（航空宇航制造工程专业论文）基于web的cad系统关键技术研究与实现.pdf

堕室堕窒堕丕叁兰塑! ：兰些堡苎 一 _ 一 一 摘要 二十世纪未以来，以w e b 相关技术为代表的网络技术发展迅猛，各行各业 都从中受益匪浅。经济全球化带来了制造业的全球化，在企业的生产过程中充 分利用网络技术特别是i n t e r n e t 技术，构建一个基于w e b 的产品开发平台和制 造平台，支持跨地区、跨平台的全球制造，是二十一世纪制造业的重要发展方 向之一。传统的基于单机或局域网的c a d 软件应用正在逐渐发展为基于w e b 的应用模式。4 、 本文分析了i n t e r n e t 时代c a d 系统的发展方向，研究了基于w e b 的c a d 系 统的若f 关键技术，主要包括：系统的体系结构与开发策略、与w e b 应用相关 的网络技术、纯j a v a 开发技术、w 曲组件模型技术、基于w e b 的图形交互技术 和系统的维护与升级技术等。在融合以上相关技术的基础上，设计并初步实现 了一个基于w e b 的c a d 原型系统w c s ( w 曲b a s e d c a ds y s t e m ) 。该系统作为 一个验证系统，除具有传统c a d 的基本功能外，还具有动态版本升级，基于 w e b 的远程主机间的图形交互功能。 关键词：c a d c a m ，i n t e m e t ，w e b ，图形交互，j a v a 一 壁士些! 塑! 垒! 墨竺叁壁垫查鲨壅皇窒塾 一 _ - _ 一一 a b s t r a c t t h en e t w o r kt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l y w e b r e l e v a n t t e c h n o l o g y h a s d e v e l o p e d r a p i d l y s i n c et h ee n do ft h e2 0 t hc e n t u r y ，a l lt r a d e sa n dp r o f e s s i o n sb e n e f i tf r o m i t t h eg l o b a l i z a t i o ni nm a n u f a c t u r et h a tt h ee c o n o m i cg l o b a l i z a t i o nb r i n g s ，d e p e n d s o nt h en e t w o r k e dp r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gt oag r e a te x t e n t i ti so n eo f t h e i m p o r t a n td e v e l o p i n g d i r e c t i o n so fm a n u f a c t u r ei nt h ef u t u r et o f u l l yu t i l i z e t h e n e t w o r kt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yi n t e r n e tt e c h n o l o g y ，a n dt oc o n s t r u c taw e b - b a s e d p r o d u c td e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m t o s u p p o r tt r a n s r e g i o n a l a n d p l a t f o r m i n d e p e n d e n t g l o b a lm a n u f a c t u r e ，i n t h e p r o d u c t i o np r o c e s s o f e n t e r p r i s e t r a d i t i o n a lc a d s o f t w a r eb a s e do nt h es t a n d - a l o n eo rl a ni s g r a d u a l l y t u r n e dt ot h ew e b - b a s e d a p p l i c a t i o nm o d e t h i s p a p e ra n a l y s e s t h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no fc a ds y s t e mi nt h ee r ao f i n t e r n e t ，d i s c u s s e ss e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e so fw e b - b a s e dc a ds y s t e m ，i n c l u d i n g s y s t e ma r c h i t e c t u r e a n dd e v e l o p i n gt a c t i c s ，t h ew e b - r e l e v a n tn e t w o r kt e c h n o l o g y ， p u r ej a v at e c h n o l o g y , w e bc o m p o n e n tm o d e lt e c h n o l o g y , w e b b a s e dt e c h n o l o g yo f g r a p h i c si n t e r a c t i v i t ya n ds y s t e mm a i n t a i n i n g & u p g r a d et e c h n o l o g y , e t c t h r o u g h c o m b i n i n ga b o v er e l e v a n tt e c h n o l o g i e s ，aw e b b a s e dc a dp r o t o t y p es y s t e m ，w c s ， i s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a s a s y s t e m f o r v e r i f i c a t i o n ，w c s p o s s e s s e s t h e f u n c t i o n so fd y n a m i cv e r s i o nu p d a t ea n dw e b - b a s e d g r a p h i c si n t e r a c t i v i t yb e t w e e n d i s t a n th o s t s ，b e s i d e st h eb a s i cf u n c t i o n so f t r a d i t i o n a lc a ds o f t w a r e s k e y w o r d s ：c a d c a m ，i n t e r n e t ，w e b ，g r a p h i c si n t e r a c t i v i t y ，j a v a 塑塞堕窒堕墨叁兰! 坚! ：兰丝堡兰一一 _ p - 一一 第一章绪论 制造业是我国国民经济的基础。近年来，以i n t e r n e t 为代表的网络技术飞速 发展，对传统制造业提出了更多的要求，讵在逐步改变着制造业的规则，并加 剧了制造业界的竞争。制造业企业只有保持对包括网络技术在内的先进技术的 敏感，适时采用能够加速企业发展、增强企业竞争力的有力工具，才能在日益 全球化的市场中占有一席之地。 1 1 因特网时代的c a d c a m 技术 c a d c a m 技术作为制造业保证竞争力的有效工具，在规范产品标准、提高 产品质量、缩短上市周期和降低成本诸方面发挥了不可取代的作用。但由于传 统的c a d c a m 系统运行、维护和升级的开销很大，造成了大量时间和资源的 浪费，加之对异构环境适应性差，不能充分利用i n t e r n e t ，已逐渐不满足制造业 的新要求。近几年以i n t e r n e t 技术为代表的网络技术发展迅猛，相关技术瓶颈逐 步得到解决，在这种大趋势下，c a d c a m 技术已经越来越和网络技术联系在一 起。引入网络技术，将系统构建在i n t e r n e t 之上，是c a d c a m 技术的重要发展 方向。在产品设计的各个时期，让设计员和用户能够通过w 曲浏览器来浏览产 品模型，是这些系统提供的基本网络功能之一。 最常用的网络图形格式是虚拟现实建模( v i s 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 ) 格式。v r m l 是描述网上三维物体和二维世界的一种标准文件格式，它 隐藏了t c p i p 及f t p 协议，使得在i n t e r n e t 上传输图形变得非常简单。另一方 面，v r m l 文件比表示相同三维对象的其它文件格式小得多，非常适合用来在 网上传输产品模型。用户不需要安装任何c a d 系统，使用现有的w e b 浏览器 或安装插件就可以浏览三维产品模型，在其中漫游，还可以通过嵌入的相关链 接访问产品信息、技术支持及演示等许多在线文档。目前，几乎所有大型 c a d ，c a m 系统都提供v r m l 相关的功能，对v r m l 的支持逐渐成为标准。 对于二维图形，也有专门为其开发的网络格式。a u t o d o s k 公司为其旗舰产品 a u t o c a d 推出了与d w g 格式相对应用于的网络图形格式d w f ( d r a w i n gw e b f o r m a t ) ，这是一种高度压缩的图形格式，专门用于在网络上传输d w f 文件由 a u t o c a d 的d w f o u t 命令输出，用d w f 浏览器进行浏览。目前已开发出许多 d w f 浏览器。 i 兰鉴! 塑里垒里墨竺薹壁垫查竺坚皇塞翌 总的说来，进入互联网时代，c a d c a m 技术的发展大致有以下三个方向： 集成化 因特网时代c a d c a m 技术的集成化主要体现在如下两方面： 一是广义c a d 的集成，即c a d c a m c a e c a p p p d m e r p 等经过多种集成 形式成为企业体化解决方案，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( p d m 、e r p ) 的集成，已成为企业信息化的重点。其中， p d m 指产品数据管理( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) ，主要解决企业中与产品设计、 制造有关信息的管理，并对这些信息的产生、流动、存取过程进行控制。e r p 指企业资源计划( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) ，主要用于统筹管理企业内部所 有部门的集成式信息。e r p 系统集信息技术与先进的管理思想于一身，它以系 统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。目前， 不同的企业通常配备不同的商业化p d m 和e r p ，其相互间共享信息几乎是不可 能的，这主要是因为大多数供应商与生产商处于不同的国家或地区，它们之间 主要是通过传统的纸张来进行信息交流的。因特网技术与w e b 技术的迅速发展 为这种问题提供了解决方案。由于w e b 的易用性，无处不在性、标准性等，采 用基于w e b 的技术，利用h t m l ，j a v a ，v r m l ，x m l 3 d 等技术可以有效实现 c a d 与p d m 、e r p 之间的信息集成。 二是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。异构平 台之间的集成包括不同的硬件平台之间，不同的网络结构之间，不同的操作系 统之间，不同的应用之间的集成。基于网络的分布式计算技术是近年来进步很 快的技术之一，以分布式计算技术为基础，基本构件的系统体系结构将逐渐取 代模块化的系统体系结构。在异构平台之间集成的技术标准中，一直存在着两 大阵营，一个是以o m g 组织为核心的c o r b a 标准，另一个是微软件的基于 d c o m 和a c t i v e x 技术，目前这两大阵营竞争很激烈。j a v a 的语言无关性及其 具有的内在的安全性特点使它成为编写网络环境下的构件的最佳选择。将分布 式计算框架和j a v a 技术结合起来，将是构造网络信息系统的理想模式。 智能化 智能设计( i n t e l l i g e n td e s i g n ) 和基于知识系统( k n o w l e d g e - b a s e ds y s t e m ) 的工 程是出现在产品处理发展过程中的新趋势，核心就是“把信息变成知识，用知 识指导创新”。 南京航空航天人学硕 学位论文 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 存储相关的几何，属性等工程数据，并自我学习，积累起一定的经验、规则， 通过知识提炼和分类，把工程、属性数据库与知识库紧密地结合起来，提高了 搜索复杂的几何图形和工程信息的计算方法。对于那些搜索大量以前留下来的 数据以组成新产品设计的工程人员来说，工程设计知识库意义尤为重大。有大 约四分之三的新产品设计活动可以重用以前的设计知识。 知识库应该是基于w e b 共享的。知识库的提供者( p r o v i d e r ) 和消费者 ( c o n s u m e r ) 都是在全球范围内分布在物理上离散的地方。w e b 是巨大的信息仓 库，是知识库的素材来源，也是大量应用知识库的途径。知识库可以通过三种 途径来访问：通过标准的文件传输协议( f t p ) ，通过超文本传输协议( h t t p ) ，以 及通过代理( a g e n t ) 的访问。知识库应该提供良好的学习工具( c o n t r i b u t et o o l s ) ， 可以方便地从w e b 中得到新的设计数据和相关信息 当前知识库的发展还处于初级阶段，是数据库在一定程度上的智能化及其与 专家系统的结合，以后将朝向知识化，几何、特征属性信息与知识的集成化方 向发展。 协同化 支持协同设计及并行设计也是c a d c a m 系统的共同发展方向之一。全球化 竞争迫切要求企业快速有效地生产高质量、低价格的产品，但现代制造企业往 往分散于不同地域，产品的设计开发需要各地的工程师密切合作。为适应这种 分布式设计制造模式，c a d ，c a m 系统应当提供基于网络的解决方案，使得身处 不同地理位置的工程师可以通过i n t e r n e t i n t r a n e t 实时观察和操作同一产品模型， 进行并行设计，从而大大加快产品开发速度，缩短新品开发周期。 基于w e b 的并行工程是在物理上分布在不同地点的部门之间的协作，要涉及 到分布式的数据库的管理和大量数据传输。每个节点可以通过w e b 了解到最新 的设计，生产相关数据。三维数据在w e b 上通过v r m l x m l 等协议进行传输， 其传输的是特征信息，而不是三维模型的实体信息数据，特征数据将在客户端 被重新解释还原成三维实体模型。 随着i n t e r n e t 的飞速发展，网络带宽的提高，多媒体数据的实时传输，提供 的服务越来越多样，这一切使网络会议和虚拟现实等技术可以真正地应用于生 产过程，构造一个基于w e b 的设计制造平台，满足并行工程、敏捷制造的要求， 并解决三维数据在w e b 上的传输和访问、修改等不同级别的共享f 1 1 。 基于w e b 的c a d 系统关键技术研究与实现 1 2 选题依据及主要内容 二十一世纪的c a d c a m 技术越来越依赖于以i n t e r a e t 为中心的网络技术。 现代企业需要更快地对技术革新、市场需求情况作出反应，异地设计n 造技术 和并行设计n 造技术受到日益重视。这些技术的实施，需要有高效、快捷、安 全的网络c a d c a m 系统的支持。 本文得到江苏省青年科技基金项目“基于w e b 的c a d c a m 系统关键技术 研究( b q 2 0 0 0 0 0 4 ) ”资助。主要研究了基于w e b 的c a d 系统的体系结构与开 发策略、与w e b 应用相关的网络技术、纯j a v a 开发技术、w e b 组件模型技术、 基于w e b 的图形交互技术和系统的维护与升级技术等。 论文主要内容安排如下： 第一章：总结了网络技术在c a d c a m 中的应用情况和因特网时代 c a d c a m 技术的走向 第二章：研究了基于w e b 的c a d 系统开发技术 第三章：设计并初步实现了一个基于w e b 的c a d 原型系统w c s ( w e b b a s e d c a d s y s t e m ) ，研究了系统体系结构，描述了系统功能和开发策略 第四章：详细探讨了包括基于w e b 的图形交互技术和网络分布式应用技术 在内的相关技术，在此基础上设计并实现了w c s 中若干功能模块 第五章：总结了论文的主要内容，展望了今后工作需要重点解决的问题 4 堕室堕!堕丕叁兰塑!：兰竺丝兰一 第二章基于w e b 的c a d 系统开发基础 2 1 基于w e b 的c a d 系统 2 1 1 概念与由来 网络c a d 目前尚无统一的定义。但普遍认为它是利用网络及其衍生技术， 通过分布协同的工作方式使产品设计合理有序。优化设计方案和数据，共享设 计资源和信息模型，从而保证c a d 产品的高性能、高质量、低成本和短周期。 尽管网络c a d 概念相关提法很多，但多是借用网络技术方面的术语。一个比较 权威的提法出现在1 9 9 7 年a s m e ( a m e r i c a ns o c i e t yo f m 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，相关网络c a d 的概念被称为“以网络为中心的 c a d ( n e t w o r k c e n t r i cc a d ) ”。1 9 9 8 年( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ) ) 中一期有关网 络c a d 的专刊上，也提出了相同的概念，同时指出以网络为中心的c a d 技术 是“一个重要而又崭新的交叉学科研究中心领域”，它涉及“实体造型、计算几 何、数据库、分布计算和远程通信”。特别值得注意的是，就在这篇专刊的评论 文章中，作者断定“二十一世纪的设计与制造环境会严重依赖于n e t w o r k c e n t r i c c a d 技术”。早在19 9 6 年a s m e 中的d a c ( d e s i g n a u t o m a t i o nc o n f e r e n c e ) 分会 上，一个分布式c a d 设计系统一一w e l d 原型系统被介绍给与会者引起了广泛 的关注。1 9 9 7 年的a s m e 设计工程国际会议上首次设立“n e t w o r k c e n t r i cc a d ” 专题研究标志着基于网络的c a d 技术已经得到了国际学术界的广泛认同。1 9 9 8 年有关网络c a d 的概念被称为“基于w e b 的设计( w e b b a s e dd e s i g n ) ”及“基于 i n t e r n e t 的c a d ( i n t e r n e t b a s e dc a d ) ”。1 9 9 9 年又将其称为“网络辅助设计 ( i n t e r n e t a i d e dd e s i g n ) ” 2 1 2 国内外研究现状 围绕网络技术在c a d c a m 领域里的应用，各大c a d c a m 软件厂商相继推 出了自己的相关产品。a u t o d e s k 公司发布了因特网时代的设计平台软件 a u t o c a d2 0 0 0 i p j ，它标志着a u t o d e s k 公司奠基产品a u t o c a d 已经高度集成了 因特网应用技术。a u t o c a d2 0 0 0 i 将设计项目中的所有成员与整个企业信息链相 联，从而形成一种基于因特网应用环境的设计方式。d a s s a u l t 公司推出了c a t w e b 浏览器1 4 l ，用户使用普通的电话线和一个简单配置的客户机，便可以访问c a t i a 基于w e b 的c a d 系统关键技术研究与实现 数据库中的三维几何图形和进行远程注解、干涉检查等。s o l i d w o r k s 公司发布 了其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。利用该站点，s o l i d w o r k s 用户 可以方便地通过w e b 页面生成并发布3 d 设计并对其进行管理。用户既可以通 过s o l i d w o r k s 公司的主机，也可以通过自己的i n t r a n e t 服务器进行产品发布。 u g s 公司新推出的v i s p u b l i s h 3 d 1 5 i 可以实现异地企业间三维数模的发布、分配， 它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。p r o d u c t v i e we x p r e s s l 6 1 是p t c 公司新近推出的基于w e b 的p r o e 文件浏 览器，使用它，不需要在客户端安装p r o e 就可以很方便地浏览二维图纸、图表 以及三维模型：能实现动态旋转、平移和缩放功能并支持线框、隐藏线和渲染 等显示方式。以上这些产品为基于w e b 的c a d c a m 系统的实现提供了一些技 术上的准备。 目前国内在该方面的研究和应用整体还处于起步阶段，主要偏重于理论和应 用框架研究。该领域的成果包括基于w e b 的异地协作设计系统c d e s i g n l 7 l 、基于 w w w 的磁粉制动器c a d 系统1 8 和基于b s 模式的远程协同设计系统1 9 1 等等， 这些研究成果有力地推动了基于w e b 的c a d c a m 技术向前发展。这些系统中， 有的在体系结构上采用传统的c s 模式，有的在服务器上采用传统的c g i 程序， 目前大都没有实现图形交互的输入方式，而图形交互是一个好的c a d c a m 系 统所必须具备的。 2 1 3 若干共性技术 在基于w e b 的c a d 系统开发中，涉及到如下与网络相关的共性技术： 基于三层架构的浏览器服务器数据库技术 主要指构建w e b 基c a d 系统的三层b s 模式及各层的实现技术如客户端的 a p p l e t 技术、服务器端的s e r v l e t j s p 技术和关系数据库、j d b c 等。 基于w 曲的开发语言 凭借其独特的平台无关性和网络分布性等众多优点，j a v a 技术已经成为开发 高性能的基于w e b 的应用软件的优先选择。 基于w e b 的异构环境的集成技术 在远程协同设计等领域需要考虑异构平台的集成技术，主要包括几种分布式 计算的框架如c o m d c o m 和j a v a b e a n s c o r b a 等。 基于w e b 的图形交互技术 目前主要包括j a v a2 d 3 d ，用于传输三维信息的超文本标记语言v r m l 和 6 南京航空航天人学硕j ：学位论文 正在发展中的x m l 3 d 等。 2 2 基于w e b 的c a d 系统体系结构分析 在研究基于w e b 的c a d 系统体系结构之前，有必要对三种典型的计算机应 用程序体系结构作简要的分析。随着计算机技术的发展，应用程序的体系结构 经历了三个阶段：终端主机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 计算模型；客户机服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 计算模型和浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 计算模型。近年 来，随着i n t e r n e t 技术的飞速发展以及应用的普及，基于w e b 的浏览器h i 务器 的计算模型得到了人们广泛的重视，基于浏览器服务器的应用软件正在越来越 大的程度上取代传统体系结构的应用软件，成为当前应用软件开发的主流。 t e r m i n a l m a i n f r a m e 体系结构是由一台大型主机和多台与之相连的终端组 成，其核心是大型主机，主要用于大型计算。以下重点分析c l i e n t s e r v e r 和 b r o w s e r s e r v e r 计算模型。 ( 一) c l i e n t s e r v e r 模式 c l i e n t s e r v e r 是一种二层的客户机服务器体系结构，其思想是将一个应用分 成前后台两部分：前台计算交由客户机完成：后台计算由服务器承担。它的数 据及应用服务集中存储，可通过不同的平台存取，有较好的系统伸缩性。它把集中 管理模式转化为一种服务器与客户机负荷均衡的分布式计算模式，解决了执行 效率及容量不足的问题。图2 1 为典型的c l i e n t s e r v e r 体系结构。 c 1 l e n t 图2 1 典型的两层c l i e n t s e r v e r 体系结构 基十w e b 的c a d 系统关键技术研究与实现 c l i e n t s e r v e r 模式又分为两种： 胖服务器瘦客户机方式：数据计算与数据处理集中在数据库服务器端，数 据库服务器是这种系统的瓶颈，当接入的用户较多时，会发生通讯堵塞，系 统性能也急剧下降，无法适应多用户的需要。 瘦服务器胖客户机方式：数据计算与数据处理集中在客户机端，这加大了 网络负荷，影响了业务处理速度，而且客户端p c 机的多样性使得整个系统 的有效管理控制和更新成为一个新的“瓶颈”。 在c l i e n t s e r v e r 模式下开发的应用系统也有一些方面尚不够完善，不能适应 不断增长的多方面需求，主要体现以下几点： 1 ) 封闭式系统，不同系统之间无法交流； 2 ) 用户界面风格不一，使用繁杂，不利于推广使用； 3 ) 系统开发和维护复杂移植困难，升级麻烦； 4 ) 无法包容已有系统，造成重复投资； 5 ) 缺乏系统性和具有前瞻性的结构框架。 ( 二) b r o w s e r s e r v e r 模式 b r o w s e r s e r v e r 是一种由表示层( b r o w s e r ) 、功能层( w e bs e r v e r ) 与数据 库服务层( d bs e r v e r ) 构成的三层( t h r e e t i e r ) 分布式体系结构，其数据及应 用可通过不同平台、不同网络存取，与平台无关，伸缩性大。 b r o w s e rb r o w s e r b r o w s e r 图2 2 典型的三层b r o w s e r s e r v e r 体系结构 堕塞堕至堕查叁兰竺土兰竺堕塞 图2 2 为典型的浏览器服务器体系结构。 b r o w s e r s e r v e r 体系结构利用超文本传输协议h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 的消息传递机制，客户端通过浏览器访问服务器并发出服务请求，服 务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端。 与传统的c s 结构相比，b s 结构具有以下特点： c s 结构必须根据客户端所使用的操作系统及访问的后台应用的不同，安装 不同的软件；而b s 结构简化了客户端软件，只需安装w e b 浏览器作为客 户端应用的运行平台，而将所有的开发、维护和升级工作集中在服务器端； c s 结构需要混合多种传输协议；而在b s 结构中，所有的系统都使用t c p i p 协议进行通信； c s 结构的软件版本升级比较麻烦：而在b s 结构中，系统版本的升级及维 护是在w e b 服务器端进行的，用户需要访问时才进行动态的下载，这样就 保证了用户每次使用的都是最新的版本。 通过对以上三种典型应用程序体系结构的分析可见，w e b 基c a d 系统作为 一个典型的基于w 曲的应用系统，其体系结构遵从三层b r o w s e r s e r v e r 模式， 具有三层b r o w s e r s e r v e r 模式的众多优点。该系统各层的开发技术将在2 3 节中 详细阐述。 2 3 基于w e b 的c a d 系统开发技术 目前流行的c a d 软件的开发语言多种多样，如c 、f o r t r a n 、c + + 等，这些开 发语言都是硬件相关的，对异构环境适应性差，不能充分利用i n t e r n e t i n t r a n e t ， 使得开发出的c a d 软件不具有完备的w e b 特性基于w e b 的c a d 系统既把自 己定位于一个c a d 系统，同时又具有显著的w e b 特性，这使得它在选择开发语 言时要充分考虑到对系统w e b 特性的支持。在众多的基于w e b 应用系统的开发 技术中。由于j a v a 技术所特有的平台无关性、网络分布性等特性，使得它可以 跨越多种硬件和软件环境，成为i n t e r n e t i n t r a n e t 上应用系统的理想的开发平台。 j a v a 技术已经成为开发高性能的基于w e b 的应用软件的优先选择。本节将对 w e b 应用系统尤其是基于w e b 的c a d 系统的纯j a v a 开发技术进行探讨。 2 3 1j a v a 技术概述 j a v a 诞生于1 9 9 1 年，从1 9 9 4 年下半年开始，i n t e m e t 的迅猛发展，环球信 息网w w w 的快速增长，促进了j a v a 语言研制的进展，使得它逐渐成为i n t e r n e t 9 苎鲨! 竺! ! 里至竺茎燮塾查塑塑兰塞堕一 上受欢迎的开发与编程语言，并得到了一些著名的计算机公司如m i c r o s o f t 、 i b m 、n e t s c a p e 、n o v e l l 等的支持。 j a v a 语言的流行是与它的特点息息相关的，这些优秀的品质使它逐步得到了 广泛的应用。和其它开发语言相比，它具有下面一些特点： 分布性 j a v a 是面向网络的语言。通过它提供的类库可以处理t c p i p 协议，用户可 以通过u r l 地址在网络上很方便地访问其它对象。 鲁棒性 j a v a 在编译和运行程序时，都要对可能出现的问题进行检查，以消除错误的 发生。它提供自动废区收集来进行内存管理，防止程序员在管理内存时容易产 生的错误。通过集成的面向对象的异常处理机制，在编译时，j a v a 提示出可能 出现但未被处理的异常，帮助程序员正确地进行选择以防止系统的崩溃。另外， j a v a 在编译时还可捕获类型声明中的许多常见错误，防止动态运行时不匹配问 题的出现。 安全性 用于网络、分布环境下的j a v a 必须要防止病毒的入侵，j a v a 不支持指针， 一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现，这样就防止了程序员使 用“特洛伊”木马等欺骗手段访问对象的私有成员，同时也避免了指针操作中 容易产生的错误。 可移植性 与平台无关的特性使j a v a 程序可以方便地被移植到网络上的不同机器。同 时，j a v a 的类库中也实现了与不同平台的接口，使这些类库可以移植。另外， j a v a 编译器是由j a v a 语言实现的，j a v a 运行时系统由标准c 实现，这使得j a v a 系统本身也具有可移植性。 体系结构中立 j a v a 解释器生成与体系结构无关的字节码指令，只要安装了+ j a v a 运行时系 统，j a v a 程序就可在任意的处理器上运行。这些字节码指令对应于j a v a 虚拟机 中的表示，j a v a 解释器得到字节码后，对它进行转换，使之能够在不同的平台 运行。 2 3 2 基于w e b 的c a d 系统的各层实现技术 在2 2 中分析了基于w e b 的c a d 系统体系结构。当基于w e b 的c a d 系统 1 0 南京航空航天大学硕i t 学位论文 采用j a v a 技术实现时，其三层b r o w s e r s e r v e r 体系结构如图2 3 所示。其中，典 型的客户端技术为j a v aa p p l e t ，服务器端为j a v as e r v l e t ，服务器与数据库之间 的通信可采用j d b c 技术。 国 口 髓 0 罡互 酏s q 帼 d a t a b a 8 es e r v e r 图2 3 采用j a v a 技术的三层b r o w s e r s e r v e r 体系结构 三层b s 架构下w e b 基c a d 系统的典型工作过程如下： w e b 客户端通过浏览器连上w e b 服务器，经过身份验证后下载包含c a d 用户界面的a p p l e t 到本机； w e b 客户端a p p l e t 通过h t t p 协议发送请求( 表单数据，模型参数等) 至 服务器端( w e bs e r v e r ) ，建立通信； 与服务器建立通信后得到相应s e r v l e t 的u r l 地址，随后触发此s e r v l e t ： s e l v l e t 在w e bs e r v e r 上运行，通过j d b c 直接连接到数据库服务器上执行 s q l 语句，并将获取的数据生成响应内容传给s e r v e r 或将处理后的结果存入数 据库。该响应内容动态生成，通常取决于客户端的不同请求； w e bs e r v e r 将生成的动态响应内容同样通过h t t p 协议返回到c a d 系统 客户端的a p p l e t ，从而完成一次完整的交互。 以下将总结三层b s 体系结构中各层开发中的代表技术。 ( 一) 客户端的开发 传统的c a d 系统都是面向单个客户端，如果用户要使用c a d 系统，就必 须在客户端上安装系统。w e b 基c a d 系统则只需在服务器上安装，用户利用 w w w 浏览器访问该系统的服务器，只要通过了用户合法性的验证，就可以使 用该系统。 w e b 基的c a d 系统的客户端主要呈现给用户该系统的g u i ( 图形用户界面) ， 用户在客户端进行设计工作，系统客户端的用户界面可以通过纯j a v a 技术构建。 j a v a a p p l e t 是一种嵌入w e b 页面的j a v a 小应用程序，能够作为w e b 基c a d 系 统人机界面的容器，提供与传统c a d 系统的g u i 类似的人机交互界面。c a d 摹于w e b 的c a d 系统关键投术研究j 实现 系统与其它软件系统的区别之一在于c a d 用户与系统的交互性很强，系统需要 根据用户的设计意图和操作实时大量地生成与显示图形。随着j a v a 技术的发展、 j a v a2 d 3 d 图形开发技术的引入和双缓冲区避免a p p l e t 图形闪烁等技术的实旅， a p p l e t 对图形的生成与显示的实现技术已日臻完善，可以满足c a d 系统的要求。 j a v aa p p l e t 被称为j a v a 小应用程序，它是动态、安全、跨平台的网络应用 程序，通过嵌入到w e b 页发布于i n t e r n e t 上。j a v aa p p l e t 已成为j a v a 技术在 i n t e r n e t 上应用的主要形式，同时也成为基于w e b 的应用系统客户端开发的主要 技术之一。用户访问w e b 服务器的主页并下载包含c a d 系统g u i 的a p p l e t ， 这些a p p l e t 从网络上进行传输，然后下载到用户主机上支持j a v a 的浏览器中运 行，用户随后就可以进行设计工作。 w e b 基c a d 系统的客户端是一个j a v aa p p l e t ( 以下称此a p p l e t 为 w e b c a d c l i e n t ) ，它提供了设计人员与系统的人机交互界面。w c b c a d c l i e n t 不 同子普通的独立应用程序，它没有独立运行的能力，它必须由支持j a v a 的w e b 浏览器进行解释执行。通过 标签，它可以嵌入到h t m l 文件中，当 浏览器请求该w e b 页遇到 标签时，浏览器将从服务器上获取与 w e b c a d c l i e n t 有关的所有类文件，然后在j a v a 虚拟机的支持下，解释执行该 a p p l e t 程序，从而提供c a d 系统的客户端，随后用户就可以与系统客户端进行 设计等交互工作。 下面是一个简化的h t m l 文件，它用于显示w e b c a d 小应用程序： 基于w e b 的c a d 系统客户端由多个j a v a 类实现，这些j a v a 类实现了传统 c a d 系统的大部分功能，如界面设计、图形的生成与显示、算法逻辑等。这些 j a v a 类有一个需要在h t m l 文件中指明的主类文件，这个主类文件就是 w e b c a d c l a s s 它必须从j a v a a p p l e t a p p l e t ( 或者j a v a x s w i n g j a p p l e t ) 类派生， 并且要重载基类中的几个重要方法。其中，最重要的五个方法是i n i t o 、s t a r t ( ) 、 1 2 堕皇堕! 堕丕叁兰塑! ：兰竺兰兰 s t o p ( ) 、d e s t r o y o 、p a i n t ( ) ，前四个构成了一个a p p l e t 程序的生命周期。 当w e b 浏览器在h t m l 文档中发现了w e b c a d c l i e n t 时，就将控制传递给 它：首先加载该小应用程序，然后依次调用其特殊代码。下面的四个特殊方法 构成了系统客户端小应用程序的生命周期： 方法i n i t 0 。在装载w e b c a d c l i e n t 时被调用并且在该生命周期中只被调用一 次，其主要功能是进行该系统客户端的初始化，一般涉及到类实例的创建、 数据结构初值的设置、图形图像和字体的加载等。 方法s t a r t ( ) 。在i n i t 0 方法之后被调用，此后每一次浏览器返回该页时被调用 以启动被s t o p ( ) 方法挂起的该w e b c a d c l i e n t 程序。通常s t a r t ( ) 方法中的代码 用于显示信息，给其它对象发送消息、创建可并行执行线程等。 方法s t o p ( ) 。在浏览器离开含有w e b c a d c l i e n t 的网页时被调用以挂起该 w e b c a d c l i e n t 程序。 方法d e s t r o y ( ) 。在浏览器完全关闭之前被调用，其作用是清除该 w e b c a d c l i e n t 程序的资源，即用户关闭c a d 系统的客户端。 另外，当浏览器窗口移动、改变大小或露出原来被其它应用程序覆盖的部分 时都要调用p a i n t ( ) 方法进行重画，可以重写该方法来定制w e b c a d c l i e n t 程序的 外观。在程序中如果需要对w e b c a d c l i e n t 进行重画，一般不直接调用p a i n t ( ) 方法，而是通过调用方法r e p a i n t ( ) 来实现。r e p a i n t ( ) 方法会先调用u p d a t e ( ) 方法清 除绘图区，然后再调用p a i n t ( ) 方法。 ( 二) 服务器端的开发 单机模式下，用户提交给c a d 系统的所有任务，如模型分析、图形的生成 与显示等都在本机上进行。基于w e b 的c a d 系统采用的是b s 模式，必然存在 客户端与服务器端功能分配的问题，系统中涉及到大量计算、占用系统资源较 多的工作将在服务器端完成。基于w e b 的c a d 系统服务器端需完成的工作主要 包括： 确定不同用户的角色并赋予其对c a d 软件的不同权限。用户下载包含c a d 系统用户界面的w e b c a d c l i e n t 到本机前，需要经过身份验证，如初级用户 只能使用软件的试用版而注册用户可以使用全功能版本。 系统的维护与升级。c a d 系统版本的升级及维护是在w e b 服务器端进行的， 用户需要访问时才进行动态的下载，这样就保证了用户每次使用的都是最新 的版本，从而解决了c a d 软件升级换代较快、系统升级费时费力的问题。 拱于w e b 的c a d 系统关世披术研究，实理 分担系统功能，处理