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基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现 摘要 论文题目：基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现 专业：计算机软件与理论 硕士生：杜圆苑 指导教师：王若梅教授 摘要 随着互联网技术的快速发展，计算机辅助设计系统呈现网络化的趋势。基于 互联网的计算机辅助设计系统能够充分利用异地资源，实现计算机支持的协同工 作，从而有效地缩短产品的开发周期。本文提出了基于服装热湿性能仿真的在线 c a d 系统，系统结构的设计采用了客户端和服务器端双m v c 模式，实现了客户端 和服务器端的负载平衡。针对服装仿真的复杂性，系统实现了多人同时在线的信 息共享机制，支持异地同步和异步的协同设计。根据分布式环境下不同w e b 服务 组件之间的异构特点，本文设计实现了数据交换中间件，并且以x m l 文档作为公 共数据，将数据的结构和内容分开描述，利用统一的标准分析数据内容、进行数 据交换和解决数据冲突。 本文采用u m l 描述了系统的用户角色、功能模块用例、时序逻辑以及数据结 构的实现细节。系统的实现采用n e t 框架以及a s p n e t 程序设计技术，已实现 的在线c a d 系统通过功能测试并已交付使用。测试结果表明与传统的单机桌面应 用程序相比，减少了维护成本，提高了仿真设计效率；与其他在线c a d 系统相比， 改变了传统服装仿真的流程，实现了异构数据交换，提高了多用户协同工作的效 率。 关键词：在线c a d ，协同工作，数据交换，服装仿真 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现 a b s t r a c t t i t l e ：t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fo n l i n ec a ds y s t e mf o rc l o t h i n g t h e r m a lf u n c t i o n a ld e s i g n m a j o r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y n a m e ：y u a n y u a nd u s u p e r v i s o r ：p r o f r u o m e iw a n g a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r a c tt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ec o m p u t e r a i d e dd e s i g ns y s t e m sh a v eb e e ni m p l e m e n t e d 嬲w e ba p p l i c a t i o n i nt h i sp a p e r , t h e o n l i n ec a ds y s t e mb a s e do nc l o t h i n gt h e r m a lf u n c t i o n a ld e s i g nh a sb e e n i m p l e m e n t e d c o m p a r e dw i t ho t h e rd i s t r m u t e dc o m p u t i n ga r c h i t e c t u r e s ，r i c hi n t e m e t a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yi s m o r es u i t a b l ef o rt h eb u s i n e s sl o g i co ft h eo n l i n ec a d s y s t e m t oe n h a n c et h eu s e re x p e r i e n c e ，t h es y s t e ma r c h i t e c t u r e i s d e s i g n e da s d o u b l e m v cm o d e l , w h i c hc a nb a l a n c et h el o a do nb o t hc f i e n ts i d ea n ds e r v e rs i d e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ec l o t h i n gt h e r m a lf u n c t i o n a ld e s i g n , t h ef u n c t i o n f o rs u p p o r t i n gm u l t i - d e s i g n e ro n l i n ec o m m u n i c a t i o nh a sb e e ni n t e g r a t e di n t ot h e s y s t e m t h ex m l d o c u m e n th a sb e e nu s e df o rs e p a r a t i n gd a t ac o n t e n ta n df o r m a ti n t h i sp a p e rt os u p p o r tt h ed a t ae x c h a n g eb e t w e e nd i f f e r e n tm o d u k s u m li su s e di nt h i sp a p e rt os p e c i f yt h eu s e rr o l e s ，b u s i n e s su s ec a s e s ，s e q u e n c e l o g i ca n dd a t as t r u c t u r ei nd e t a i l t h ep r o t o t y p eo fo n l i n ec a ds y s t e mi si m p l e m e n t e d b y n e tf r a m e w o r ka n da s p n e tp r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t ho t h e r t r a d i t i o n a ls y s t e m s ，t h es y s t e mi nt h i sp a p e rh a ss o m ea d v a n t a g e si ns i m u l a t i o n e f f i c i e n c y , d a t ae x c h a n g ea n dc o o p e r a t i v ew o r kf o rc l o t h i n gf u n c t i o n a ld e s i g n k e yw o r d s ：o n l i n ec a ds y s t e m ，c o o p e r a t i v ew o r k ，d a t ae x c h a n g e ，c l o t h i n gs i m u l a t i o n 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 垫塾塾 日期： 趁1 2 复皇旦垄兰旦 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：冻u 圈克 日期：弘哆年j - 月2 z 日 力咱 于y 彦乏、月 弓j 名a、 签 叩 师期 导日 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) ，简称c a d ，是指利用计算机系 统辅助设计人员进行设计工作。c a d 在制造业领域对于规范产品标准、提高产 品质量、缩短上市周期和降低成本等方面发挥了重要的作用【1 ，2 ，3 ，4 】。 c a d 的发展从2 0 世纪5 0 年代开始，第一台计算机绘图系统在美国诞生， 出现具有简单绘图输出功能的被动式的c a d 技术。到了6 0 年代初期，推出了商 品化的计算机绘图设备。直至7 0 年代，完整的c a d 系统开始形成，实现了多种 形式的图形输入硬件设备。在8 0 年代，随着超大规模集成电路微处理器和存储 器件的出现，c a d 技术在中小型企业得到应用。从8 0 年代中期至今，c a d 逐 步在制造业的各个领域得到广泛应用【5 ，6 ，7 8 】。 但是随着制造行业的竞争日趋激烈，传统的c a d 系统已经难以满足制造业 的新要求。而利用高速发展的计算机网络技术，将c a d 系统构建在互联网上成 为c a d 技术的重要发展方向。如今基于互联网的c a d 技术朝着集成化、智能 化和协同化的方向发展【9 ，1 0 1 1 】。 ( 1 ) 集成化 一方面，将c a d 技术和现代企业管理信息系统如产品数据管理( p r o d u c t s d a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 和企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 集成成为企业一体化解决方案。另一方面，将企业之间的异地和异构系统进行集 成，实现互联网上共享行业信息和应用服务的理想平台【1 2 】。 ( 2 ) 智能化 工程设计知识库( t h ee n g i n e e r i n gd e s i g nk n o w l e d g er e p o s i t o r y ) 用来收集 和存储相关的设计数据，并通过学习和分类，在互联网上共享，为重用历史数据 以组成新设计的工程人员提供方便【1 3 】。 ( 3 ) 协同化 支持协同设计和并行设计，使得c a d 系统能适合产品设计开发中各地工程 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第1 章绪论 师密切合作的分布式设计制造模式。通过互联网的实时观察和操作同一产品模 型，分散于不同地域的工程师可以进行并行设计1 1 4 1 。 总体而言，基于互联网的c a d 系统能够利用各个节点的资源进行计算，并 且方便地发布新的应用服务，加快了系统运行速度，减低了系统维护的复杂性， 丰富了企业的c a d 系统功能，实现了企业之间的服务共享。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 基于互联网的计算机辅助设计系统的研究现状 结合网络技术，将c a d 系统构建在网络之上是c a d 技术的重要发展方向。 在1 9 9 7 年a m e r i c a ns o c i e t yo fm e c h a n i c a le n g i n e e r s 设计工程国际会议上，首次 设立“n e t w o r k c e n t d cc a d 专题研究，标志着基于互联网的c a d 技术已经得 到了国际学术界的广泛认同。1 9 9 8 年有关概念也被称为“w e b - b a s e dd e s i g n ”和 “i n t e r n e t b a s e dc a d ”。到了1 9 9 9 年又将其称为“i n t e r n e t a i d e dd e s i g n 。基于 互联网的计算机辅助设计系统目前尚无统一定义，但是普遍认为是指利用网络机 器衍生技术，通过分布协同的工作方式，管理产品设计过程、优化设计方案以及 共享设计资源的工具 1 5 ，1 6 。 目前基于互联网的c a d 技术的研究主要分为两类：一类是以y u n g c h o u 勋0 1 1 7 、s c h u l m a nm a i l 8 等人所做的研究工作为代表，这一类研究基本上是基 于客户机月艮务器结构，各个子系统相对独立，子系统间的信息交流少，是早期 局域网工作的泛化。另一类是以g q h u a n g 1 9 和r i c kw a n g e r 2 0 等人所做的研 究工作为代表，这类研究利用互联网技术，应用服务主要以动态网页为基础，整 个系统是基于浏览器服务器结构，设计者提交需求由服务器来解决并返回结果， 主要是利用互联网在客户端和服务器之间交流信息。 国外各大公司也推出了基于互联网的c a d 系统。a u t o d e s k 公司发布了设计 平台软件a n t o c a d2 0 0 0 i ，将所有设计人员与整个企业信息链相连1 2 1 1 。d a s s a u l t 推出了c a t w e b 浏览器，设计人员可以进行远程注解和干涉检查等2 2 1 。 2 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第1 章绪论 s o l i d w o r k s 公司发布了3 d p a r t s t r e a m n e t 和3 d i n s t a n tw e b s i t e 站点，设计人员 通过站点生成3 d 设计并对其进行管理【2 3 】。u g s 公司设计的v i s p u b l i s h 3 d 可以 实现异地企业间三维数学模型的发布、分配，允许整个企业在一个可控的多媒体 环境下生成、分配和显示最新的产品和工艺数据【2 4 】。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，通过互联网向用户提供三维c a d 模型的数据格式转换和模 型缺陷的修补服务【2 5 】。 国内针对基于信息网络的设计与制造系统的体系结构，在概念上进行了研究 和探讨，提出分布式网络化制造系统的初步构想、制造模式，研究计算机支持的 协同设计及其环境。在具体实现上，大部分将传统的c a d 系统集成到互联网环 境下，并利用线程的外挂式应用工具，如电子邮件、白板、即时通讯软件和视频 软件等实现协同工作，如：清华大学的吴华鹏等【2 6 】采用客户机浏览器模式开发 的基于互联网的异地协作设计系统c d e s i g n ：浙江大学的高曙明等【2 7 】利用协同 工具c o c a d t o o l a g e n t 在a u t o c a dr 1 4 上开发协同c a d 系统。以上研究的基 本出发点是集成已有的商用系统在互联网结构下实现相关的工作进程。 总结目前研究现状，基于互联网的c a d 系统开发中涉及到如下共性技术： ( 1 ) 基于互联网的c a d 系统的网络架构，主要有主机计算模式、客户机 服务器模式和浏览器月& 务器模式。 ( 2 ) w e b 开发语言，主要有a s p 、p h p 和j s p 。 ( 3 ) 异构环境的集成技术，主要包括c o m d c o m 和j a v a b e a n s c o b r a 分 布式计算的框架。 ( 4 ) 内嵌接口程序实现与现有c a d 应用服务的相联，主要有中间件技术。 ( 5 ) 将单元技术从接口的集成转到统一的数据库级的集成，主要有电子数 据交换方式、数据仓库方式和中间数据方式。 基于互联网的c a d 系统已经引起了广泛关注，不少研究从不同角度和侧面 展开，但是主要的关键技术研究目前还处于概念论证或者前期准备的初始阶段， 目前还缺乏切实的学科间的交叉融合。 3 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第1 章绪论 1 2 2 服装功能性仿真软件 2 0 0 4 年，李毅等建立了人体服装环境系统的热湿传递过程的数学模型 2 8 1 。 2 0 0 5 年，李毅等基于上述数学模型实现了仿真软件平台 2 9 1 。设计人员可以通过 此软件平台与系统进行交互，并且可以从仿真结果中预知服装在环境下的热湿性 能。2 0 0 8 年，李毅等在该软件平台基础上，实现了新的服装热湿仿真c a d 系统 【3 0 l ，改进了软件在数学模型上的某些不足。 上述软件都成功地将服装热湿性能微环境评价方法的数学模型应用到计算 机软件上，实现了关于服装热湿性能的仿真c a d 系统，让设计人员能够直观地 通过系统流程的提示完成服装热湿性能设计。但是上述软件存在以下不足： ( 1 ) 系统基于单机单用户，一方面，由于服装热湿性能仿真时间根据人体 动态着装时间而变化，在仿真时间较长的情况下，系统大量占用计算机资源和设 计人员的等待时间；另一方面，服装热湿性能仿真需要人体生理学、环境工程学、 服装工程学等跨专业的协同设计，在单台计算机上运行的c a d 系统无法满足协 同设计的要求。 ( 2 ) 数据的存取基于简单的文本文件方式，不能灵活地更改数据，以及不 能保证系统数据的安全性。 因此，将服装热湿性能仿真系统的子模块，实现为基于互联网的c a d 系统 的中间件应用服务，并设计安全高效的数据库，可以提高仿真系统的运行效率， 减低维护复杂性，提高数据的重用性和安全性，使得跨学科的异地设计者通过服 装热湿性能在线仿真系统进行协同设计成为可能。 1 3 本文的研究内容及方法 从c a d 系统发展趋势看出，基于互联网的c a d 系统是传统单机单用户c a d 系统的替代。从当前的研究现状可知，热湿性能服装仿真系统大部分基于单机单 用户，在现实应用中与市场需求存在很大距离，成为制约设计人员使用的因素。 因此研究并实现基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统具有现实的应用意义。 本文的研究内容是采用分布式架构，设计在线的服装热湿性能仿真c a d 系统， 4 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现 第1 章绪论 实现设计流程、协同设计工作方式以及异构数据交换方法，从而实现具有实际应 用价值的在线c a d 系统。 本文的主要工作如下： ( 1 ) 建立符合实际应用需要的系统架构，提高系统的仿真效率。设计并实 现了基于双m v c 模式的系统框架，达到客户端和服务器端负载平衡的要求。 ( 2 ) 设计基于服装热湿性能仿真模型的系统流程，合理划分在线仿真设计 的功能模块。设计并实现以仿真设计用例为基本单位，每个用例包含环境、人模、 服装三部分设计模块的仿真流程，符合服装热湿性能仿真的逻辑。 ( 3 ) 设计异构数据交换中间件平台，实现客户端和服务器端之间不同类型 数据的交换和传递。利用中间件技术，以x m l 文档作为数据交换的核心载体， 通过s o a p 协议在客户端和服务器端之间进行数据传递。在服务器端，利用x s l t 实现x m l 文档与仿真模型自定义格式文件之间的转换。 ( 4 ) 实现异地同步和异地异步协同两种方式并存的设计模式。独立划分同 一个设计用例中不同的设计模块，通过用户权限的管理允许同步地对相同的设计 模块进行工作。利用完善的版本管理方法有效地解决异地同步协同产生的版本冲 突。分布式结构在服务器端集中存储所有的系统数据，有效地实现了不同设计用 例和不同设计模块的异地异步协同。 针对以上的关键问题，本文具体采用的技术如下： ( 1 ) 在客户端和服务器端都采用m v c 模式，实现基于双m v c 模式的丰富 互联网应用。 ( 2 ) 研究h t t p 协议和s o a p 协议，实现客户端和服务器端之间的数据传 输。 ( 3 ) 分析x m l 核心技术和格式规范，设计数据的记录格式。采用x s l 技 术进行客户端x m l 文档、服务器端关系数据库数据以及服务器端仿真模型前处 理文件三者之间的有效转换。 ( 4 ) 利用x m l 格式与内容相互独立的特点，通过比较自定义标签的内容， 实现统一的版本控制方式，避免多人同时在线的同步协同冲突。 ( 5 ) 采用a j a x 技术实现即时通讯功能，使得在同一系统流程中进行同步 协同的不同用户之间能够即时交换设计信息。 5 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 第2 章在线c a d 系统的相关技术 2 1 分布式体系架构 2 1 1 点对点结构 点对点结构，p e e r - t o p e e r ，简称p 2 p ，又称为对等互联网络结构 3 1 】。p 2 p 依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器 上。纯点对点网络没有客户端或服务器的概念，只有平等的同级节点【3 2 】。 p 2 p 网络的一个重要的目标就是让所有的客户端都能提供资源，包括带宽， 存储空间和计算能力。因此，当有节点加入且对系统请求增多，整个系统的容量 也增大。这是具有一组固定服务器的客户机月& 务器结构不能实现的，因为在客 户机服务器结构中，客户端的增加意味着所有用户更慢的数据传输。p 2 p 网络 的分布特性通过在多节点上复制数据，增加了防故障的健壮性，并且在纯p 2 p 网络中，节点不需要依靠一个中心索引服务器来发现数据，系统不会出现单点崩 溃 3 3 ，3 4 ，3 5 。 2 1 2 客户机服务器结构 客户机服务器结构，c l i e n t s e r v e rs y s t e m ，简称d s 结构，是一类分布式计 算机系统结构【3 6 】。在这种结构中，用户只关心如何完整地解决自己的应用问题， 而不关心这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。在结构中，服 务器是指被请求为应用问题提供服务的计算机或处理器，而客户机是指提出服务 请求的计算机或处理器。从服务器的角度看，一台计算机可能提供多种服务，一 个服务也可能由多台计算机组合完成。而从应用问题的角度看，应用问题的一部 分工作在客户机上完成，其他部分的工作则在一台或多台服务器上完成 3 7 ，3 8 。 c s 结构分为客户机和服务器两层，客户机具有一定的数据处理和数据存储 6 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 能力，通过把应用软件的计算和数据合理地分配在客户机和服务器两端，可以在 服务器和客户端平衡服务处理量，但因为客户机安装了专门的软件，对平台有一 定限制要求，安装和维护的工作量大 3 9 ，4 0 , 4 1 。 2 1 3 浏览器服务器结构 浏览器服务器结构，b r o w s e r s e r v e rs y s t e m ，简称b s 结构，是随着i n t e r n e t 技术的兴起，对c s 结构的一种改进的结构。在这种结构下，少部分事务逻辑在 前端( b r o w s e r ) 实现，主要的事务逻辑在服务器端( s e r v e r ) 实现，形成三层结 构 4 2 】。 b s 模式的最大特点是：用户可以通过w w v 浏览器去访问i n t e r a c t 上的文 本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息，这些信息都是由多个w e b 服务 器产生的。而大量的数据实际存放在数据库服务器中，每一个w e b 服务器通过 多种方式与数据库服务器连接。客户端除了w w w 浏览器，一般无须任何用户 程序，只需从w e b 服务器上下载程序到本地来执行，在下载过程中若遇到与数 据库有关的指令，由w e b 服务器交给数据库服务器来解释执行，并返回给w e b 服务器，w e b 服务器再返回给用户。但该结构下服务器端的符合较重，对服务器 的性能要求更高 4 3 1 。 2 1 4 丰富互联网应用 丰富互联网应用，r i c hi n t e r n e ta p p l i c a t i o n ，简称r i a ，是一种具有近似于 传统桌面应用系统功能和特性的网络应用系统【4 4 】。r i a 系统最大的特点是将大 部分处理任务移植到客户端，仅保留一些必要数据与服务器端进行信息交互。 传统的网络应用程序将所有交互应用都集中在基于“瘦客户端的邮架构 上。在这样的系统中，所有处理操作均在服务器端执行，客户端仅仅是用于显示 静态的信息内容( 如h t m l ) 。这种系统的缺点是所有的交互操作都必须经由服 务器端进行，首先，客户端要将请求数据上传至服务器端，然后服务器端作出响 应并传回结果，最后客户端再重载响应信息。使用在客户端执行指令的客户端技 7 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 术，r i a 可以有效地避免延时，实现程序与用户操作的同步 4 5 ，4 6 1 。 随着时间的迁移，互联网标准正在逐渐地改变，以适应r i a 技术，所以目 前还没有为r i a 划定出一个明确的概念范围。但是不同的r i a 都有一个相同的 特征：在客户端与服务器端之间增加叫做“客户端引擎 的中间代码层。这种客 户端引擎通常作为应用初始化的一部分被下载，也可能随着应用的运行在后续代 码中作为补丁被下载并补充进来。客户端引擎充当浏览器的一个扩展，负责呈现 用户界面以及与服务器端进行通信1 4 7 ，4 8 1 。客户端引擎按设计者的操作执行功 能，从而提升用户界面的响应速度。另一方面，客户端引擎与服务器端进行异步 通信，增加客户端引擎不会影响原有浏览器与服务器端之间的同步交互模式 4 9 ， 5 0 1 。 2 1 5 小结 c s 结构的优点是能充分发挥客户端个人计算机的处理能力，很多工作可以 在客户端处理后再提交给服务器，客户端响应速度快。主要缺点是：客户端需要 安装专用的客户端软件。首先涉及到安装的工作量，其次任何一台电脑出问题， 如病毒、硬件损坏，都需要进行安装或维护。系统软件升级时，每一台客户机需 要重新安装，其维护和升级成本非常高。另外，对客户端的操作系统一般也会有 限制。 b s 结构的优点是具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处 理；业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能；维护简单方便，只 需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新；开发简单，共享性强。但是， b s 也存在应用上的缺点：个性化特点降低，无法实现具有个性化的功能要求； 页面动态刷新，响应速度降低；无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压 力；功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。 而p 2 p 网络的一个重要的目标就是让所有的客户端都能提供资源，包括带 宽，存储空间和计算能力。因此，当有节点加入且对系统请求增多，整个系统的 容量也增大。这是具有一组固定服务器的c s 结构不能实现的，因为在上述这种 结构中，客户端的增加意味着所有用户更慢的数据传输。f 2 p 网络的分布特性通 8 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现 第2 章在线c a d 系统的相关技术 过在多节点上复制数据，也增加了防故障的健壮性，并且在纯p 2 p 网络中，节点 不需要依靠一个中心索引服务器来发现数据。在后一种情况下，系统也不会出现 单点崩溃。但是由于p 2 p 网络的分布性和数据的共享性使得其在应用上遇到很多 法律限制。 而l u a 采用客户端引擎，所以它具有以下特点： 表现力丰富：r i a 能在基于标准浏览器的网页实现h t m l 标签无法实现的 用户界面效果，而且这些功能无需与服务器端交互数据，完全是在客户端进行运 算。 反应更加迅速：部分用户请求无需在服务器端执行，可以在客户端通过引擎 完成，用户界面的响应更加迅速。 负载平衡：r i a 可以使客户端和服务器端对资源的需求更加平衡，从而使 服务器无需一直高负荷地运转。因此服务器端的资源得到了解放，从而提升了同 一服务器端硬件设施所能并行服务的客户端会话数量。 异步通信：无须等待用户执行诸如在按钮或链接上点击的交互操作，客户端 引擎便可与服务器端进行交互。用户在客户端引擎跟服务器端通信的同时，异步 地进行页面浏览或交互，避免用户长时间等待。 因此，对比各种结构的优缺点，本文结合服装热湿仿真流程的设计需求，采 用了r i a 结构。将部分业务处理配置在客户端引擎，服务器端执行数据存储和 仿真计算功能，平衡了浏览器端和服务器端的负载，加快了用户界面的响应速度。 另一方面，用户无需安装其他应用软件，通过浏览器可以访问在线c a d 系统的 服务资源。 2 2 应用程序编程接口 2 2 1 通用网关接口 通用网关接口，c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，简称c g i ，是一种互联网应用 程序编程接口，可以让一个客户端从网页浏览器向执行在w e b 服务器上的程序 请求数据。c g i 描述了客户端和这个程序之间传输数据的一种标准 5 1 1 。 9 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 c g i 的主要工作流程为：用户代理程序首先向c g i 程序请求某个名称的条 目，如果该条目页面存在，c g i 程序获取那个条目页面的原始数据，然后把它转 换成h t m l 并把结果输出给浏览器；如果该条目页面不存在，c g i 程序则会提 示用户新建一个页面。 c g i 的工作方式，从w e b 服务器的角度看，是在特定的位置定义了c g i 程 序。当收到一个匹配u r l 的请求，相应的程序就会被调用，并将客户端发送的 数据作为输入。程序的输出会由w e b 服务器收集，并加上合适的头，再发送回 客户端。每次c g i 请求都需要重新生成一个程序的副本( 进程) 来运行，当请 求数量较大，服务器端的负载会迅速增加【5 2 】。 2 2 2 互联网服务器应用编程接口 互联网服务器应用编程接口，i n t e m e ts e r v e ra p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ，简称i s a p i 5 3 。是微软提供的一套面向i n t e r n e t 服务的a p i 接口，它 能实现c g i 提供的全部功能，并在此基础上进行了扩展，如提供了过滤器应用 程序接口。 i s a p i 的工作原理是通过交互式主页取得用户输入信息，然后发送给服务器 后台处理。在i s a p i 下建立的应用程序是以动态连接库( d y n a m i cl i n k a b l e l i b r a r y ，简称d l l ) 的形式存在；而c g i 的应用程序一般都是可执行程序。i s a p i 通过给其宿主进程( 如i i s ) 提供三个规范的接口来保证其本身只在内存中装载一 次，多个客户端在同一时间发出请求的情况下只实例化一次，从而避免大量的内 存消耗 5 4 ，5 5 。 i s a p i 应用的d l l 不仅可以被用户请求激活，还可以被系统预先激活来监 视用户输入，被用户激活的d l l 处理完一个用户请求后继续驻留在内存中等待 处理别的用户输入。此外，i s a p i 的d l l 应用程序和w w n y 服务器处于同一个 进程中，执行效率更高。 1 0 基= j = b g 装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 2 2 3 小结 c g i 技术与i s a p i 技术都实现了数据库系统与w w w 系统的连接，对用户 请求迅速做出响应，但两种连接技术在性能上有一定区别。 c g i 技术是一个通用的标准，几乎所有的w w w 服务器都支持此标准。但 是c g i 技术存在如下不足： ( 1 ) 服务器端相当复杂，需要大量的额外编程，同时服务器需要复杂的维 护。 ( 2 ) 每一个客户访问都需要单独占用服务器进程执行c g i 程序，成为系统 的瓶颈，限制c g i 系统的可扩展性。 ( 3 ) 在执行速度方面，c g i 程序作为独立的外部程序来执行，它与w w w 服务器上的其他进程竞争处理器资源，导致运行速度缓慢。 ( 4 ) 用户每发出一个请求，服务器都将创建一个事务或c g i 程序的一个拷 贝，当有多个用户访问时，就会降低响应速度和执行效率，加重服务器的负担。 ( 5 ) 每个c g i 程序必须用某个特定数据库服务器专用的s q l 语言来手工编 写数据库接口程序，因此可移植性较差。 ( 6 ) 在事务处理能力方面，每次通过w w w 服务器访问c g i 程序时，c g i 程序都会启动，执行处理任务，然后退出并断开连接。每次发出请求时数据库都 必须重新打开，客户端没有与数据库服务器直接交互，而是通过w w w 服务器 传递的，是单步连接。因此无法识别一个事务的状态，难以实现复杂的多步交互 的事务提交机制。 i s a p i 应用的工作流程与c g i 应用流程不同，但i s a p i 应用的d l l 同样可 以被用户请求激活，被系统预先激活来监视用户输入，实现与数据库系统的动态 连接。而且对比c g i 的不足，在i s a p i 应用中用户的每一次请求并不启动单独 的进程，因为被激活的d l l 在处理完一个用户请求后不会立即消失，而是继续 驻留在内存中等待处理下一个用户输入，直到一定时间限制之后一直没有用户输 入为止。这样，i s a p i 的技术性能就有所提高，所要求的系统开销相对较低。 通过上述c g i 和i s a p i 技术性能的分析，本文采用i s a p i 。系统需要实现的 功能之一是多用户的异地同步和异步协同功能，因此用户需要频繁地与数据服务 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 器进行交互，提交数据并更新本地数据。采用i s a p i 可以实现用户请求与数据库 系统的动态链接，最大限度降低频繁的数据请求造成的服务器端负载，从而实现 多步交互的事物提交机制，满足在线c a d 系统的协同设计功能需求。 2 3 异构数据交换 2 3 1 电子数据交换方式 电子数据交换，e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ，简称e d i ，是指按照统一规定的 一套通用标准格式，将标准的信息，通过通信网络传输，在合作伙伴的计算机系 统之间进行数据交换和自动处理【5 6 ，5 7 1 。e d i 不是用户之间简单的数据交换， e d i 用户需要按照国际通用的消息格式发送信息，接收方也需要按国际统一规定 的语法规则，对消息进行处理，并引起其它相关系统的e d i 综合处理。整个过 程都是自动完成，无需人工干预，减少了差错，提高了效率。 e d i 的主要工作流程为： ( 1 ) 发送方将要发送的数据从信息系统数据库提出，转换成平面文件。 ( 2 ) 将平面文件翻译为标准e d i 报文，并组成e d i 信件。接收方从e d i 信箱收取信件。 ( 3 ) 将e d i 信件拆开并翻译成为平面文件。 ( 4 ) 将平面文件转换并送到接收方信息系统中进行处理。 2 3 2 数据仓库方式 中心数据仓库负责提取各个分布场地自治系统的数据，并对各种数据具有高 度的控制权。数据仓库中的数据是在对原有分散的数据库数据抽取、清理的基础 上经过系统加工、汇总和整理得到的，消除了源数据的不一致性，可以保证数据 仓库内的信息是一致的全局信息。但是，数据仓库中的数据是单向流动，不支持 更新。因此，数据仓库技术适合于仅需综合查询、统计报表、数据分析等的应用 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 场合，而不能支持各数据源之问的数据互操作的需求。该方式的缺点是交互性与 实时性较差 5 8 1 。 2 3 3 基于) 眦的中间件方式 中间数据方式是指各个分布场地将自己的数据按照一定的通用格式提供出 来，实现透明的数据交互。与数据仓库方式相比，该方式较好地保留了各个分布 场地的自治权，同时保证了一定的实时性。 可扩展标记语言，e x t e n s m l em a r k u pl a g u a g e ，简称x m l ，提供了一种表示 数据结构和内容的通用中间数据格式，比较好地解决了网上异构系统之间数据交 换的统一表示问题，适合作为异构数据集成系统中的公共数据模型，有助于将分 布于各个网络上的结构化、半结构化和非结构化数据进行集成。但是，x m l 的 语义表达能力有限，单靠x m l 本身很难解决异构数据集成的问题。 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在 不同的技术之间共享资源。中间件管理计算资源和网络通讯，是连接两个独立应 用程序或独立系统的软件。相连接的系统，即使它们具有不同的接口，但通过中 间件相互之间仍能交换信息。执行中间件的一个关键途径是信息传递。通过中间 件，应用程序可以工作于多平台。中间件主要分为远程过程调用中间件( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ) 、面向消息的中间件( m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 和对象请求 代理中间件( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r s ) 【5 9 ，6 0 。 基于x m l 的中间件方案实现在异构系统之间传递封装数据后的消息，从而 达到数据之间的交互与共享，实现跨平台操作，为不同操作系统上的应用软件集 成提供服务 6 1 】。 2 3 4 小结 在国际贸易中使用e d i 业务，双方使用统一的国际标准格式编制文件资料， 利用电子方式将贸易资料准确迅速的由一方传递到另一方。减少了许多重复劳 动，提高了工作效率。e d i 使贸易双方能够以更迅速有效的方式进行贸易，大大 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 简化了订货或存货的过程，使双方能及时地充分利用各自的人力和物力资源。 但是，采取e d i 来交换数据，必须按规定程式进行，一旦另一交易方变了， 就要作出新规定。根据互联网的迅速发展，业务工作的方式和模式也随之改变， 按照以往的e d i 的格式，常发生无法补充的现象，使其更改非常麻烦。 而数据仓库则拥有以下特点： ( 1 ) 面向主题：数据仓库中的数据是按照一定的主题域进行组织。 ( 2 ) 集成数据：数据仓库中的数据是在对原有分散的数据库数据抽取、清 理的基础上经过系统加工、汇总和整理得到的，必须消除源数据中的不一致性， 以保证数据仓库内的信息是关于整个企业的一致的全局信息。 ( 3 ) 稳定的：数据仓库的数据主要供企业决策分析之用，所涉及的数据操 作主要是数据查询，一旦某个数据进入数据仓库以后，一般情况下将被长期保留。 ( 4 ) 反映历史的：数据仓库中的数据通常包含历史信息，系统记录了企业 从过去某一时间点到目前的各个阶段的信息，通过这些信息，可以对企业的发展 历程和未来趋势做出定量分析和预测。 然而，数据仓库用于支持决策，面向分析型数据处理，它不同于企业现有的 操作型数据库：其次，数据仓库是对多个异构的数据源有效集成，集成后按照主 题进行了重组，并包含历史数据。因此，数据仓库的交互性与实时性较差。 而以数据交换中间件作为解决方案有如下优点： ( 1 ) 中间件保持了平台的透明性，使开发者不必考虑操作系统的问题。 ( 2 ) 中间件实现了对交易的一致性和完整性的保护，提高了系统的可靠性。 ( 3 ) 中间件产品可以降低开发成本，提高工作效率。 本文采用基于x m l 的远程过程调用中间件技术，利用x m l 文档记录需要 交换的数据和相应的交换规则。由于需要在客户端、服务器端的关系数据库以及 仿真计算模型三者之间频繁地进行数据交互，它们对数据的格式要求都有区别。 x m l 具有到目前为止其他方法还没有具备的数据描述特点，它采用的控制信息 并非是传统的应用软件的独有形式，而是采用自定义的易于理解的标签，并且将 格式和内容独立，从而可以满足系统中各个功能模块进行不同格式的数据交换的 需求，因此本文采用x m l 文档作为仿真数据交换的基础。 1 4 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 2 4 基于互联网的协同工作方式 2 4 1 异地异步协同设计 异步协同设计是一种松散耦合的协同工作。其特点是多个协作者在分布集成 的平台上围绕共同的任务进行协同设计工作，但各自有不同的工作空间，可以在 不同的时间内进行工作，但是通常不能及时地从其他协作者处得到反馈信息。 进行异步协同设计除了需要具有紧密集成的计算机辅助技术工具之外，还需 要解决共享数据管理、协作信息管理、协作过程中的数据流和工作流管理等问题。 【6 2 ，6 3 】 2 4 2 异地同步协同设计 同步协同设计是一种紧密耦合的协同工作，多个协作者在相同的时间内，通 过共享工作空间进行设计活动，并且任何一个协作者都可以即时地从其他协作者 处得到反馈信息，如同面对面的协商讨论。 从技术角度看，同步协同设计比异步协同设计的实现较为复杂，需要在网上 实时传输产品模型和设计意图、需要有效地解决并发冲突、需要在计算机辅助技 术工具之间实现细粒度的在线集成等。虽然应用共享工具( 如n e t m e e t i n g ) 可以通 过截取单用户计算机辅助设计工具的用户界面和传输界面图像来实现简单的同 步协同设计，但协同工作效率低，无法有效地支持同步协同设计工作。【6 4 ，6 5 】 2 4 3 小结 本文研究的在线仿真系统为用户提供基于服装热湿仿真的在线设计平台，而 服装热湿仿真技术涉及多个学科知识，如人体生理知识、纺织材料学知识和服装 设计学知识等，因此多用户进行基于网络的异地协同设计显得更加重要。 在线服装热湿仿真系统的流程主要包括三个主要步骤即环境的定义，人体模 基于服装热湿性能仿真的在线c a d 系统的研究与实现第2 章在线c a d 系统的相关技术 型的定义