（计算机应用技术专业论文）基于服务计算的几何外形设计研究.pdf

基于服务计算的几何外形设计研究 学科：计算机应用技术 研究生签字：掺，也莫 指导教师签字： 摘要 服务计算是跨越计算机与信息技术、商业管理、商业咨询服务等领域的一个新的学科， 已经成为分布式计算与信息系统领域内迅速发展的方向。随着w e bs e r v i c e 的发展与成熟， 服务计算以s o a 的形式得到了广泛的推广和应用。s o a 通过采用独立于底层实现的方式 重用现有的各种异构的业务逻辑和数据模型，将分布式系统的构建成本、资源和时间开销 都降至最低，从而降低了风险，可以使系统具备良好的敏捷性，能够在短期内满足系统业 务变更的需求。 本文深入的分析了服务计算产生的背景、概念、基本特征以及研究现状，探讨了s o a 体系结构、w e bs e r v i c e 等关于服务计算的相关技术。并针对几何造型技术中曲面算法计 算量庞大，用一台计算机无法实现计算任务的特点，提出了采用并行算法构造几何外形设 计中的曲面。利用并行计算加快求解问题的速度、提高求解问题的规模。本文提出了基于 服务计算的几何外形设计的研究，它首先对几何造型中曲线、曲面这类几何形状信息用计 算机描述、分析、生成，然后利用绘图工具绘制相应的图形，最后通过w e bs e r v i c e 技术 发布包装好的几何外形服务，方便几何外形服务使用者发现并调用，实现基于服务计算的 几何外形设计。在此基础上，通过对所涉及的关键技术的研究，设计并实现了一个基于此 架构的系统。该系统使用c 和m p i 编程实现了几何外形的计算机描述，o p e n g l 实现图 形的显示，并通过w e bs e r v i c e 技术将图形包装成服务并发布，最后使用b p e l 完成一个 简单的汽车零件服务组合。开发经过反复验证，本研究确实可行，具有实用价值。 通过对基于服务计算的几何外形设计系统的分析，结果显示该系统在接口规范和减少 中间传输数据量方面具有明显优势，利用服务计算解决了几何造型中数据结构复杂，需要 大量存储空间，形体表示需要较长的时间等问题，提高了设计效率，具有实际应用的意义。 关键词：s o a ：服务计算；w e bs e r v i c e ；w s d l ；几何造型；并行算法 r e s e a r c ho ng e o m e t r i cs h a p ed e s i g nb a s e do ns e r v i c ec o m p u t i n g d i s c i p l i n e ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y s t u d e n ts i g n m u r e ：_ 污f 咐穹 s u p e r v i s o rs i g n a t u r e ： 以矽力a 吵秒叭 a b s t r a c t s e r v i c e sc o m p u t i n gi san e wd i s c i p l i n ew h i c ha c r o s sm a n yf i e l d si n c l u d i n gc o m p u t e ra n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , b u s i n e s sm a n a g e m e n t , b u s i n e s sc o u n s e l i n g i th a sb e c o m ear a p i d d e v e l o p m e n to ft h ed i r e c t i o ni nd i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga n di n f o r m a t i o ns y s t e m s w i t ht h e d e v e l o p m e n ta n dm a t u r a t i o no fw e bs e r v i c e ，s e r v i c e sc o m p u t i n gh a sb e e nw i d e l yp r o m o t e d a n da p p l i e di nt h ef o r mo fs o a s o ar e u s e se x i s t e n ta l lk i n d so fi d i o s y n c r a t i cb u s i n e s sl o g i c a n dd a t am o d e lb yu s i n gi n d e p e n d e n tu n d e r l y i n gi m p l e m e n t a t i o n t h u s ，b u i l d i n gc o s t , r e s o u r c e s ， t i m e ，a n dr i s ko fad i s t r i b u t e ds y s t e mw i l lb em i n i m i z e d t h i sm e t h o dm a k e st h es y s t e mh a v ea g o o da g i l i t y , e a s i l yt a k e sa l lo p e r a t i o n a lc h a n g et om e e tt h es y s t e mb u s i n e s si nt h es h o r tt e r m b a s e do ni n v e s t i g a t i o ni nt h eb a c k g r o u n d , c o n c e p t s ，b a s i cf e a t u r e sa n dc u r r e n ts i t u a t i o no f t h es e r v i c e sc o m p u t i n g ，a sw e l la se x p l o r e dt h er e l a t e dt e c h n o l o g i e so fs e r v i c e sc o m p u t i n g ， s u c ha st h es o aa r c h i t e c t u r e ，w e bs e r v i c ee t c ，t h i st h e s i sp r o p o s e ss t r u c t u r e ds u r f a c e si n g e o m e t r i cs h a p ed e s i g nb yu s i n gp a r a l l e la l g o r i t h mc o m b i n a t i o nw i t ht h e f e a t u r e so f c o m p u t a t i o no fs u r f a c ea l g o r i t h mw h i c hi sv o l u m i n o u si ns h a p em o d e l i n g ，c a l ln o ta c h i e v e c o m p u t i n gt a s k sb yo n l yo n ec o m p u t e r w i t ht h ep a r a l l e lc o m p u t a t i o n , t h es c a l ea n ds p e e do f p r o b l e ms o l v i n gc a l lb ee n h a n c e da n da c c e l e r a t e d t h i sp a p e rf i r s td e s c r i b e s ，a n a l y z e s ， g e n e r a t e sc u r v e sa n ds u r f a c ei n t h es h a p em o d e l i n gb yt h ec o m p u t e r , t h e nd r a w st h e c o r r e s p o n d i n gg r a p h , f i n a l l yp u b l i s h e sg e o m e t r ys h a p es e r v i c ew h i c hh a sb e e np a c k a g e db y w e bs e r v i c e t h es e r v i c ef a c i l i t a t e su s e r st od i s c o v e ra n dc a l l ，r e a l i z eg e o m e t r i cs h a p ed e s i g n b a s e do ns e r v i c ec o m p u t i n g t h r o u g hr e s e a r c h i n go nt h em a j o rr e l a t i v et e c h n o l o g i e s ，as y s t e m h a sb e e nd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do np r o p o s e da r c 硫e c t u r e t h i ss y s t e ma d o p t sca n d m p it oc o m p l e t et h ed e s c r i p t i o no f g e o m e t r i cs h a p e ，c h o o s e so p e n g lt od i s p l a yg r a p h i c s ，u s e s w e bs e r v i c et op a c k a g ea n dp u b l i s hg r a p h i c ss e r v i c e t h r o u g ht e s t i n ga n de v a l u a t i o n , t h i s s t u d yi sr e c o g n i z e df e a s i b l ea n dv a l u a b l ei np r a c t i c e t h r o u g ha n a l y z i n gt h es y s t e mo fg e o m e t r i cs h a p ed e s i g nb a s e do ns e r v i c ec o m p u t i n g , t h e r e s u l ts h o w st h a tt h i ss y s t e mh a so b v i o u sa d v a n t a g e so ni n t e r f a c es t a n d a r d s ，a n dd e c r e a s i n gt h e d a t av o l u m ei ni n t e r m e d i a t ed a t ae x c h a n g i n g t h ep r o b l e m so fc o m p l i c a t e dd a t as t i 佻t i 鹏i n g e o m e t r i cs h a p ed e s i g n ，n e e d i n gl o n gt i m ei ns h a p es h o wa n da b u n d a n ts t o r a g eh a v es o l v e db y u s eo fs e r v i c ec o m p u t i n g i tm e a n st h i s 御- c h i t e c t u r eh a ss i g n i f i c a n tv a l u ei np r a c t i c e k e yw o r d s ：s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) ；s e r v i c e sc o m p u t i n g ；w e bs e r v i c e ；w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ：s h a p em o d e l i n g ；p a r a l l e lc o m p u t a t i o n 学位论文知识产权声明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送( 提) 交的学位论文，并对学位论文进行二次文献加工供其他读者查阅和借阅；学校可以在网络 上公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：寺，武其 指导教师签名： 日期： 皿砰嘲纠目 6 5 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明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研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人 已申请学位或其他用途使用过的成果。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了致谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：衫黟j 文j 蒌 指导教师签名：占名琢：一 日期：如叩竿d 午 1 绪论 1 绪论 信息处理领域近年来发生了一些明显变化：各类计算设备的能力得到大幅提升，可用 的数据资源数量呈指数激增，互联网也开始扮演起计算平台的角色计算机应用系统的边 界、复杂性瓶颈和非功能性要求悄然发生了质的变化，引发了各类信息处理基础设施形态 的演化和计算模式的变革。服务计算作为跨越计算机技术、业务运行与管理、商业等领域 的一个新的学科，强调软件的广泛重用、松散耦合、可动态优化和在线扩展，正在得到越 来越多的关注。在服务计算概念中，服务是一个广泛的概念，它具有多种形式：例如， w e b 服务是由企业或组织发布的完成其特别需求的在线应用服务，其他公司、合作伙伴 的应用软件能够通过i n t e m e t 来动态访问并使用这些在线服务；网格服务是用互联网或专 用网络联接起来的地理上广泛分布的、异构的、动态的资源，以实现资源高度共享和集成， 为用户提供高性能计算和管理等功能；而企业内部和外部的大量应用乃至完成某项业务步 骤的人工活动也都可以视为完成特定功能的一种服务。 1 1 课题来源 本课题基于服务计算的几何外形设计研究，属于“关中高新产业带网络化制造系 统开发与应用 项目的一个子项目。关中高新产业带网络化制造系统开发与应用是国家科 技部批准的，项目的主要任务是开发关中高新产业带网络化制造集成平台，以及三个应用 系统：基于网络的产品创新设计支持、具有快速响应机制的开放式制造支持、制造资源优 化配置与服务，其中每个应用系统又包括若干个子系统。 关中高新技术产业带位于陕西省中部，汇集了全省8 0 以上的人口和大部分工业企 业，集中了陕西甚至整个西部最密集的工业基础与科研力量，对陕西省乃至整个大西北的 经济发展都起着重要的带动作用。面对关中高新技术产业带的技术优势，推行网络化制造 系统成为盘活关中地区制造和技术资源存量、强化关中制造企业竞争能力、最终实现关中 地区经济跨越式发展的根本出路。 通过先进制造技术、信息技术、网络技术及管理技术的综合运用，构建区域内系统开 发和应用服务集成平台，为企业间资源配置创建良好的信息环境，降低关中地区企业间以 及与国内外企业间资源整合的实施成本，使大量分布在不同地域、不同行业、具有不同优 势的制造资源实现集成，提升关中区域制造业的整体竞争力，充分发挥关中区域高新技术 产业带的科技与制造资源优势，提高关中区域高新技术产业带企业的产品创新能力，为实 现关中地区产业与经济的跨越式发展和西部大开发战略提供有力的技术支持。 西安丁业大学硕士学位论文 1 2 课题的研究背景 1 2 1 服务计算的概念及其原则 服务计算已成为一项桥接商业服务与信息技术服务的跨学科的科学技术【2 j ，它的深 层影响已经波及到w e bs e r v i c e s 、s o a 、业务咨询的方法论及功效、业务流程的模式化、 转换和集成。服务计算的概念源于w e b 服务的发展。早期的服务计算概念较为简单，其 核心是三方参与模型，而其优势在于三方模型所引入的动态性。随着这方面研究的不断深 入和技术的不断完善与发展，服务计算逐步成为了开放分布式计算的代表方向。从单一的 w e b 服务理论和技术发展为较为完整的服务计算概念、原则及实现技术。 根据i b m 华生研究中心( i b m 研究总部) 电子商务部门的资深研究员和i e e e 服务计算 技术执行委员会主席、i e e e 电子商务委员会副理事长张良杰先生介绍，服务计算是跨越 计算机与信息技术、商业管理、商业质询服务等领域的一个新的学科，是应用面向服务架 构( s o a ) 技术在消除商业服务与信息支撑技术之间的鸿沟方面的直接产物。它在形成自己 独特的科学与技术体系的基础上有机整合了一系列最新技术成果：s o a ( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，面向服务的体系架构) 及w e b 服务、网格效用计算( 嘶d & u t i l i t yc o m p u t i n g ) 以及业务流程整合及管理( b u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o n & m a n a g e m e n t ) ，第一部分解决的是 技术平台和架构的问题；第二部分解决是服务交付的问题；第三部分则是业务本身的整合 和管理【3 1 。 可以从以下两个方面理解服务计算概念： 第一，从资源方面，服务计算是把待共享的资源( 如符号文字h t m l 、软件计算w e b s e r v i c e s 、软件数据w s r f ) 部署到网络服务器( w e bs e r v e r 、如w i n d o w s 的i i s ) 里，网 络中的所有计算机就都可以用平凡的方式来访问这些共享资源。可以说现有的s o a 模型 实现了“一个软件服务可以被全球所有的计算任务所共享 1 4 。 第二，从服务方面，服务计算是种将服务作为基本元素来开发应用的计算范型，它 的静态结构特征是采用三方模型，从细粒度的元服务组合成粗粒度的服务，运行特性是具 有高度的动态性和敏捷性，它提供了组织内和组织间直到互联网范围内的应用协作和集成 所需要的分布式计算基础架构【5 卜 6 1 。 服务计算的服务有两个层面的含义。从管理层面看，服务是一个商品化的能力实体； 从计算技术层面看，服务就是有自主计算能力的主体( a g e n t ) 。服务彼此不同，若要相互 协同合作，必然彼此需要一个约束方式，在管理层面内这种约束方式是合同契约( c o n t r a c t ， 在计算层面内约束方式是接口( i n t e r f a c e ) ；同样，服务要有一个依靠的环境，在管理层面 内这种环境可笼统归为市场机制( m a r k e t ) ，在计算层面内服务环境不仅仅是一种软件体系 结构( a r c h i t e c t u r e ) 和某种框架( f r a m e w o r k ) ，而是一套社会性的信息基础设施 ( i n f r a s t r u c t u r e ) 【7 o 2 1 绪论 从这两个层面看，服务具有社会性，依靠社会的方式进行组织。就这一点，目前的 s o a 相关技术是无法实现的，尤其对于w s 木标准族，它仅是平台组织方式的延续。另外， 忽视服务的三个质量特征对技术的影响。 1 ) 服务的可发现。社会上存在目的、形式各异的服务，如果客户可自主的选择服务， 那么必然能够发现符合需求的服务，会有一个清单提供足够的信息，用来帮助客户决策。 这一点服务是与组件不同的，组件装配是由软件工程师来完成的，然而这个装配清单并非 客户选择，而是由软件生产商决定。显然，如何清楚的描述一个服务，提供足够的可信的 信息，供客户发现，并使客户相信这些服务符合自己的需求和现状，这仍然是一个难题。 2 ) 服务的再配置。服务用来实现客户的业务要求，然而外界环境总是要变化的，与 其协作的服务也许会发生变化，这必然会导致服务原有的配置( 或许这些配置写在契约里 了) 发生变更，这种再配置是不能导致一个现行服务的在业务进程上中断，至少不会导致 其它关联服务在业务进程上的中断，例如，旧配置的数据会过渡到新配置下。但是，就目 前计算技术来看，再配置问题还没有明朗的解决途径，不但会使实现成本不菲而且令系统 更加复杂且脆弱。 3 ) 服务的可代替。对于一个发展不止的社会来说，新服务更适合当前的需求，需要 替代某个服务。然而，这对于软件来说，的确是个问题，比如，旧有服务数据能否迁移下 来? 另外，新的服务也会导致服务范围的变化，系统各方力量需要重新平衡。 如果要实现服务计算，这三个特征是不能回避的。但就目前s o a 相关技术的成熟状 况来看，会解决一部分问题，但不能彻底解决。 服务计算的原则是 g l ： 1 ) 服务共享一个形式化契约条款； 2 ) 服务是松散耦合的； 3 ) 服务抽象建立在逻辑基础上； 4 ) 服务是可组合的； 5 ) 服务是可重用的； 6 ) 服务是自治的； 7 ) 服务是无状态的； 8 ) 服务是可被发现的。 服务计算的概念覆盖服务创新研究的整个生命周期，包括业务组成、服务模式、服务 创建、服务实现、服务注解、服务实施、服务发现、服务合成、服务提交、服务与服务之 间的协同、服务监控、服务优化以及服务管理等等方面。服务计算的最终目标就是把1 1 r 服务和计算技术完美结合，使业务服务达到更有效和高效率的目的 9 1 。 w e b 服务已经在很多新产品和新的应用软件中得到了广泛深入的应用，网格计算已 经运用了万维网服务标准提供了各个网格资源间的标准接口。服务计算提供的服务协同和 管理将会使目前不堪重负的业务系统得以改善，提高生产效率，重新建立起新的价值链体 3 西安工业大学硕七学位论文 系。同时，从关注数据管理到流程管理的转变必然会带来大量基于面向服务架构( s o a ) 的 实施工作。 对于基于服务计算的应用来说，其质量完全取决于构成它们的服务。因此，在互联网 环境下，服务的数量呈几何级数的增长，在数量浩瀚且质量良莠不齐的服务中，如何保证 基于服务计算的应用总是由高质量的服务构成就成为了必须要解决的问题。 1 2 2 服务计算的研究现状 学术界对于服务计算模型及相关技术的研究非常广泛，这方面的研究国内和国外几乎 处于同步阶段，国内外最新的研究成果都集中发表在专门的国际会议和学术期刊上。这些 研究主要集中在以下几个方面： 首先，大量的研究集中在服务的发现上，因为服务发现是基于服务计算的分布式系统 构建中最重要的环节。在服务发现的研究中，主要可以分为两类，一类研究服务匹配问题， 即如何发现符合需求的服务，包括功能性需求和质量属性需求；另一类研究服务发现效率 问题，即如何更高效地发现符合需求的服务。 在对服务匹配问题的研究中，对于功能性的需求，普遍采用的技术是语义匹配，例如， 在文献 1 0 】中，提出了一种对w e bs e r v i c e i l l 的语法和语义描述进行解析，从而发现和组 合服务的算法；在文献 1 2 】中，提出了一种语义匹配算法，当所请求的服务无法由单个的 服务满足时，可以使用此算法来发现多个服务，并将它们组合起来满足服务请求；而文献 1 3 利用语义网技术，提出了一种使用前置和后置条件来实现服务自动组合的机制。除了 语义匹配技术之外，还有其他的一些技术被用来解决服务匹配问题，例如，在文献 1 4 】中， 就使用改进的a 算法来快速搜索多个w e bs e r v i c e ，将其组合为符合要求的服务；而文献 【1 5 提出了一种面向w e bs e r v i c e 发现的本体的形式化定义及其构建方法，用来辅助查找 匹配的服务。这些研究对于发现满足功能性需求的服务都有这积极的推动作用。 对于质量属性方面，主要是基于服务描述的扩展进行的，例如，文献【1 6 】设计了一个 基于a g e n t 的w e bs e r v i c e 组合框架，并给出了w e bs e r v i c e 的q o s 模型，以组合的视角 提出了服务的选择算法；文献【1 7 】提出了一种融合了q o s 概念的w e bs e r v i c e 发现机制， 根据服务的q o s 描述，将其划归到u d d i 1 8 】中预定w 曲s e r v i c e 的分类中，然后根据关键 字在指定的分类中查找，它可以在不影响现有的u d d i 搜索功能的情况下，使服务发现包 含q o s 特性。但是我们看到，这些研究都是基于对服务描述的扩展进行的，也就是说， 它们都基于服务的静态描述信息，无法基于服务的动态实时信息来匹配质量属性方面的需 求。而且，它们在对服务描述扩展的q o s 描述部分基本上以服务提供者注册的描述为准， 这样就不可避免地会带来极大的主观性，从而使这部分描述的可信度受到质疑。另外，文 献【3 】提出了种基于本体的动态服务发现模型，这种模型扩展了通用s o a 架构，在其中 加入了a g e n t ，利用a g e n t s 和a g e n c i e 来协作服务的消费者和提供者，a g e n c i e s 通过a g e n t s 搜集关于q o s 的需求，然后进行存储、整合处理再返回给a g e n t s ，a g e n t s 可以自动处理 4 1 绪论 客观的q o s 需求，同时向用户反馈主观q o s 属性让用户进行选择，从而实现有效的服务 发现。但是上述解决方案有明显的缺陷，就是在处理主观q o s 需求的时候不适应与b 2 b 的应用，因为它要求进行人工的干预。 在服务发现效率问题的研究中，有些关注于服务注册中心的设计，例如，在文献 4 】 中，提出了一种分布式w e bs e r v i c e 发现架构，其设计理念基于分布式共享空间和子空间 智能搜索，设计目标是要提供可靠的、灵活的、可扩展的发现机制；文献 1 9 1 提出了一种 基于分布式散列表的分散的w e bs e r v i c e 发现机制，以解决u d d i 的单点失败问题，并可 以提高服务发现的效率；文献【2 0 】提出的面向w e bs e r v i c e 的p 2 p 系统可以突破集中式的 服务发布与发现机制的缺陷，使得服务的发现变得更加容易和高效。另外一些研究关注于 服务调用的细节，例如文献【2 1 】描述了在两个w 曲s e r v i c e 处于相同的运行时系统时，如 何通过短路开关实现直接调用，从而避免s o a p 2 2 1 消息的组装和解包开销，提高这种特殊 情况下的调用效率。服务发现效率方面的研究取得的成果相对比较多一些，因为此类问题 相对比较容易解决。综上所述，目前的研究成果包括了服务功能与q o s 的匹配，以及服 务注册中心的组织方式。但是这些方法中没有提到如何提高服务的可用性，也没有任何一 种方法着眼于处理服务运行期间q o s 属性动态变化的问题。 1 2 3 几何造型的研究现状 近几年来，几何造型的主流研究内容与方向没有明显变化，仍集中在传统的曲面表 示与计算： 1 ) 参数曲面的表示、逼近、计算，占研究总量一半以上； 2 ) 传统的样条和插值，占研究总量四分之一左右； 3 ) 新兴的网格、点云、细分曲面后来居上，研究内容不断增长，但只限于研究总量酮 六分之一。 这三者构成了几何造型的研究主体。致使几何造型技术研究缓慢的主要原因是：国内 外设计系统仍是以n u r b s 为主，且仍有数学模型或方法问题亟需解决：网格、细分曲面 虽有优点，但极限曲面位置不确定，只能为艺术造型与动画设计所用，离机械产品设计的 目标有距离幽j 。 1 3 课题研究目的和意义 当今，服务计算已经成为分布式计算与信息系统领域内迅速发展的方向，随着w e b s e r v i c e 的发展与成熟，服务计算以面向服务架构( s o a ) 的形式得到了广泛的推广和应 用。s o a 通过采用独立于底层实现的方式重用现有各种异构的业务逻辑和数据模型，将 分布式系统的构建成本、资源和时间开销都降至最低，从而降低了风险，可以使系统具备 良好的敏捷性，能够在短期内满足系统业务变更的需求。因此，服务计算是不可逆转的发 展潮流，把它向更广泛的领域进行推广势在必行。 5 西安工业大学硕十学位论文 从上面的论述中可以看到，采用基于服务计算的思想设计几何外形会带来很大的好 处，增强了几何外形设计的灵活性、扩展性和简单性。如何用服务计算的思想设计几何外 形，并充分发挥出它的优点，正是本文所要关心的问题。利用服务计算技术解决几何造型 中曲线、曲面计算数据量大、数据结构复杂、计算时间长等的问题是必然的。 本课题利用服务计算来解决几何造型中数据结构复杂，需要大量存储空间，形体表示 需要较长的时间等问题。依据各种曲线、曲面设计方法的不同、优缺点的不同，使他们适 合于不同的领域。目前，几何造型存在以下问题：几何逼近问题、几何约束求解、形状编 辑修改与自由体变形、复杂形体建模与几何计算。这些问题主要是因为计算数据量大、计 算数据复杂，利用传统的计算机实现效率低。本课题的目的是利用服务计算思想将大量的 几何造型数据包装成几何外形服务并发布，方便使用者调用，并实现几何造型中三维图形 的显示。根据不同领域的需求，提供相应的服务，对于曲面设计由于其工作量大、单机环 境实现效率低的特点，采用并行计算方法实现。 1 4 主要研究内容和重点 1 4 1 研究的主要内容 本课题研究中我完成的工作主要有以下几个方面： 1 ) 通过大量文献的阅读，学习并研究了几何造型技术中曲线、曲面的表示；s o a 架 构及其标准，并对服务计算有了深入的理解。 2 ) 学习并研究了w e bs e r v i c e s 技术。掌握了w e b 服务模型以及涉及到的关键技术， 包括x m l 语言、s o a p 协议、w s d l 语言、u d d i 规范等。 3 ) 学习e c l i p s e 、t o m c a t 和、a x i s 等开源项目及插件，并把它们应用到实际的基于服 务计算的几何外形设计的实现中。 4 ) 基于服务计算的思想，提出了一种基于服务计算的几何外形设计的方法，将各种 几何造型图形包装成服务，方便用户调用。 5 ) 对几何造型技术中曲线、曲面的表示在v c + + 6 o 开发环境下使用c 语言描述( 其 中由于曲面设计的工作量大，单机环境实现效率低，故涉及曲面的描述采用并行算法实 现) ，得到曲线、曲面的控制顶点信息；然后通过o p e n g l 实现图形的显示；将以上信息 作为本地方法，利用j n i 技术将有关图形显示的c 程序包，转化成j a v a 能够调用的库文件， 最后生成所需要的服务。 6 ) 实现了几何外形服务的描述，采用e c l i p s e s 作为开发环境，使用a x i s 实现系统 w e b 服务的开发、部署和调用。 1 4 2 研究的重点 本文在阐述基于服务计算的几何外形设计研究时，重点从以下几个方面来讨论： 1 ) 对于s o a 以及服务计算理论的研究。总结了服务计算的相关概念，提出了在服务 6 1 绪论 计算环境下实现几何外形设计的思想，解决几何外形设计中存在的一些问题，实现资源的 共享和协作。本文深入研究了在服务计算环境下，利用w e bs e r v i c e 技术实现几何外形设 计中服务的描述。 2 ) 将简单的几何外形设计( 三维空间的点、曲线) 算法做成本地程序，由于曲面设 计的工作量大，单机环境实现效率低，故涉及曲面的描述采用并行算法实现； 3 ) 比较各种相关技术和方法后，使用e c l i p s e 集成开发环境作为实现工具，利用服务 计算思想实现几何外形设计。验证了服务的创建和调用，跨越异质硬件和软件资源管理信 息的问题。 i 5 本文的内容组织 本论文主要是将几何造型中图形描述为服务的设计和实现。并对服务计算、s o a 以 及w e bs e r v i c e s 技术在本课题系统中的应用进行论，将理论知识应用于实际的应用中。全 文分为6 章，组织结构如下： 第一章绪论，说明了研究课题的目的和意义，指出服务计算概念、表现形式以及实现 思想，指出了国内外现在对于服务计算在各个企业级的i t 应用中的情况。 第二章研究了与课题相关的理论背景和主要技术。面向服务的框架的概念、基本结构、 基本特征和所能带来的效益，对s o a 架构和网格做了深入的对比研究，是基于服务计算 的几何外形设计研究的理论基础。接着介绍了w e bs e r v i c e s 技术，包括x m l 语言、s o a p 协议、w s d l 语言、u d d i 规范等。然后又重点介绍了服务描述语言及其形式和几何造型 的相关理论知识。 第三章结合服务计算的特点和几何造型技术的发展需求，给出了本课题系统的整体结 构和应用框架，并且逐一说明了系统框架中各层所要实现的功能。 第四章基于服务计算的特点，介绍了本课题中各个部分的具体实现几何造型中曲 面、曲面的描述、图形的显示以及将图形包装成服务并发布、调用。 第五章结论与展望。系统地总结了论文的主要研究工作，并指出服务计算现在处于蓬 勃发展的时期，还需要进一步的研究和探讨。 1 6 本章小结 本章论文首先分析了整篇论文的课题来源和研究背景，并且根据当前几何造型技术所 面临的问题以及信息技术的发展，提出了本文所要研究的问题。同时，进一步明确了本文 所要研究的内容以及论文的研究目标，并且确立了整篇论文的内容组织，为接下来各章节 的研究打下了坚实的基础。 7 西安t 业大学硕士学位论文 2 关键技术研究 2 1 面向服务体系结构概述 面对市场需求的快速变化，s o a 的出现使应用系统具有敏捷服务、快速重构、资源 重用及自由扩充等特点。s o a 是一种异种系统间共享信息的软件设计方式瞄j ，它用新的 方案解决软件重用和软件集成问题，定义了构成系统的服务，通过描述服务之间的交互提 供特定的功能特性，并且将服务映射为具体的某种实现技术。 2 1 1 面向服务体系结构的定义 s o a 是一种架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行 分布式部署、组合和使用。s o a 的关键是“服务”的概念，w 3 c 将服务定义为：服务提供 者完成一组工作，为服务使用者交付所需的最终结果。最终结果通常会使使用者的状态发 生变化，但也可能使提供者的状态改变，或者双方都产生变化。服务层是s o a 的基础， 可以直接被应用层调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。许多行业分 析家和专家将s o a 定义为多种不同的形式，因而对s o a 有着不同的理解。 s e r v i c e a r c h i t e c t u r e c o r n 将s o a 定义为：“本质上是服务的集合。服务间彼此通信， 这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。服务间 需要某些方法进行连接。所谓服务就是精确定义、封装完善、独立于其他服务所处环境和 状态的函数。”s o a 并不仅是一种现成的技术，而且是一种架构和组织i t 基础结构及业 务功能的方法，是一种在计算环境中设计、开发、部署和管理离散逻辑单元( 服务) 模型的 方法。 g a r t n e r 将s o a 定义为：s o a 是一种c l i e n t s e r v e r 软件设计方法，其中应用含有软件 服务和软件服务使用者( 也称为客户或服务请求者) 。s o a 不同于通常的c l i e n t s e r v e r 模型， 它更强调的是软件组件之间的松散耦合和使用分散的标准接口。s o a 只不过是一种体系 结构。在这种体系结构中，所有功能都定义为独立的服务，这些服务带有定义明确的可调 用接口，可以以定义好的顺序调用这些服务来形成业务流程【2 5 1 1 2 6 。 因此，s o a 是一种架构模式。它以解决在i n t e m e t 环境下业务集成的需要为目的。s o a 独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，将应用程序的不同功能单元定义为服 务，采用中立的方式进行接口定义，这使得构建在系统中的服务可以以一种统一和通用的 方式进行交互。实施s o a 架构将为企业带来很多好处，包括了业务的敏捷性、系统的快 速集成、服务级模块的可重用性以及易于改进的架构方案等。 s o a 是一种组织i t 基础结构和业务功能的方法。它通过在服务之间定义良好的接口， 提供了一种构建信息系统的标准和方法，减少i t 业务冗余并加快项目开发的进程，使i t 8 2 关键技术研究 系统效率更高、开发周期更短、项目分发更快，能够更好地应对变化；以粗粒度的业务服 务为基础，对业务进行建模，会使业务系统更加简洁；以服务为基础，通过定义、描述、 实现和管理业务层次的粗粒度服务，为业务模型和相关i t 系统实现之间提供更加紧密的 联系，减小了它们之间的差距，使得业务的变化更容易传递到i t 系统。 s o a 要求开发人员将应用设计为服务的集合。“单独的、“独立的、“封装完善”的 服务可以通过采用多种不同的方法将它们组合成较大型的服务，以实现重用。s o a 采用 面向服务的商业建模技术和w e b 服务技术，通过松耦合方式，实现系统之间的整合与协 同。w e b 服务和s o a 的本质思路在于使得信息系统个体在能够沟通的基础上形成协同工 作。 s o a 并非是一项特定的技术，也不是一项技术标准，而是一种概念与思想，它有一 个重要的目标，既提供有实际业务意义的服务。不同种类的操作系统、应用软件、系统软 件和应用基础结构相互交织，这便是i t 企业的现状。一些现存的应用程序被用来处理当前 的业务流程，因此从头建立一个新的基础环境是不可能的。s o a 凭借其松耦合的特性，使 得企业可以按照模块化的方式来添加新服务或更新现有服务，以解决新的业务需要，从而 通过不同的渠道提供服务，把企业现有的或已有的应用作为服务，保护现有的i t 基础建设 投资。 2 1 2s o a 的基本结构和基本特征 s o a 是一种建立分布式系统的方法，在s o a 中应用及i t 功能以服务的方式通过标准 的w e b 服务协议提供给外部消费者，这些功能在传统的方式中只能被本地终端使用；消费 者( 可以是服务) 可动态发现服务和实时使用服务；服务在开发其他应用时可被重用，新的 应用可通过组合现有的服务来构建，现有的服务可以是组织内的，也可以是组织外的；服务 消费者和服务提供者可能属于不同的物理网络甚至不同的组织。这些网络或组织可能使用 完全不同的安全策略。 1 ) s o a 的基本结构如图2 1 所示： s o a 的三个主体口7 】是： 图2 1s 0 k 的基本结构图 9 西安工业大学硕士学位论文 服务消费者( 又称服务请求者) 是需要使用服务的应用程序或其它的服务。通过对注 册中心的服务进行查询后，根据接口说明信息并使用某种传输协议与服务绑定并执行服务 功能。 服务注册者集中存储服务信息，以便于服务请求者查找。同时，服务提供者可以把所 要提供的服务在服务注册者处进行注册。 服务提供者( 即服务的拥有者) 它将各种信息及功能封装成用于业务流程的可重用组 件的应用程序函数；负责将服务信息发布到服务注册者，响应服务请求者的命令并为之提 供高质量的服务。 s o a 的服务流程关系如下： 服务请求者使用查找操作来定位服务，查找服务的操作由用户通过用户界面或者通过 其它的服务发起：服务提供者将服务的描述信息发布到服务注册者以便服务请求者发现和 调用；绑定和调用在获得服务描述信息之后，将根据描述信息在运行时直接激活服务。 s o a 的基础是服务描述和服务发现。服务描述主要提供服务的接口描述信息和服务部署 信息等。服务发现是指服务请求者通过查询注册中心去定位符合其需求标准的服务。 2 ) s o a 的基本特征 s o a 是一种粗粒度、松耦合的服务架构，其服务之间通过简单的、精确定义的接口 进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。这种模型具有下面几个特征： a 、松散耦合 s o a 是“松散耦合 组件服务，这一点区别于大多数其它的组件架构。松散耦合旨 在将服务使用者和服务提供者在服务实现和客户如何使用服务方面隔离开来。服务提供者 和服务使用者间松散耦合背后的关键点是服务接口作为与服务实现分离的实体而存在。这 时服务实现能够在完全不影响服务使用者的情况下进行修改。大多数松散耦合方法都依靠 基于服务接口的消息。基于消息的接口能够兼容多种传输方式( 如h t t p 、j m s 、t c p f i p 、 m o m 等) 。基于消息的接口可以采用同步和异步协议实现。 b 、粗粒度服务 服务粒度( s e r v i c eg r a n u l a r i t y ) 指的是服务所公开功能的范围，一般分为，细粒度 ( f i n e - g a i n e ds e r v i c e ) 和粗粒度( c o a r s e - g a i n e d ) 。其中，细粒度服务是那些能够提供少量商业 流程可用性的服务。粗粒度服务是那些能够提供高层商业逻辑的可用性服务。选择正确的 抽象级别是s o a 建模的一个关键问题。设计中应该在不损失或损害相关性、一致性和完 整性的情况下，尽可能地进行粗粒度建模。通过一组有效设计和组合的粗粒度服务，业务 专家能够有效地组合出新的业务流程和应用程序。一个关于粗粒度服务的争