（计算机应用技术专业论文）计算机辅助盒型设计软件的研究.pdf

独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我 一同1 = 作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名f 墓窒鄙年占月才r 保护知识产权申明 本人完全r 解西安理工大学有关保护知识产权的规定即：研究生在 校攻读学位期问所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用孑本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成果。学校有杈保留本人所提交论文的原件或复印件，允i 午论文被查阅 或借阅；学校呵以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 ( 加密学位论文解密之前后以上申明同样适用) 论文作者签名：盔! 窒导师签名：时肆么月垢f i 摘要 学科名称 作者姓名 导师姓名 答辩日期 计算机辅助盒型软件的研究 计算机应用技术 李雪签名： 崔杜武签名： 2 0 0 4 年6 月 印茏 摘要 计算机辅助设计制造技术被公认为2 0 世纪9 0 年代十大重要技术之一。己成 功地应用于机械、航空等多个行业取得了良好的效果。本文首先介绍了国内外 c a d 技术的发展现状、发展趋势以及包装纸盒c a d c a m 的发展现状。分析了我 国现有包装设计存在的问题，进一步阐述了将c a d 技术引入到纸盒包装设计中来 的重要性和本课题的先进性。提出了一个基于w e b 的包装纸盒c a d 系统软件的整 体解决方案，弥补了现有包装纸盒软件的不足。对系统所采用的关键技术进行了简 要的介绍。在对现有的网络计算模式的综合比较下，确定了本系统的体系结构以及 基于m v c 模型的编程框架，并在此基础上利用j a v a 编程语言和面向对象技术在 w i n d o w s 操作系统下实现了本系统原型系统的开发。原型系统实现了二维盒型的设 计以及从二维设计的结构图贴图生成三维立体盒型，本文中给出了设计示例。并对 系统实现中的技术难点以及关键点进行了详细地说明。 本系统的设计和采用的相关技术使其具有良好的开放性、可扩充性以及跨平 台性。具有友好、统一的用户界面，用户易学易用等交互式c a d 系统的所有特点。 关键词：纸盒：盒型库；j a v a 2 d ：j a v aa p p l e t ：c a d ：m v c 西安理工大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nt h ec o m p u t e rd e s i g na i d e d f o rp a c k a g i n gd e s i g n s u b j e c nc o m p u t e ra p p l i c a t i o n a u 啊0 rn a m e ： s u p e r v i s o rn a m e ： d a t e ：j u n e ，2 0 0 4 a b s t r a c t c o m p u t e ra i d e dd e s i g nm a n u f a c t u r i n gt e c h o n o l o g y i sk n o w na so n eo ft h et e n i m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si nt h e2 0 t hc e n t u r y i th a sb e e na p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nm e c h a n i c s 、 a e r o s p a c ea n do t h e ri n d u s t r i e sp r o d u c i n g9 0 0 de f f e c t s i nt h i sp a p e rw e f i r s ti n t r o d u c et h e c a dt e c h n o l o g ys i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n di nd o m e s t i ca n da b r o a d ，t h e na n a l y s et h e m a i np r o b l e me x i s t i n gi np a c k a g i n gd e s i g no fo u rc o u n t r y , f u r t h e rd e a lw i t ht h ei m p o r t a n c e a n da d v a n c eo ft h ei n t r o d u c t i o n o fc a di n t op a c k a g i n gd e s i g n ，f i n a l l yw ep r o p o s ea s o l u t i o no fw e bb a s e dp a c k a g i n gc a ds y s t e ms o f t w a r ew h i c hc o m p e n s a t et h ed i s a d v a n t a g e o ft h ec u r r e n tp a c k a g i n gs o f t w a r e i na d d i t i o n ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g y u s e d i n t h i ss y s t e mi sp r e s e n t e d ，i nc o m p r e h e n s i v ec o n t r a s tw i t ht h ee x i s t i n gn e t w o r k c o m p u t a t i o nm o d e lw ed e s i g nt h e a r c h i t e c t u r eo ft h i s s y s t e ma n dt h ep r o g r a m m i n g f r a m e w o r kb a s e do nt h em v cd e s i g np a t t e r n u p o nt h et e c h n o l o g yf o u n d a t i o nd i s c u s s e d a b o v e ，w eu s ej a v al a n g u a g ea n do o pt e c h n o l o g yi m p l e m e n tap r o t o t y p eo ft h i ss y s t e m t h es o f t w a r es y s t e mi m p l e m e n t sat w od i m e n s i o n a lb o xs h a p ed e s i g na n dag e n e r a t i o no f t h r e ed i m e n s i o n a lc u b i cb o xs h a p ef r o mt h et w od i m e n s i o n a ld e s i g ns t r u c t u r a lp a s t eg r a p h ， w h i c hi se x e m p l i f i e di nt h ep a p e r w ea l s oi n t e r p r e ti nd e t a i lt h ed i f f i c u l t ya n dk e yp o i n to f t h et e c h n o l o g i e si nt h ei m p l e m e n t a t i o n 摘要 t h es y s t e mf e a t u r e dw i t hg o o do p e n i n g , e x t e n s i b i l i t ya n di n d e p e n d e n c eo ft h e p l a t f o r mw h i c ha r eg u a r a n t e e db yt h es o p h i s t i e a t e dd e s i g na n da d v a n c e dt e c h n o l o g i e s t h e f r i e n d l ya n du n i f i e du s e ri n t e r f a c em a k eu s e re a s i l yl e a r na n du s et h es y s t e mw i t h m i n t e r a c t i v ee n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：p a c k a g i n gc a n o n ；p a c k a g i n gd a t a b a s e ：j a v a 2 d ：j a v a a p p l e t ；c a d ： m v c 第一章引言 第一章引言 1 1课题背景和意义 随着社会经济的发展和网络时代全数字印刷概念的普及，人们对商 品包装的要求也越来越高，对印刷厂信息化管理水平的要求和设计人员 设计产品的精度也日益提高。对包装装潢设计而言，设计制版是其中最 为重要的一个环节，其工艺流程，包括设计思想、设计方法、设计手段， 直接关系到最终产品的质量好坏。 目前国内大多数包装厂商的制盒工艺过程是这样的：首先由专业的 设计人员设计好盒型( 包括盒型结构设计和外观设计) ，画好版面图( 手 工或是通过电脑，用电脑制作时，一般用c o r e l d r a w ，q u a r k x p r e s s ， f r e e h a n d ，p h o t o s h o p ，i l l u s t r a t o r ，p a g e m a k e r 两种到三种的组合) 。然后交 由专业制版公司，专业制版部门再用相应的软件制作成符合印刷规则的 菲林，交由印刷。印厂印刷完毕后根据印刷版的裁切线、压痕线等线条 ( 盒型轮廓图) 制作模切版( 一般是由专业的激光模切公司用a u t o c a d 软件重新制作一次盒型轮廓图) 。采用这样的工艺就存在两个大的问题： 一是盒子的整体或局部尺寸改变后，设计好的盒型需要重新制作，而且 设计纸盒盒片图时一般采用类比法，既无标准，又没有设计依据，导致 在自动糊盒时出现废品：二是制作模切版时，仍需要重复绘图制作盒型 轮廓图来驱动激光模切机制作模切版，这样经常会出现重新制作的模切 版和盒型印刷版之间存在套不准的问题，直接影响包装盒的成型以及质 量。本课题提出的计算机辅助盒型设计软件拟在解决以上两大问题。 将c a d 技术引入到包装纸盒的设计制版中，纸盒设计人员不但能将 他们的设计思想迅速、准确、逼真地表现出来，并避免人为不利因素的 影响，而且能够简单、迅速、方便地修改他们的设计方案，提高设计质 量和效率，缩短设计周期，满足用户需要。而且在包装盒c a d 系统中还 西安理工大学硕士学位论文 可以在设计过程中直观显示包装盒的三维立体效果，供设计人员和客户 检查设计中的错误，可以生成指导后续工艺的工作单，使设计工作规范 化、设计文件标准化。总而言之，本课题研究的计算机辅助包装盒设计 将弥补传统设计方法的不足，为设计人员提供了一种辅助设计工具，使 技术人员从劳动量大、重复性的半手工设计半自动化设计的困境中解脱 出来，从事更有创造性的工作，而且会在很大程度上提高包装盒的成型 和质量，缩短周期，节约企业资源。 1 2 c a d 技术概况及发展现状 计算机辅助设计与制造技术是计算机科学、信息技术与现代设计制 造技术相结合的产物，是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包 括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析( f e a ) 及优化设计、 数控加工编程( n c p ) 、仿真模拟及产品数据管理等内容【3 】，被国际公认 为2 0 世纪9 0 年代的十大重要技术成就之一。随着i n t e r n e t f i n t r a n e t 网络 和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时 仿真也得到广泛应用。c a d c a m 技术的高速发展使其在机械、建筑、 航空等许多领域都取得了极大的成功，提高产品性能和质量、缩短产品 开发周期、降低成本和增强市场竞争力方面都起到了巨大的作用。 c a d 技术发展到今天已有3 0 多年的历史了。5 0 一6 0 年代，c a d 技术 产生并且处于被动式的图形处理阶段。6 0 年代计算机图形学、交互技术、 分层存储符号的数据结构等新思想的提出，为c a d 技术的发展打下了坚 实的理论基础，而且出现了可供使用的商品化c a d 设备。1 9 7 0 年美国 a p p l i c o n 公司第一个推出完整的c a d 系统，标志着c a d 技术进入了广 泛使用时期，出现了面向中小企业的c a d c a m 商品化系统。7 0 年代末， 美国c a d 工作站安装数量超过1 2 0 0 0 台，使用人数超过2 5 万。8 0 年代， c a d 技术进入到突飞猛进的发展时期，图形系统和c a d ，c a m 工作站的 销售量与日俱增，美国实际安装c a d 系统至1 9 8 8 年发展到6 3 0 0 0 套。 2 第一章引言 c a d c a m 技术从大中企业向小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩 展，从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。9 0 年代，微机加 视窗操作系统与工作站加u n i x 操作系统在以太网的环境下构成了c a d 系统的主流工作平台，c a d 技术已经朝着开发式、集成化、标准化、智 能化的方向发展了【”。因此现在的c a d 技术和系统都具有良好的开放性， 图形接口以及功能日趋标准化。 目前，c a d 已经作为一种成熟的技术在企业中广泛使用，并已成为 企业现实的生产力。随着企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普 及，c a d 技术的发展趋势主要围绕着标准化、开发式、集成化、智能化 四个方面深入发展。 ( 1 ) 标准化：除了c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外， 面向应用的标准构件( 零部件库) 、标准化方法也已成为c a d 系统中的 必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。 ( 2 ) 开放性：c a d 系统目前广泛建立在开放式的w i n d o w s 操作系 统窗口和u n i x 平台上，在l i n u x 平台上也有c a d 产品，此外c a d 系 统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码， 使用户可定制自已的c a d 系统。 ( 3 ) 集成化：c a d 技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义 c a d 功能c a d c a e c a p p c a m c a q p d m e r p 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( e r p 、p d m ) 的集成，己成为企业信息化的重点； 其二，是将c a d 技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯 片，以提高c a d 系统的效率；其三是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。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业 就是该集成层次上的应用。 ( 4 ) 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 是c a d 发展的必然方向。智能c a d 不仅仅是简单地将现有的智 3 西安理工大学硕士学位论文 能技术与c a d 技术相结合，而是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 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 的这个发展趋势，将对信息科 学的发展产生深刻地影响。 1 3 纸盒c a d 系统国内外发展现状 纸盒c a d 系统与其它工业制造领域的c a d c a m 系统相比较，起步 较晚，但是发展较快。国内外的c a d 厂商和包装盒c a d 软件公司纷纷 推出了自己的软件产品以及技术解决方案。 比利时b a r c o 公司的a r t i o s c a d 软件1 2 1 a r t i o s c a d 软件是目前市面上最为成熟的、功能最完善、用户交互最 好的包装盒设计商品化软件。具有功能强大的图形、图像处理能力，可 以与其它的桌面出版以及c a d 软件系统进行数据文件格式转换，且保证 效果不变。提供了全交互和数字化的组大版功能，适合于柔性版、胶印 等多种包装印刷方式，可以方便地实现二维包装盒的设计以及三维呈现 功能，具有较为完善的存储在关系数据库中的标准盒型库系统，可以自 动生成工作单。目前已有人在做该软件的汉化版，国内设有代理商。 德国m a r b a c h 公司的m a r b a c a d 系统 1 9 8 5 年德国m a r b a c h 公司研制的m a r b a c a d 是个专门用于包装盒 设计的“包装纸盒交互式c a d 系统”，经过多年的功能完善及改进，系 统的功能也比较完善。已有汉化版软件。 英国的k a s e m a k e 软件 k a s e m a k e 纸箱纸盒软件是英国a g c a d 公司开发的计算机辅助设 计软件，该公司专门从事包装行业软件的开发已有5 0 多年的历史。目前 世界上有2 0 0 0 多家用户使用该软件。包括s c a 、m o n d i 、k a p p a 等大 公司。2 0 0 3 年下半年进入中国市场，很快得到了用户的承认。一套 k a s e m a k e 软件带有两个用户许可证，可以在两个不同的地方使用，这种 4 第一章引言 独特的方案提高了该软件的性价比。该系统拥有大量的包装和其它设计 样图的图库，可以实现各种纸张类型的盒型设计。其图库的标准全部参 数化，在应用上极为灵活方便。提供了高水平的、简单易用的平面设计 工具、三维演示、三维动画、智能拼版及模切版设计等功能。无论是以 盒型库为基础使用一种标准化的参数进行设计还是使用一张白纸进行设 计，都可以很方便地实现用户创造性设计的梦想。 日本的b o x v e l l u m 软件 b o x v e l l u m 是一款专门针对纸盒纸箱结构设计而开发的c a d c a m 软件，可以完成从盒箱型结构的最初设计、尺寸的标注、桥接、拼排到 后期驱动样品切割机、开模机等一些的工作。可以在p c 和m a c i n t o s h 等 平台上的w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 x p 和m a co s8 0 等的操作环境下使用，可 自动生成辅助线、自动对图纸进行标注、完成经典盒型的参数化功能， 具有一个包含2 2 0 种盒型的盒型库，且用户可以自己增加其盒型种类数 量，进行不断的扩充。由b o x v e l l u m 设计的盒型结构图纸，可存成 j p s 或d x f 格式的文档后直接导入平面设计软件，使得平面设计人员可 直接在盒型结构图纸上进行平面设计，可根据盒型的结构调整图形的相 对位置，以达到完美的效果。设计完成后，可直接通过数码打样系统将 设计盒型的外观打印出样品，通过平面设计图纸上的定位线，可定位在 样品切割机上进行样品切割。 北大方正的f o u n d e rp a c k 软件 1 0 , 1 1 1 方正的f o u n d e rp a c k 软件是我国第一个自主研发的基于c a d 技术和 三维动画技术的商品化盒型结构图设计制作软件，用于制作各类商品的 纸盒、纸箱及商品标签。系统包括盒型结构c a d 、盒型屏幕3 d 打样、 盒型拼大版等功能，具有开放、友好、交互、便捷的操作界面。 由此我们可以看到，国外的盒型设计软件经过多年的研发，已经成为 成熟的商品化产品，拥有一定数量的用户。但是价格昂贵，实现方式封 闭，并且努力掩盖技术细节。国内除北大方正外，一些包装科研部门、 5 西安理工夫学硕士学位论文 高等院校先后在这一领域进行了研究，取得了一定成果，但是其开发的 产品离实用还有一段距离。 将c a d c a m 技术和网络技术结合起来，是c a d 技术发展的主要方 向之一。但是目前针对包装盒设计的c a d c a m 软件无论是国内还是国 外一般都采用c s 结构，系统的运行、维护和升级的开销都较大，时间 和资源的浪费严重，所以本文提出的开发基于w e b 的包装纸盒c a d 软 件无疑是一种革新。 1 4 课题目标及主要工作 基于w e b 的c a d c a m 系统的研发在我国也才刚刚起步，而基于 w e b 的包装纸盒c a d c a m 仍属空白。本课题主要针对现有包装企业制 盒工艺落后以及国内现有的计算机辅助盒型设计软件的不足，结合包装 设计制造行业的特殊性，整合网络中出现的新技术，提出了一个基于 w e b 的包装盒c a d 软件的整体解决方案。并对系统的体系结构、编程 模型、软硬件环境配置以及系统所实现的功能作了详细分析和设计。认 真研究学习了印刷包装的相关知识以及计算机辅助设计的相关标准。在 此基础上，利用面向对象技术、j a v aa p p l e t 、j a v a 图形图像处理技术、 远程方法调用等技术实现了原型系统的开发。对开发中涉及的关键技术 以及问题的解决方法进行了深入探讨，并在最后给出结论和对未来工作 的展望。 6 第二章基于w e b 的包装盒c d 实现的技术基础 第二章基于w e b 的包装盒c a d 实现 的技术基础 2 1开发语言及图形交互技术 2 1 1j a v a 2 d 、j a v a 3 d j a v a 语言具有平台无关性、健壮性、安全性等优点，适合在网络环 境下进行w e b 应用开发。j a v a2 da p i 不仅提供了图形、图像、文字三 位一体的处理模式和与图形设备、分辨率无关的二维高级图形图像处理 能力，满足用户“所见即所得”的处理需求。而且还提供了对这些对象进 行诸如缩放、旋转等变换的统一机制。j a v a 2 d a p i 提供了新的打印功能， 用户可在一个打印请求内为每一页定义不同的打印格式，而且也支持图 像格式与压缩编码、色彩空间以及描绘技术和效果。在本系统中，使用 j a v a 2 d 来实现二维基本图形的生成和元素的变换操作，以及文字的排版 和打印操作，可满足直接将包装盒外观设计输出用于印刷。 j a v a 3 d 封装了3 d 开发工具o p e n g l 和d i r e c t x ，给编程提供了非常 完善的a p i 。它可以生成简单形体或是对基本形体进行一系列的几何变 换操作形成复杂形体，使形体具有颜色、透明等效果：可以对生成的三 维形体贴图，生成光照、背景、声音等，具有行为判断的能力，即可以 响应键盘、鼠标、定时等事件；可以很方便地对形体进行变形、移动生 成三维动画。由于j a v a 3 d 是网络语言，它的代码可以自由传输，这样用 来生成可视化场景的a p p l e t 小程序可以方便地从服务器端传送给客户 端，然后在客户端运行 3 0 】。通过网络传输的是控制三维图像生成的程序 和数据，从而解决了网络速度的瓶颈问题。在本系统中采用j a v a 3 d 来实 现三维盒型可视化显示，用户不需要安装任何应用程序，通过支持a p p l e t 的浏览器就可以查看包装盒的三维立体效果。 7 西安理工大学硕士学位论文 2 1 2 图形交互技术 c a d c a m 系统应允许用户能动态地输入坐标位置、选择对象、设 置参数等。设计人员在使用c a d c a m 系统时，首先将自己的构思通过 交互设备输入到计算机中，计算机对输入的信息进行处理后，及时地反 馈给设计人员：设计人员对反馈的信息进行分析和判断，对错误的信息 或不合理的部分进行修改、补充，并把修改和补充后的信息送入计算机 进行再处理，直到设计人员满意为止。实现这种人与计算机之间交流信 息的技术称为人机交互技术。图形交互技术涉及到交互设备、交互任务 以及交互技术【1 3 1 。这三者之间有着密切的联系。交互设备是实现交互技 术，完成交互任务的基础。从逻辑上分有定位、键盘、选择、取值和拾 取五种基本设备。交互技术是用户用交互设备把信息输入计算机的不同 方式。交互任务是用户输入到计算机的一个信息单元。最基本的交互任 务包括定位、字符串输入、选择、取数，实际应用中还有复合交互任务， 它是由基本交互任务组合而成。交互技术是完成交互任务的手段，而交 互技术的实现在很大程度上依赖于交互设备和及其支撑环境。 常用的交互控制技术主要包括橡皮筋技术、徒手画技术、拖动技术、 定位技术。图形的拾取技术也是交互技术的重要内容之一。在交互式系 统中，图形的增、删、改等操作都是以拾取图形或拾取图形的某一位置 点为基础的。拾取图形的速度和精度极大地影响交互系统的质量。在屏 幕上拾取一个图形，直观现象是要在存储用户图形的数据结构中找到存 放该图形的几何参数及属性地址，以便对该图形作进一步操作。如改其 几何参数、连接关系或某些属性。 2 2j a v aa p p l e t 技术 j a v a a p p l e t 是一种j a v a 小应用程序，支持在w e b 浏览器内运行。运 行a p p l e t 所需要的大多数图形支持能力都内置于浏览器中。对于a p p l e t 8 第二章基q - w e b 的包装盒c a d 实, j 觅的技术基础 的开发者来说，根本不需要为运行a p p l e t 创建框架。使用j a v a a p p l e t 有 两个优点：一是可以解决互联网上数据格式众多，难以控制的问题，可 以让原本静态的网页加入动态的效果；二是可以减轻服务器的工作负担。 本系统使用a p p i e 来实现，当程序通过w e b 浏览器运行时，j a v aa p p l e t 从服务器下载，不需要进行其它安装配置：而且j a v aa p p l e t 可以通过网 络与服务器端的程序进行通信，使数据处理操作既可以在服务器端执行， 又可以在客户端实现。在客户端就象运行本机程序一样，当需要数据时， 可以方便地通过i n t e r n e t 从服务器获取，在一定程度上减轻了网络负担。 2 3j a v as e r v l e t 技术 j a v as e r v l e t 是为使w e b 服务器能更有效地处理用户的请求，提供的 一种较为有效的c g i 替代方法，独立于平台和协议的服务器端j a v a 应用 程序，主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态w e b 内容。本系 统的服务器层采用s e r v l e t 技术，可以充分利用j a v a 应用程序的所有优势， 实现过程方便而有效。其操作过程类似于传统的c g i 编写的中间层，但 由于s e r v l e t 是基于线程的，它不会在每个系统用户发出请求时创建一个 独立的进程完成操作，而是被客户端发送的第一个请求激活，驻留在j v m 的内存，继续运行于后台等待后面的请求。对于每个外部请求将生成一 个新的线程，而不是像c g i 每次请求都创建一个完整的进程，这样一来， 多个客户就能够在同一个进程中同时得到服务，因此其性能优于c g i 。 考虑到本系统客户端与服务器频繁交换的数据量大，系统的用户数量变 化也会很大。如果为每一个用户都开一个独立的进程，势必给服务器造成 严重负担，所以采用s e r v l e t 可以使服务器性能动态伸缩。本系统s e r v l e t 与s e r v l e t 之间以及s e r v l e t 与a p p l e t 之间的通讯通过j a v a n e t 包提供的 s o k e c t 建立。在本系统中，c a d 模块作为一个a p p l e t 下载到客户端，通 过s e r v l e t 利用j d b c 和后台存储用户信息、图形信息和加工工艺参数等 数据数据库建立连接，以实现对数据库的访问。 9 西安理工大学硕士学位论文 2 4 远程方法调用技术( r m i ) r m i 是一种在j a v a 虚拟机之间，对象互相调用对方函数，启动对象 进程的一种机制。通过这种机制，当某一台j a v a 虚拟机上的对象调用另 外j a v a 虚拟机上的函数时，使用的程序语法规则和在本台j a v a 虚拟机上 对象间的函数调用的语法规则一样。这种机制给分布式计算的系统设计、 编程带来了极大的方便。目前，r m i 使用j a v a 远程消息交换协议j r m p 进行通信。只要按照r m i 的规程设计程序，程序员可以不必过问在r m i 之下的网络细节，如t c p i p 、s o c k e t 等，更不必担心其下面的软硬件环 境，用j a v ar m i 开发的应用系统可以部署在任何支持j r e 的平台上。任 意两台j a v a 虚拟机之间的通讯完全由j a v a 虚拟机自己的r m i 来负责。 其流程图【4 4 】如下图2 1 所示。 图2 - 1 分布式应用程序流程 如图所示，客户端的程序并不会接收到远程对象的接口，而是s t u b 对象的接口，由s t u b 负责对外通信。当客户端执行一个远程对象的方法 时，s t u b 会负责将所要执行的方法的输入参数转换为字节流j 在通过网 络传送到服务器的s k e l e t o n ，s k e l e t o n 负责将字节流的数据恢复并执行所 要执行的方法，r m ir e g i s t r y 会负责检查所要执行的方法是否存在，然后 将返回值进行编组再返回s t u b ，而s t u b 将返回值解组并返回调用的程序。 1 0 第二章基于w e b 的包装盒c a d 实现的技术基础 r m i 服务器是通过多线程的方式来处理客户端的调用，对每个被调用的 方法，服务器会生成一个线程来负责处理，属于同一个远程对象的方法 可能会同时执行，因此，对于远程对象必须注意线程安全的问题。 由于大多数浏览器并不完全支持r m i ，所以a p p l e t 直接和r m i 服务 器通信就会存在问题。一般采用的变通方式是：a p p l e t 通过h t t p 来和 s e r v l e t 通信，而s e r v l e t 再通过r m i 的方式和服务器通信。在本系统中 使用远程方法调用的技术来实现在网络中任意一台机子上的文件读写操 作，而且也为将来向分布式系统的扩展奠定基础。 2 5s v g s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可缩放矢量图像) 是为改进w e b 浏览 器对图形图像的支持功能而提出来的。s v g l ”】是一个专门为网络设计、 开放标准的文本式矢量图形描述语言，完全用普通文本来描述图像格式。 并且s v g 是基于x m l 语言的，所以具有很强的可扩展性，支持跨平台 使用，能够描述任意复杂的图像。使用s v g 可以很方便地在网页上显示 出各种各样高质量的静态和动态图形，包括图像处理中许多常见的功能， 如图形、文字、动画、色彩、滤镜效果等。 s v g 规范定义了s v g 的特征、语法和显示效果，其中包括模块化的 x m l 命名空间和s v g 文档对象模型( d o m l 。w 3 c 组织定义s v g 标准时 提出了样式化s v g 和交换型s v g 两种不同的形式，各自有不同的d t d 和m i m e 类型。样式化的s v g 可以对图形对象进行样式的添加，交换型 s v g 完全使用元素属性来描述各图形对象的使用效果。因此s v g 既可以 用于网络环境的推荐存储格式，也可以广泛的用于广告、宣传、地图、 图表等文字图像综合应用较多的领域。我们要动态交互地访问s v g 图像， 需要有一个文本编辑器来建立h t m l 、s v g 文件，一个s v g 浏览器，i e 浏览器或是其它w e b 网页浏览器，一个x s l t 处理器引擎就可以了。 s v g 对矢量图形、位图、文字描述统一，根据功能的不同，s v g 的 】 西安理工大学硕士学位论文 主要对象可分为基本要素对象和页面描述功能对象两大类。s v g 独特的 描述方式、高品质的w e b 图像显示效果使得它具有强大的生命力。它主 要的特点有 2 2 2 6 】： ( 1 ) 基于x m l 标准 x m l 标准是目前公认的功能强大的下一代网络标记语言。s v g 的设 计是以x m l 为标准，这就使得它能同h t m l 、c s s 、d o m 、x s l 、x s t l 、 j a v a s c r i p t 样成为种新的标准。也就意味着它继承了x m l 的平台无 关性和可扩展性。s v g 可以单独使用，也可以作为命名空间引入到其它 x m l 文件中，还可以在h t m l 中以 对象嵌入使用，多个s v g 图像可以方便地组合成新的s v g 图像。这为图像的重用提供了极大的方 便。 ( 2 ) 矢量图像 s v g 作为一种图像的矢量化描述形式，是由线框和填充物等对象组 成，计算机根据矢量数据进行计算后绘制成图像。相对于位图来说，具 有无可比拟的优势：( 1 ) 文件的大小与图形的复杂程度有关，而与图形 的具体尺寸无关；( 2 ) 图形的显示尺寸可以无级缩放，变化后图形的质 量仍能以保障。在一般情况下，矢量图像文件量小，可无级缩放。s v g 格式使得较低分辨率的便携式计算机、较高分辨率的台式机、高分辨率 的打印机，都能提供良好的视觉效果和统一的显示效果。由于s v g 图像 文件是以纯文本形式存放，所以比其它网上传播的图像格式( 如j p e g ， p n g ) 的可读性和易用性都要好，而且生成的文件本身就很小，所以可 以加快下载浏览的速度，解决w e b 网下载浏览的瓶颈问题。 ( 3 ) 由文本构成的图像 s v g 规范最奇妙之处就是它用文本格式描述图像，可以不用其它的 图像处理工具，只用记事本就可以生成一个s v g 图像。所有的描述语句 都可以直接看到，所以也很容易进行修改与更新。s v g 由矢量图形、文 字和位图三部分组成。文字在s v g 图像中依然保留可编辑状态，可以对 1 2 第二章基i f - w e b 的包装盒c a d 实现的技术基础 s v g 中的文本进行选定、查找以及编辑修改。因此，s v g 图像中的文字 还可以直接被网络搜索引擎所搜寻，从而将方便人们对w e b 图像的检索。 ( 4 ) 支持交互性 以前在网页中，按钮只是一个图像，交互要由网页中的s c r i p t 语句 来实现。s v g 支持同步多媒体集成语言s m i l 使得在图片内交互成为可 能。s m i l 是x m l 的一种应用，w e b 开发者只要使用类似于h t m l 的标 记语言，借助于文本编辑器就可以很容易的安排网页上的视频、声音、 文字各部分的次序，而不需要通晓任何编程的知识，同时使用s m i l 能 够显著地节省带宽，同一个网页中只有被使用的资料才会被下载。 s v g 中还内置了对于j a v a s c r i p t 的支持，所以用s v g 可以很方便的 实现和图像的动态交互。我们也可以与a s p 、j s p 、j a v a 技术结合，使图 像可以根据数据库中的数据关系实时地改变。s v g 完全支持d o m ，d o m 是一种文档平台，它允许程序或脚本动态地存储和上传文件的内容、结构 或样式。利用为s v g 定义好的d o m ，通过脚本语句可以很方便地做出 s v g 动画。大量的事件句柄可以指派给任何一个s v g 对象。由于具有良 好的兼容性，脚本语句可同时对一个页面中的h t m l 和s v g 起作用。 ( 5 ) 内嵌字型数据 s v g 采用内嵌图像中所出现的文字字型数据，科学地解决了动态字 体的问题，用户不需要下载所有的字体文件，就可以通过浏览器看到和 它们在制作时完全相同的画面。这对于中文用户来说尤为便利。 在本系统中使用s v g 的文件格式，可以便于和其它异构系统进行数 据交换，适应今后的网络化印刷出版，并且使用第三方提供的接口可以 很方便地转换为其它适合网络传输的栅格图像，以便于三维盒型显示时 贴图。 2 6 m v c 设计模式 m v c 模型是在s m a l l t a l k 语言基础上发展起来的，指的是m o d e l - - 1 3 西安理工大学硕士学位论文 v i e w - - c o n t r o l l e r ( 模型一视图一控制) ，它能有效实现数据访问和数据表 现相互分离，使同数据的访问可以有多种表现形式，而且易于系统维 护和升级1 1 4 】。模型可进行移植。因为模型独立于视图，所以可以把一个 模型独立地移植到新的平台工作，只需要在新平台上对视图和控制器进 行修改即可。模型主要有两个功能，一是维护内部数据，提供允许外部 对象访问或修改内部数据的命令或查询。另一个功能是当内部数据发生 改变时，将变化的消息通知给与之相关的所有视图。视图负责生成用户 界面，显示从模型中得到的数据。同时接收用户请求和信息交互，然后 通知控制器改变模型的状态。控制器主要实现系统的流程控制，是模型 和视图之间的接口，协调这两者之间状态的改变。使用m v c 设计模式主 要有以下的优点： ( 1 ) 可以为一个模型在运行时同时建立和使用多个视图。变化一传播 机制可以确保所有相关的视图及时得到模型数据变化，从而使所有关联的 视图和控制器做到行为同步。 ( 2 ) 视图与控制器的可接插性，允许更换视图和控制器对象，而且可 以根据需求动态的打开或关闭、甚至在运行期间进行对象替换。 ( 3 ) 模型的可移植性。因为模型是独立于视图的，所以可以把一个模 型独立地移植到新的平台工作。需要做的只是在新平台上对视图和控制器 进行新的修改。 ( 4 ) 潜在的框架结构。可以基于此模型建立应用程序框架，不仅仅是 用在设计界面时。 在本系统中使用m v c 设计模式，可以使得数据模型与用户界面相互独 立，而且支持不同的界面标准，可以得到不同的显示效果，适应不同的操 作需求，支持用户对界面构成的调整。 1 4 第三章纸盒c a d 系统的体系结构 第三章纸盒g a d 系统的体系结构 3 1 网络计算模式的介绍和比较 3 1 1 集中计算模型 第一代计算机模型是集中计算模型，由大型主机和多个与之相连的终 端组成，其核心是大型主机。这种计算模型具有以下优点： 提供集中式管理，对系统进行维护和管理的费用较低。 在大型机上可以挂接多个终端，操作系统使用分时调度的方法同 时为多个用户提供服务，每个终端在大型主机中对应一个进程。 由于这种计算模式的核心是大型主机，终端没有计算能力，因此 对主机进行安全保护比较容易。 每个终端与主机相连的线路较短，而且是专线，所以他们运行程 序时的可靠性很高。 这种计算模式在计算机发展的初期得到了广泛地应用，尤其是在一 些大型计算中，但由于它存在以下缺点而影响和限制了它的继续发展： 硬件投资高。 增加计算能力的花费大。 对大部分的应用，资源利用率低。 编程工具不友好，软件开发周期长。 大部分的应用可移植性差，不够灵活。 3 1 2 客户机服务器( c s ) 的体系结构 到了8 0 年代，随着工作站和个人计算机的诞生和广泛应用，产生了 一种新的计算模式客户机服务器模式。这种模式在诞生后很快得到 了广泛地应用。 1 5 西安理工大学硕士学位论文 客户机n 务器模式由客户机和服务器两部分组成，客户机处于前 端，一般使用的是网络p c 。它与客户直接进行信息交互、向用户提供图 形用户界面。后端的服务器可以是各种类型的主机，提供例如数据库的 查询和管理、大规模计算等服务。因而，可以在客户机向用户提供一个 一致的界面，在后端的服务器使用各种系统的计算机，在客户机和服务 器之间提供数据的转换接口。c s 模式提供了很大的灵活性，适用于很多 领域。有如下优点： 可以集成不同的平台，保护已有的投资。 可以通过局域网或广域网来发布信息、分布数据。 提供了友好的用户界面，并能访问传统的主机系统中的数据。 性能价格比较高。 具有良好的可扩展性，可以使用市场上已有的众多软件。 尽管c s 模式有很多优点，并且在实际应用中也发挥了重要的作用，但 它存在着如下缺点： 系统管理费用较高。 对于某些应用来说，它的许多功能没有必要保留，功能多余。 不能实现跨平台的计算。 3 1 3 浏览器服务器( b s ) 的体系结构 随着计算机网络及其相关技术的不断发展与完善，i n t e m e t 已成为一 个大的分布式计算平台。b s 计算模式就是基于w e b 的协同计算。它由 浏览器、w e b 服务器和数据服务器组成。 客户端是能处理h t m l 文件的浏览器，通过h r r r p 协议与服务器进 行通信。客户端通过浏览器访问服务器并发出请求，服务器进行相应的 处理将响应结果返回给客户端。与c s 模式相比，具有以下优点： 所有的状态信息都移到了服务器，实现了集中管理。 在客户端只需安装w e b 浏览器作为客户端应用的运行平台，所 1 6 第三章纸盒c a d 系统的体系结构 有的开发、维护和升级工作集中在服务器端。 清除了那些前端客户不需要的功能，降低了前端客户机的价格。 可伸缩性好。 从以上介绍和比较可以看出，b s 体系结构具有灵活方便、构建费用 低和强大的交互功能等优点，因而b s 体系结构在如今的c a d c a m 软 件的研发中处于非常重要的地位，本文所研究的计算机辅助盒型设计软 件系统就采用这种计算模型。 3 2 基于w e b 的包装盒c a