的是零部件 的二维图纸，因此存在着一定的局限性；三维模型库系统同以往的二维模型库 系统相比，由于可向用户提供零部件的三维模型图，显示的是零部件的三维效 果，因此系统更具直观性和实用性。在三维模型库系统中，根据不同的系统结 构，可分为基于c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构的三维模型库系统和基于b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构的三维模型库系统。其中，基于b s 结构的三维模型库系 统应用范围广，开放性好，可面向广大的i n t e r n e t 用户，是一种良好的产品资源 共享方式与途径，它的建立为制造业全球化发展趋势下的设计活动带来了方便， 使得企业尽可能利用全世界范围内的资源优势来组织其生产活动。 模型库系统的发展趋势从以往的二维模型库系统逐步向三维模型库系统发 展，并以基于w e b 方式的三维模型库系统为其主流发展方向。综合c a d 技术、 数据库技术、集成技术和协同技术等现代技术开发的基于w e b 方式的三维模型 库系统可通过因特网为用户提供服务，对于零部件提供者来说，需要把零部件 的信息按照模型库标准转换为标准的数据描述，并作为信息化的产品目录提供 给i n t c m c t 用户，用户则可通过因特网检索模型库系统的零部件信息和三维模型 图【5 】口 1 3 本论文研究的背景、目的 随着通讯技术的不断进步和i n t e r a c t 的迅猛发展，制造业信息化的时代已经 到来，人们的生活与i n t e r a c t 的联系也愈加紧密。制造业信息化的时代不断强调 c a d 模型库的共享以及资源的重复利用，人们迫切希望通过互联网来浏览并下 载自己所需的产品零部件，这促使c a d 系统向基于i n t e r a c t 的网络系统方向发 展。基于i n t e m e t 的c a d 系统旨在提供一个良好的协同工作平台，最大限度地 实现资源共享，尽可能降低信息冗余，避免建模过程中的重复工作，提高设计 的柔性和高效性。另一方面，传统的基于c s 结构的开发模式已经不能构建满 足人们现代需求的软件系统，为了使i n t e m e t 站点给用户提供更加优质的服务， 基于b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构的软件系统的建立己成为软件开发模式改变的一 种强烈趋势，并成为推进企业信息化工作的有效途径。 在上述背景下，本文以s o l i d w 0 r k s 为c a d 开发平台，以a s p n e t 为技术 核心，进行了基于b s 结构的互联网环境下的三维模型库系统的研发工作。伴 随着i n t e r a c t 技术的发展，这种基于w e b 方式的c a d 信息发布和数据共享技术 将得到广泛应用。 1 4 国内外研究状况分析 计算机技术和网络技术的迅速发展为数据管理，特别是异构数据的管理提 供了一条新途径，使得传统模型库系统发生了质的飞跃，逐步向网络化方向发 展，以面向多用户的远程资源共享为目标。以网络为中心的c a d 是涉及实体造 型、计算几何、数据库、分布计算和远程通信等多个学科的交叉研究领域，网 络化c a d 应当支持全球化产品开发成员( 包括设计、制造、销售、管理人员等) 以并行方式交换信息，并在产品生命周期全过程中进行协作。 以往模型库系统的构建主要是采用a u t o c a dr 1 4 绘图，将图纸文件转换 为d w f 格式( c a d 网络格式文件扩展名) ，并建立图纸文件库，采用c + + 等语言， 根据图纸文件索引数据库表来实现对图纸的选择，d w f 文件可在安装了浏览器 插件w h i p 3l 的浏览器中以只读方式打开并浏览，但d w f 文件基于矢量性质，其 图形只能静态显示，无法实现模型的三维动态显示。采用这种模型库构建技术 构建的模型库由于不包括三维信息，不能用于三维的设计中，存在一定的缺陷， 因而有必要研究三维模型库的建库方法。 如何有效管理c a d 的大量数据信息和图形库，建立面向w e b 的网络化三 维模型库，创造更和谐的入机协作环境是目前一项重要的研究内容。国内外已 掀起了相关方面的研究热潮。 国外研究取得很大的进展，部分已经转化为商业化的应用【6 】。 1 w e b s c o p e 开发出完全基于j a v a 的网络化c a d 产品。设计人员能在标准浏 览器上获得产品二维和三维信息。实现功能包括2 d 文本和图像注释，3 d 注 释，视图旋转、平移、放大，加亮隐藏指定模型特征和交叉视图等。 2 s p a t i a l 提供软件组件和服务，用于3 d 协同工作、建模和可视化。通过把现 有的软件程序集成到自己的3 d 组件中，使设计者得到模型3 d 功能。s p a t i a l 的几何核心是a c i s ，它利用o p e n i - i s f3 ds t r e a m 技术解决三维模型网络传 输问题，并提供了简单的注释功能。 3 t e x a s 大学开发的s h a s t r a 是一种几何造型、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。 4 澳大利亚大学先进制造研究中心开发出网络化c 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。 5 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 d3 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。 国内在这方面进行研究的有清华大学、浙江大学、武汉理工大学等高校。 1 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 干问题研究州。 2 浙江大学采用多种客户端的脚本语言，如v b s c r i p t 、j a v a s c d 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 j a v a a p p l e t 、a e t i v e x 和p l u g i n 等下载到客户端运行，j a v a a p p l e t 调用j d b c ， 与i n t e m 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】。 3 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 l i 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 l i d w o r k s 对象悼一j 。 在本项目的开发过程中，提出一种新型的基于w e b 方式的构建技术路线， 即结合使用数据库s q ls e r v e r2 0 0 0 ，以a s p n e t 平台为核心，以a d o n e t 为 数据访问工具，配合插件技术，并以v i s u a ls t u d i o n e t 为开发环境，进行b s 模式下的三维模型库应用系统的开发。采用这种技术开发的系统可做到c a d 系 统和p d m 系统的无缝集成，并具有较为完善的安全机制，简单易用，操作方便。 这种基于w e b 的模型库构建技术充分利用了i n t e r n e t 的优势，优化了模型库的 存储，是一种新型的网上c a d 信息发布和共享途径。 1 5 课题来源、研究内容及拟解决的问题和意义 1 5 1 课题的来源和内容 本项目受到了国家科技攻关项目( 2 0 0 1 b a 2 0 1 a 0 1 - 0 1 ) 的支持。该项目的 研究使得大量的c a d 信息资源在互联网上进行发布和共享。这种构建在因特网 上的虚拟模型库系统存储着众多厂家生产的产品零部件的三维模型图和信息， 用户可通过因特网访问该系统并进行搜索，浏览所需零部件的三维模型图，并 下载到本地计算机使用。这使得大量的设计资源可以重复利用，提高了设计效 率和质量。 基于a s r n e t 平台开发的三维模型库系统运用了新型的设计与管理理念， 应用快捷、维护方便。具有一定的现实意义。模型库系统通过网上资源的传递 与共享，有效地管理了c a d 系统中的大量异构数据，具有广泛的研究前景和应 用前景。系统的建立和使用充分利用了i n t e r n e t 网络所带来的资源和信息方面的 优势，其基于网络环境的特性也体现了现代c a d 软件的网络相关技术特征。 1 5 2 课题拟解决的问题 1 采用s o l i d w o r k s 构建包括标准件和企业专用件在内的三维模型图，通 过w e b 服务器将机械产品零部件的模型图及相关信息在互联网上进行 发布，建立一种面向i n t e m e t 用户的网上c a d 信息发布和共享途径： 2 以树状结构显示产品零部件目录，便于用户快速高效地对零部件相关 信息查询； 3 实现用户在互联网上直接查询、浏览由s o l i d w o r k s 创建的三维模型， 用户在视图浏览中，可进行视图的旋转、平移、放大和缩小； 4 在新的模型信息存储机制下实现三维c a d 模型的网络传输，实现用户 三维模型的下载： 5 为了提高系统的安全性，数据库管理系统使用安全帐户认证来控制用 户对服务器的连接，同时根据实际情况，进行权限分配，将用户分为 一般用户和高级用户，高级用户可以通过窗体身份验证，实现对模型 库的修改、扩充和维护，通过实时的、动态的数据交换，保证不同用 户对模型的操作和观察的一致性。 1 5 3 课题的意义 1 模型库的运行使得机械产品信息在互联网这个大范围内实现了异地共 享，提高了企业的工作效率： 2 这种基于b s 结构的三维模型库系统，同传统的基于c s 结构开发的模 型库系统相比，系统程序全部运行在服务器端，开发和维护工作也都集 中在服务器端，因而降低了对客户端的要求，提高了客户端对业务处理 逻辑变化的适应能力和扩展能力，适应了当今“瘦”客户端的发展趋势； 3 系统是一种分布式产品设计和开发模式，它对传统设计手段和设计工具 提出了新的要求，使得产品从概念设计、细节设计、工艺分析、加工制 造、市场销售、最终用户的全过程人员都能够为产品的开发做出贡献： 4 该项目的研究是对基于w e b 方式的三维模型库系统的应用研究的一次 有益的尝试，对其他开发人员在进行相关系统开发时有一定裨益。 第二章三维模型库的建库原理 2 1w e b 数据库的简介 企业信息化是以数据库技术和网络技术为支撑的，其中数据库技术是其核 心。在数据库技术中，关系型数据库的应用范围最广，占据了数据库主流地位。 关系型数据库具有完备的理论基础、简洁的数据模型、透明的查询语言和方便 的操作方法等优点【l ”1 。关系数据库最初设计为基于主机，终端方式的大型机上 的应用，其应用范围较为有限，随着互联网的出现，关系数据库考虑了以 r n p 为基础、h t m l 为文件格式的互联网需求，数据库技术越来越趋向于i n t e m e t 上的应用或与i n t e r n e t 相结合。传统的数据库厂商之间的竞争已从原来面对面直 接的技术竞争，转变成为用户提供更优质应用服务的竞争。 作为企业信息系统核心的数据库系统正充分适应和利用着i n t e r n e t 所带来 的机遇和挑战。用户可以通过i n t e m e t 直接访问远程的数据库服务器，也可通过 w e b 服务器或中间服务器访问数据库。 w e b 数据库将数据库技术与w e b 技术很好地融合在一起，使数据库系统成 为w e b 的重要有机组成部分。实现数据库与网络技术的无缝有机结合，是数据 库发展的趋势 2 , 1 2 1 。w e b 数据库是一种动态的数据库，而非传统的单向浏览的静 态方式。利用a s p n e t 技术将传统数据库w e b 化，可使用户根据需要在浏览器 界面获得和参与，通过编程接口，实现对远程数据库的访问。运用成熟的 a s e n e t 技术进行w e b 数据库的查询是较好的方法之一【2 h 1 4 j 。利用a s e n e t 技术实现访问w e b 数据库的结构流程如图2 - i 所示： 数据库服务器w e b 服务器浏览器客户端 图2 - 1a s p n e t 技术访问w e b 数据库的结构流程 此时，w e b 服务器端应安装相应的数据库驱动程序和底层通信协议t c p i p 。 w e b 数据库的设计是w e b 应用程序开发设计中关键的环节，设计的合理与否不 仅会影响应用程序编程和维护的难度，而且会影响程序实际运行的性能。 2 2 三维模型库数据库的建库原理 2 2 1 数据的分类及管理 数据处理是三维模型库开发过程中的一个重要组成部分，数据库的功能完 善和使用方便与否，将直接关系到三维模型库系统的使用效果。工程数据具有 数据量大、记录类型多、关系复杂等特性。根据其性质将工程数据分为图形数 据和非图形数据；图形数据包括满足工程绘图的二维数据和产品图形所需的三 维设计数据，图形数据一般采用网状关系的层次结构，同一实体在不同阶段有 不同表示方法，需实现不同方法之间的转换。非图形数据包括普通的管理数据、 标准数据以及语义约束条件。根据数据的应用还可将工程数据分为产品定义数 据和设计与控制数据。 从建立数据库的角度出发，将工程数据分为以下三种【2 】： 1 标准数据 主要由国家标准和行业标准组成，基本表现为静态数据形式，多以图表或 曲线图表达，经过数据化处理后可建成关系数据库。 2 设计及工艺参数数据 这类数据经过计算而得到，呈现动态模式，需要在设计或制造过程中随机 存储，相互间关系较为复杂，建库比较复杂。 3 图形几何参数数据 由于设计过程的不确定性和产品的复杂性，将设计参数变成几何数据，以 确定产品的形状、尺寸等。这类数据有明显的动态模式，需通过交互式输入来 修改数据。 不少企业已利用m i c r o s o f ta c c e s s 、m i c m s o t ts q ls e r v e r 等数据库开发软件、 a u t o c a d 等图形软件和v i s u a lb a s i c 、c + + 等编程语言综合开发出大量行业基础数 据库，为数据库的w e b 化奠定了基础。数据库以文件形式输出数据，利用数据 库应用软件的功能建立和编制数据文件，供使用时读取。图形数据可通过数据 文件和或图形交换文件的形式进行管理，图形数据和非图形数据之间通过数据 转换接口实现数据交换。数据管理过程如图2 - 2 所示： 图2 - 2 数据管理过程 2 2 2 数据模型 数据模型是用来反映和表达记录型之间联系的逻辑模型，它是数据库系统 的核心，也是定义数据库模式的根据。目前，最流行的数据模型有三种：层次 模型，网状模型和关系模型【l ”。 1 层次模型 模型中实体之间的联系用树形结构来表示一对多的关系。在该模型中( 如图 2 3 、，每个节点表示一个记录类型，节点之间的连线表示记录类型间的联系。 记录类型描述的是实体，它由若干个字段组成，这些字段表示实体的属性。 每个节点是有联系的下属节点的父节点，下属节点是有联系的上属节点的子节 点。没有子女的节点称为树叶，具有同一父节点的节点称为兄弟。 图2 - 3 层次模型 2 网状模型 从层次模型角度来看，网状模型( 如图2 - 4 ) 是满足下列条件的层次关系的集 合： ( 1 )可以有一个或一个以上的节点无父节点； ( 2 ) 至少有一个节点有多于一个父节点。 昏暂萨划 图2 - 4 网状模型 网状结构与树状结构的根本区别在于是否允许有多个父节点。在网状模型 中，允许一个子女( 子节点) 有多个父节点，而在层次模型中，一个子女只允 许有一个父节点，两种数据模型的本质是一样的，都是用节点记录来表示实体， 用指针来表示实体间的联系。 9 3 关系模型 该数据模型是在1 9 7 0 年由美国i b m 公司研究员e e c o d d 首次提出。目前， 基于该数据模型的关系数据库具有完备的设计理论，且操作语言内容丰富，用 户使用方便。 一个关系模型是若干关系框架组成的集合。它的实例由若干关系组成，而 关系又由关系框架和若干元组构成。关系框架只阐述关系的结构，即关系中的 属性组成，相当于记录型。从用户角度来看，该模型将数据的逻辑结构归结为 满足定条件的二维表形式，用表中的值表示数据之间的关系，整个二维表叫 做一个关系，赋予一个名字。每张表都由列和行组成，每一列数据表示有关表 格描述对象的一个属性，而每一行数据则表示信息描述对象某一具体实例的所 有属性。 在关系数据库中使用事务来处理用户提交的修改表格和数据的操作，事务 对维护数据库中数据的一致性和完整性至关重要。事务是一次性完成的一组数 据库操作，所有操作要么全部执行成功，要么全部不执行。关系数据库在实施 事务之前先将要进行的操作写进日志，再进行实际的数据库修改。用户对关系 数据库所做的任何修改都被记录在日志文件中，日志文件有利于数据库的恢复 【7 1 8 】。 2 2 - 3x m l 视图生成技术 由于空间信息具有比较复杂的结构，不同产品采用不同的数据模型来描述 空间信息，所以i n t e m e t 用户难于共享网上的空间信息资源。随着网络技术的 迅猛发展，在异构分布的环境下实现知识的共享和集成要求采用w e b 技术将数 据的共享提升为知识的共享。通过数据和知识的互操作共享和集成来全面提高 空间资源的利用率。i n t e r n e t 用户可共用一个模型数据库，通过采用集中的产品 模型库来实现数据共享管理，以确保共享数据的一致性【6 】。三维模型共享流程 如图2 5 所示： 图2 - 5 三维模型共享流程 在i n t e m e t 环境中，空间信息异构问题体现在语义层、对象层、语法层等 不同层次上的差异1 1 9 j 啦n 。 1 语法层映射负责从二进制数据流到有结构的符号流的映射，例如把二进制 数据流映射到x m l 文本，需要符号n - 进制流的映射规则、基本符号与 符号组织规则、扩展符号与符号组织规则等； 2 对象层映射负责从有结构的符号流到一组对象实例的映射，例如从x m l 文档中提取对象时，需要设计一些对象类，描述对象类的含义和对象类之 间的关系等： 3 语义层映射负责从一组对象实例到一组概念和关系的映射，例如从对象系 统中提取概念与关系对象类，可以与某个概念形成映射，而对象类之间的 关系可以直接或通过一个新生成的对象类映射到某个关系上。 各层的映射关系如图2 - 6 所示： 语义层映 对象层映 语法层映 概念和关系实例 射 j 亡 对象实例 射 亡 有结构的符号流 时 j 亡 二进制数据流 圈2 - 6 各层的映射关系 x m l 的出现一方面可以缩小语法的差异，另一方面也在信息中增加了语义 内容，使得消除语义差异成为可能。x m l 通过标记文本的方法不但可以表达信 息内容，还可以表达信息的组织结构与语义，将计算机软件之间交换的知识提 升至4 了有结构且有意义的符号流的水平。 利用x m l 查询语言对现有的关系数据库的x m l 视图进行查询，然后以 x m l 文档的形式把结果返回给用户。关系数据的x m l 视图生成方法采用 e r d t d 方法1 2 2 , 2 3 1 。 e r - d t d 方法实现了e - r 模型到d t d 图的转换，它是在利用e r 模型生 成关系数据库的关系模式的同时生成了d t d ，该d t d 是在发布时可以用到的。 转化后得到的d t d 将作为x m l 视图被传递给用户接口模块，用户接口模块再 按照具体的规则将视图生成模块传输过来的x m l 视图，以某种具体而便于用户 查看的形式显示出来。图2 7 为一个实例实现了由一个e r 图经e r d t d 方法 转化生成d t d 图。 图2 7 利甩e r - d t d 方法实现由e r 图到d t d 图的转化 2 3 三维模型库系统结构 2 3 1 模型库系统逻辑单元 基于w e b 方式的三维模型库系统采用了开发性良好的b s 结构，由三个逻 辑单元组成：显示逻辑部分( 用户服务层u s e rs e r v i c e s ) 、事务处理逻辑部分( 逻 辑服务层l o g i c a ls e r v i c e s ) 和数据处理逻辑部分( 数据服务层d a t as e r v i c e s ) 。每 个逻辑单元通过计算机网络共享数据和通信 2 4 , 2 5 , 2 6 1 。 1 用户服务层 用户服务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 e n e t 编写的h t m l 页面。 2 逻辑服务层 逻辑服务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，也是各种信息服务的提供者和信息的管理者，可进行信息的传递、信息 的发布，接收来自表示层的数据，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 数据服务层 数据服务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。 另外，在以上三层的基础上增加了一些附加模块，称为中间层。中间层的功 2 能是提供应用程序服务、完成事务处理、管理数据库的连接、实现全域范围的 数据提取、负责关键功能模块的调度和分布、数据库和网络的优化及处理服务 器端和客户端应用程序运行过程巾出现的系统错误，保持数据一致性。 2 3 2 逻辑单元的功能 基于w e b 的方式三维机械模型库系统是以网络技术为交流信息的纽带，从 网络访问设计、链接设计和交流设计t 方面来满足网络应用的需求i 2 ”。它降低 了信息的冗余，具备面向散布在i n t e r a c t 上的广人用户的能力。 住三维模型库系统的结构中，用户服务层、逻辑服务层、数据服务层被放 在三个独立的单元中，即w e b 浏览器、w e b 服务器和数据库服务器。w e b 浏览 器和w e b 服务器之问借助超文本传输协议h t t p ，通过超文本格式h t m l 的 w e b 页面连接起来【6 2 8 ，2 9 3 。模型库系统的结构如图2 8 所示： 客户端l客户端2客广端3 模犁图库 图2 - 8 模犁厍系统的结构 1 客户端 用，! 切务层，即客，】端部分，它指的是与用户交互的图形用户界面，即直接 由用户面对的一系列应用程序的集合，主要是对逻辑服务层的参数进行殴定升 化给逻辑服务层，也即调用逻辑服务层对外的接口。模型库系统在客，。端浏览 器中显示三维c a d 模型