（计算机应用技术专业论文）基于xml的可视化图形中间件技术的研究.pdf

摘耍 摘要 可视化技术是科学计算与图形图像技术的结合，其基本思想是用图形图像来 表示数据，把人们很难理解的抽象的数据场转换为形象直观的图像信息，并结合 人机交互技术进行分析解释，是计算机应用中的一个重要领域。长期以来，信息 可视化领域得到了长足的发展，但也造成了可视化方法繁多的局面，因此提出一 套基于中间件技术的可视化机制，在实践中具有一定的指导意义和应用意义。 x m l 是一种广泛应用的标记语言，它具有简单、标准开放、扩展高效、标 准国际化等优点，采用x m l 作为中间件的通用接口可以提高中间件的扩展性和 通用型。而中间件技术的不断发展也为可视化中间件的提出和实现带来了动力。 本文着重论述了基于x m l 的可视化中间件的研究与实现。先介绍了设计思 想和原则，然后进行模块设计，将中间件的划分为数据集成模块，数据调度模块 和可视化模块： ( 1 ) 数据集成模块负责数据集成，它面临着对数据完整性、正确性的考验，同 时对性能，语义冲突和性能也要予以考虑。 ( 2 ) 数据调度模块是负责整个中间件的数据调度，他首先接受外部发送的x m l 格式的请求，对请求进行解析，语意分析，然后构建可视化模型，调用数据集成 模块进行数据查询组织，然后调用可视化模块，将查询组织的数据传送过去生成 可视化图形。 ( 3 ) 可视化模块的主要任务就是完成可视化图形的生成，它接受由数据调度模 块传送来的组织好的数据，选择合适的可视化方法，然后产生图像。 基于x m l 的可视化中间件的实现主要使用面向对象的方法，和抽象工厂模 式，m v c 等模式，提高代码规范性。 本文在最后介绍了基于x m l 的可视化中间在电力系统中的应用过程和结 果。 关键词x m l ；信息可视化；中间件；m v c 模式；抽象工厂模式 a b s t r a c t a b s t r a c t v i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yi st h ec o m b i n a t i o no ft h es c i e n t i f i cc o m p u t i n ga n d g r a p h i c si m a g i n gt e c h n o l o g y i t sb a s i ci d e ai st ou s eg r a p h i ci m a g e st ov i s u a lt h ed a t a ， t r a n s f o r mt h ea b s t r a c td a t aw h i c hp e o p l ef i n di th a r dt ou n d e r s t a n dt ov i s u a l i z a t i o n g r a p h i c s ，a sw e l la se x p l a i nt h ei n t e r a c t i v et e c h n o l o g yb e t w e e nt h ec o m p u t e r sa n d p e o p l e i t sa ni m p o r t a n ta r e ao ft h ec o m p u t e rs c i e n c e f o ral o n gt i m e ，t h ef i e l do f i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o nh a sb e e nd e v e l o p e db yl e a p sa n db o u n d s ，b u ta l s oc a u s e d n u m e r o u sv i s u a l i z a t i o no ft h es i t u a t i o n ，p u tf o r w a r dam i d d l e w a r et e c h n o l o g yb a s e d o nt h ev i s u a ls y s t e m ，i nf a c th a v eac e r t a i ns i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o ns i g n i f i c a n c e x m li saw i d e l yu s e dm a r k u pl a n g u a g e ；i ti ss i m p l e ，o p e ns t a n d a r d s ，e x p a n s i o no f h i g he f f i c i e n c y , i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s t h eu s eo fx m l a st h ec o m m o ni n t e r f a c e m i d d l e w a r ec a ne n h a n c et h ee x p a n s i o na n du n i v e r s a lo fm i d d l e w a r e a n dt h e c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fm i d d l e w a r et e c h n o l o g yb r i n g sa r c h i v et ov i s u a l i z a t i o n t e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ef o c u s e so nt h es t u d ya n di m p l e m e n t a t i o no ft h ex m l b a s e d v i s u a l i z a t i o nm i d d l e w a r e f i r s t l yi n t r o d u c e st h ed e s i g ni d e a sa n dp r i n c i p l e sa n dt h e n p r o c e e dt om o d u l a rd e s i g n ，t h em i d d l e w a r ew i l lb ed i v i d e di n t o3p a r t s ：i n t e g r a t e d m o d u l e ，c o n t r o lm o d u l e ，d a t av i s u a l i z a t i o nm o d u l e ( 1 ) d a t ai n t e g r a t i o nm o d u l ei sr e s p o n s i b l ef o rd a t ai n t e g r a t i o n ，i tf a c e st h ed a t a i n t e g r i t y , a c c u r a c yo ft h et e s t ，w h i l et h ep e r f o r m a n c eo fs e m a n t i c c o n f l i c ta n d p e r f o r m a n c et ob ec o n s i d e r e d ( 2 ) d a t ac o n t r o lm o d u l ei sr e s p o n s i b l ef o rs c h e d u l i n gt h em i d d l e w a r et h ed a t a f i r s t l y , i ta c c e p te x t e r n a lx m l f o r m a to ft h er e q u e s t ，t h er e q u e s tf o ra n a l y s i s ，m e a n i n g a n a l y s i s ，a n dt h e nb u i l dv i s u a lm o d e l ，c a l l e dd a t ai n t e g r a t i o nm o d u l ef o rd a t aq u e r y , t h e nc a l l st h ev i s u a lm o d u l e ( 3 ) v i s u a l i z a t i o nm o d u l ei sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rc o m p l e t i n gt h eg e n e r a t i o no f v i s u a l i z a t i o ng r a p h i c s ，i ta c c e p t sd a t af r o mt h ec o n t r o lm o d u l e ，s e l e c tt h ea p p r o p r i a t e v i s u a l i z a t i o nm e t h o d s ，a n dt h e np r o d u c eg r a p h i c s x m l b a s e dv i s u a l i z a t i o nm i d d l e w a r em a i n l yu s eo b je c t o r i e n t e da p p r o a c h ，a n d a b s t r a c tf a c t o r yp a t t e m ，m v cp a t t e r n ，t oi m p r o v et h ec o d e t h i s p a p e rf i n a l l y i n t r o d u c e st h eu s a g eo ft h ex m l b a s e dv i s u a l i z a t i o n m i d d l e w a r eo nt h es t a n d a r dp o w e rm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i i i 北京- t 业大学工学硕士学位论文 k e y w o r d sx m l ；i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n ；m i d d l e w a r e ；m v cp a t t e r n ；a b s t r a c t f a c t o r yp a t t e r n i v 独创性声明 本人声明所呈交的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，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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了谢意。 签名：罩亟尘鑫日期珈篮：墨竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：罩煎! 苎龛导师签名： 彤移杉 第1 章绪论 第1 章绪论 随着电子技术和因特网的发展，信息技术作为工具被引入到商贸活动中，面 对大量纷繁复杂的信息数据，迫切地需要将数据直观、友好的呈现出来。可视化 技术就是为了应对这种需求而产生的，本课题的主要目的根据实际需求，提出一 种可视化技术中间件，并在实践中应用它，满足将数据直观、友好呈现在相关人 员面前的需求。 1 1 课题背景 在人们的日常生活中，数据存在于方方面面。随着信息时代的来临、计算机 技术的飞速发展，如何将大量积累的数据合理利用以及呈现的问题越发重要起 来。以下问题在实验室的相关项目中体现出来的：i 信息量，尤其是图像信息的 不断增长和快速积累，迫切需要充分挖掘利用，以免造成实验室信息资源极大的 浪费。2 数据与信息综合运用的综合评价图的绘制，耗去了研究人员大部分精力， 严重制约了课题的深入研究和成果水平的进一步提高。一名经验丰富的研究人员 绘制一张柱状图成果图，从数据整理到最终清绘成图，经常需要很长的时间。3 。 目前诸多绘图和地质信息管理软件，大都属于通用软件，覆盖面比较广。但针对 实验室数据的具体应用，还不能完全符合和满足实际需求。 在实验室的相关项目：工商管理系统和供电所规范化管理系统的设计和实现 中，都遇到了一些可视化的需求，如各种统计图表，以及地图的生成与修改保存 中，将其中的可视化实现部分独立出来，提取共性，并以此为基础提出一套可视 化图形中间件的体系，就成为一件很有意义的事情。 电力系统信息可视化技术是指利用可视化技术将用以表示电力系统运行状 态的各种数据以图形或图像方式显示，良好的电力信息可视化技术可以在计算机 生成的图像中显示大量的信息，帮助系统人员更有效的处理和分析纷繁的电网数 据，给系统运行人员提供更加直观的操作平台。 本课题，将以实验室相关项目为基础，合理规划实验室相关信息数据，提出 一整套基于x m l 的可视化中间件的构建方法，主要研究内容为：通过x m l 格 式组织数据，为可视化提供数据基础；建立可视化中间件模型；提出中间件的驱 动方法，利用x m l 格式的请求格式驱动中间件，最后提出合理的交互机制，使可 视化展示能够根据用户反馈进行交互。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 研究现状 近年来，随着社会信息化的推进和网络应用的日益广泛，信息源越来越庞大。 除了需要对海量信息进行存储、传输、检索及分类等外，更迫切需要了解信息之 间的相互关系及发展趋势。目前的信息库系统可以高效地实现信息的录入、查询、 统计等功能，但无法发现信息中存在的关系和规则，无法根据现有的信息预测未 来的发展趋势。目前的研究热点是机器学习。机器学习是用计算机模拟人类学习 的一门科学，比较成熟的算法有神经网络、遗传算法等川。 信息可视化技术是指运用计算机图形学和图像处理技术，将信息转换为图形 或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它将信息转化 为一种视觉形式，其充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力，将人脑与计 算机这两个最强大的信息处理系统联系在一起1 2 j 。 目前，信息可视化已经在很多领域得到应用，在电力以及工商等实际系统的 应用重，根据不同的标准，可以有几种不同的分类方式。 ( 1 ) 根据数据类型分类根据可视化显示的数据类型可以把可视化技术分为 静态数据可视化、动态数据可视化和元件数据可视化三个方面，例如电力系 统元件的数据也是动态实时变化的，但是由于这个领域的可视化研究刚刚开 始，所以单一列出一类。 ( 2 ) 根据可视化手段分类根据可视化手段可以将可视化技术分为二维可视 化和三维可视化两个方面。二维可视化方面主要应用了饼图、标尺、移动的箭头、 点密度和等高线等技术手段，如用饼图显示线路的负荷率、用标尺显示节点的电 压数据、用移动的箭头显示电网的潮流分布情况、用点密度显示区域符合密度问 题、用等高线技术显示区域电压情况等等。三维可视化方面主要是通过立体圆柱 的方式在接线图上预想发生事故的设备处进行标示，即反映如果该设备故障对整 个系统所有线路或变压器设备越限情况的影响，还通过幕墙、关联线等手段对具 体某个设备故障将引起的系统变化进行具体分析。还有就是对元件的模型和参数 进行可视化显示。 w 3 c 于1 9 9 8 年发布的作为i n t e m e t 上数据表示和数据交换的新标准x m l 是 内容建模和创建标准的一种解决方案，为信息源集成系统的实现提供新途径。 x m l 良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输的特点使它 不仅能适合w e b 发展的需要，还大大简化了数据源集成系统的实现p j 。 中间件是近来随着三层结构的兴起而逐步广泛应用的技术，主要是指网络环 境中系统节点上介于应用和操作系统以及网络服务之间的一系列分布式服务软 件的集合。它的基本机制是：客户端上的应用程序需要从网络中的某个地方获取 一定的数据或服务，这些数据或服务可能处于一个运行着不同操作系统和特定 2 第l 章绪论 查询语言数据库的服务器中。应用程序中负责寻找数据的部分只需访问一个中间 件系统，由中间件完成到网络中找到数据源或服务，进而传输客户请求、重组答 复信息，最后将结果送回应用程序的任务4 1 。 1 3 论文的主要工作 随着网络互联技术的发展，各系统间由于提高效率和决策分析的需要，对信 息共享提出了更高的希望，数据交换的压力越来越大，在实际应用中，电力系统 模型和公共图形的交换需求尤为巨大。在实际的系统中，不同时期建立、不同厂 商开发、未遵循统一标准的各种各样的子系统必然拥有形式多样的操作界面和管 理功能，使得各个系统间的数据不能够很好的共享。实现信息交换的关键在于如 何构建一个统一的信息模型，从而将原本分散在不同应用中的信息按照该模型组 织为一个整体。对x m l 技术和中间件技术的正是为了解决这些问题。 采用x m l 技术一方面为系统提供统一的标准的接口，另一方面为数据的传 输统一的标准。中间件技术是一种介于客户端和服务器之间的技术，它向上提供 统一接口，向下完成对数据和服务的访问和获取。 本论文中的实践过程中，综合起来，主要工作集中在以下几个方面： ( 1 ) 提出基于x m l 的可视化中间件的框架基于实验室相关项目的可视化需 求，和完成的可视化模块，提出基于x m l 的可视化中间件的框架，框架应该具 有以下特性：首先，提供完整的可视化流程设计，以相关项目为基础，但不必局 限于此，为提高可视化中间件的通用性，设计出一套更一般的工作流程。其次， 选择合适的方法与模式设计中间件的内部模块，结构，应尽量提高其扩展性，以 及复用性。最后，设计中间与外部的交互接口，应尽量提高其通用性。 ( 2 ) 提出数据调度方案针对异构的数据，利用x m l 格式，提出统一的数据 格式整理方案，为中间件提供扎实的数据基础，是中间的数据调度能够和谐统一。 在设计的过程中应尽量考虑数据源的异构性和数据的完整性，以及提高性能。 ( 3 ) 提出基于x m l 的数据中间件调度接口中间件将以x m l 请求作为驱动， 因此需要设计出一套基于x m l 的可视化图形表示方法。 ( 4 ) 提出动态数据可视化数据交互方式和接口在实际可视化需求中，经常 会遇到动态的交互过程，它需要客户端与服务器段共同协作完成，而中间件作为 在服务器段完成实际可视化任务的模块，在其中起到重要作用，因此需要根据实 际的交互模型提出对中间件的交互接口进行合理的设计。 北京t 业大学工学硕士学位论文 1 4 论文的组织结构 本论文共分5 章，其中： 第一章主要说明了研究基于x m l 的可视化中间件的课题背景，研究现状，以 及论文的研究主要内容。 第二章主要介绍了基于x m l 的可视化中间技术，主要从x m l 技术、可视化 技术、中间件技术以及m v c 设计模式入手对中间件构建的重要问题进行了论述。 第三章介绍了基于x m l 的可视化中间件的的设计原则和思想，对中间件的框 架进行了设计，对各个模块遇到的问题和解决办法以及模块的工作流程进行了介 绍。 第四章介绍了基于x m l 的可视化图形中间件的实现过程，对中间件几个模块 的实现进行了详细的介绍。 第五章介绍了中间件在电力系统中应用，描述了中间件在系统工作中的流程 以及结果。 最后总结了本论文的工作以及成果，并对未来的工作提出了总结和展望。 4 第2 章基于x m l 的可视化图形中间件技术概述 第2 章基于x m l 的可视化图形中间件技术概述 2 1x m l 技术 2 1 1x m l 产生背景 2 0 世纪6 0 年代末，i b m 公司为了解决不同格式创建的法律文件不能在各个 部门之间相互移植的问题，提出了任何可互换操作系统的3 个主要要求：( 1 ) 文 件处理程序需要支持一个公共文档格式；( 2 ) 这个公共格式对特定的领域是专用 的；( 3 ) 为了达到高度可靠性文档格式必须遵守特殊规则。这个文档格式编排系 统称为通用标记语言( g e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，g m l ) 。在以后的8 年时间 中，g o l d f a r b 继续研究g m l ，并担任了一个国际开发组织的技术领导，终于建 立了所谓的标准通用标记语言( s t a n d a r dg e n e r a l i z e d m a r k u pl a n g u a g e ，s g m l ) ， 而且国际标准化组织i s o 于1 9 8 6 年最终批准采用s g m l 。在此基础上，英国人 t i mb e m e r sl e e 于1 9 8 9 年开始研究超级链接的思想，并最终形成超文本标记语 言( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，h t m l ) ，形成了今天的w e b 信息存储和交流技 术。但是h t m l 只是一种表达的技术，它并不一定能揭采h t m l 标记中的含义， h t m l 中有一个大问题就是它的标记的集合是固定的，用户不能新增有意义的可 以让其它人使用的标记。基于网络浏览器平台和h t m l 、c g i 、a s p 的网络应用 结构虽然清晰，但却使服务器要处理大量的数据，使得网络数据流量过大效率降 低，为此出现了可扩展标识语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，即x m l 8 , 9 】。 2 1 2x m l 特点 2 1 2 1x m l 主要特点 x m l 语言可以允许信息提供者根据自己的需要，自行定义标一记和属性名 称，从而使x m l 文件的结构可以复杂到任意程度。x m l 的主要特点有i l 叫： ( 1 ) 简单x m l 经过精心设计，整个规范简单明了，它由若干规则组成，这 些规则可用于创建标记语言，并能用一种称作分析程序的简明程序处理所有新创 建的标记语言。x m l 能创建一种任何人都能读出和写入的具有统一性功能的文 本。x m l 创建的标一记总是成对出现，以及依靠称作统一代码的新的编码标准。 ( 2 ) 开放式标准x m l 的基础是经过验证的标准技术，有许多成熟的软件可 北京t ! i p 大学工学硕士学位论文 用来帮助编写、管理等。众多业界顶尖公司，与w c 3 的工作群组并肩合作，协 助确保交互作业性，支持各种系统和浏览器上的开发人员、作者和使用者，以及 改进x m l 标准。x m l 解释器可以使用编程的方法来载入一个x m l 的文档，当 这个文档被载入以后，用户可以通过x m l 文件对象模型( o d m ) 来获取和操纵整 个文档的信息，加快了网络运行速度。 ( 3 ) 高效且可扩充支持复用文档片断，使用者可以使用自己的标签，也可 进行共享，具有较强的扩展性。随着世界范围内的许多机构逐渐采用x m l 标准， 将会有更多的强大功能出现，x m l 文档可以使用任何方式通过网络传递，并在 浏览器中呈现，或者转交到其他应用程序做进一步的处理。x m l 提供了一个独 立的运用程序的方法来共享数据，使用d t d ，不同的组串的人就能够使用共同 的d t d 来交换数据。应用程序可以使用这个标准的d t d 来验证你接受到的数据 是否有效，也可以使用一个盯d 来验证自己的数据。 ( 4 ) 标准国际化且支持世界上大多数文字。x m l 采用统一代码的新的编码 标准，这种编码标准支持世界上所有以主要语言编写的混合文本。在h t m l 中， 基十x m l 的地质数据集成及w e b g i s 发布研究就大多数字处理而言，一个文档 一般是用一种特殊语言写成的，不管是英语，是日语或阿拉伯语，如果用户的软 件不能阅读特殊语言的字符，那么他就不能用该文档。但是能阅读x m l 语言的 软件就能顺利处理这些不同语言字符的任意合。因此，x m l 不仅能在不同的计 算机系统之间交换信息，而且能跨国界和超不同文化疆界交换信息。 2 1 2 1x m i _ 主要功能 由于x m l 具有以上特点，基于m x l 的w e b 应用具有了强大的功能，能够 完成【1 1 1 ： ( 1 ) 多源数据集成x m l 能够使不同来源的结构化或非结构化的数据非容易 的集成在一起。软件代理商可以在中间层的服务器上对后端数据库和其他用服务 器传来的数据进行集成，以x m l 格式将数据传送到客户端或其他服务器迸一步 的集成、处理和分发。 ( 2 ) 本地计算和处理x m l 格式的数据发送给客户后，使用者可以用应软件 解析数据并对数据进行编辑和处理，而不仅仅是显示它。m x l 文档对象模( o d m ) 允许用脚本或其他编程语言处理数据。数据计算不需要再回到服务器就进行。分 离使用者观看数据的界面，使用简单灵活开放的格式，可以给w e b 创功能强大 的应用软件，这些软件原来只能建立在高端数据库上。 ( 3 ) 数据发布到桌面后，能够用多种方式显示通过以简单开放扩展的式描述 结果化的数据，x m l 补充了h t m l ，被广泛的用来描述使用者界面。h t 描述 数据的外观，而x m l 描述数据本身。由于数据显示与内容分开，x m l 定义数 6 第2 章基于x m l 的可视化图形中间件技术慨述 据允许指定不同的显示方式，使数据更合理地表现出来。本地的数据能够以户配 置、使用者选择或其他标准决定的方式动态地表现出来。c s s 和x l s 为数的显 示提供了公布的机制。 ( 4 ) 粒状的更新通过x m l ，数据可以粒状的更新。每当一部分数据变后， 不需要重发整个结构化的数据。变化的元素必须从服务器发送给客户，变的数据 不需要刷新整个使用者的界面就能够显示出来。 ( 5 ) 在w e b 上发布数据由于x m l 是一个开放的基于文本的格式，它可和 h t m l 一样使用h t t p 进行传送，不需要对现存的网络进行改变。 ( 6 ) 升级性由于x m l 彻底地把标识同显示分开，处理者能够在结构化数据 中嵌套程序化的描述以表明如何显示数据。这种强大的机制，使得客户端算机同 使用者间的交互作用尽可能的减少了，同时减少了服务器的数据交换量第二章 x m l 及g m l 技术浏览器的响应时间。另外，x m l 使个人的数据只能通过更新 的布告发生变化，减少了服务器的工作量，大大增强了服务器的升级性能。 ( 7 ) 可扩展由于x m l 把数据和显示分开，处理者能够在结构化的数据中嵌 套程序化的描述来表明如何显示数据。 2 1 3x m l 相关标准 我们可以将x m l 的相关标准和规范分为三大类1 1 2 j ： ( 1 ) x m l 基础标准：x m l 本身的标准；主要是指w 3 c 所制定的关于型定义 d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ) 验证语言等u 川。 ( 2 ) 垂直的x m l 行业应用标准：是各个产业对于资料交换( d a t ae x c h a n g e ) 或流程 整合( p r o c e ssi n t e g r a t i o n ) 所需遵循的标准。制定m l 行业应用标准是一个非常 复杂的工程，它涉及到x m l 的体系结构、应用环境和行业特点等多方面的问题， 因此，需要各企业、协会、标准化机构等都参与标准的制定，并根据不同的应用 环境制定出适合于本行业的标准i l 4 | 。 ( 3 ) 水平的x m l 通用架构：是一个开放性的架构( o p e nf r a m e w o r k ) ，用于让所有 符合规范的x m l 文件可以互相交换。有了数据交换的标准、字典标准和流程标 准还不够，还需要一个共通的执行架构( f r a m e w o r k ) ，即x m l 通用架构，才能实 现企业间的对话。x m l 通用架构是一种针对各种不同的领域或行业，发展具有 共通性的d a t ae l e m e n t 、d t d 、s c h e m a 及f r a m e w o r k 的x m l 规范【1 5 , 1 6 j 。 7 北京丁、i k 大学工学硕士学位论文 2 1 4x m l 文档操作 图2 1x m l 基础标准 f i g u r e 2 1x m lb a s es t a n d a r d 随着x m l 越来越广泛地被采用，高效解析x m l 文档也变得越来越重要。 高效地解析x m l 数据非常重要，尤其是对于那些要处理大量数据的应用程序， 这种技术尤为重要。不正确的解析会导致过度的内存消耗和过长的处理时间，从 而有损于x m l 的可伸缩性1 1 7 j 。 通常解析x m l 文档有两种方法。一种是d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d a l ) ，另 外一种是s a x ( s i m p l ea p if o rx m l ) 1 s l 。 d o m 采用对象模型和一系列的接口来描述x m l 文档的内容和结构，即利用 对象把文档模型化。在解析时，x m l 文档被语法分析程序翻译为对象的内存树， 以表示每一种属性和元素。完成这个操作以后d o m 中的相关类允许开发人员添 加、编辑、移动或删除树中任意位置的节点，从而创建一个应用程序。 s a x 是一个用于处理l 的事件驱动的“推 模型。s a x 解析器不象d o m 那样建立整个文档的树型表示，它采用回调机制，在读取文档时激活一系列的事 件，这些事件被推给事件处理器。应用程序通过事件处理器完成对x m l 文档的 访问。s a x 解析x m l 文档的原理如图2 2 所示。 8 第2 章基于x m i 。的可视化图形中间件技术概述 i 戮卜l 瑚，分昕断i 卜i 撕tll f 著息 l 笼耀程序率件处理器 i 图2 2s a x 解析x m l 文档的示意图 f i g u r e 2 2t h es k e t c ho fu s i n gs a xa n a l y i s i s i n gx m l d o c u m e n t d o m 和s a x 这两种解析技术各有特点。当应用程序需要不断地导航u 修改 文档或随机地一次访问整个文档时，可以优先考虑d o m 解析。s a x 是读取和操 作x m l 数据的更快速、更轻量的方法。但由于没有将整个x m l 文档调入内存， 应用程序就不能不断地导航、修改x m l 文档或随机地一次访问x m l 文档中的 任意数据。对于大型文件，如果只使用x m l 文档中的少量部分，那么使用s a x 比较恰当。 2 2 可视化技术 2 2 1 可视化产生背景 可视化这个概念最早出现于计算机科学领域。1 9 8 7 年2 月美国国家科学基金 会召开的一次研讨会提出了科学计算可视化( v i s u a l i z a t i o n i ns c i e n t i t l e c o m p u t i n g ，v i s c ) 的概念。潘云鹤认为科学计算可视化的基本含义是指运用计算 机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据 转换为图形、图像，以直观的形式表达出来。之所以提出这个概念是基于以下两 个原因：一是由于科学数据的大量产生，但又缺乏有效解释这些数据的手段；二 是现代科学提供的很多信息是无法用印刷品进行交流的，如分子横型、医学扫描 图像、飞行器地面飞行仿真等。 随着社会信息化的推进和网络应用的日益广泛，信息源越来越庞大。今天， 人们找不到有用的信息往往是因为信息太多了。为了从信息中获取有用的知 识人们希望有一种办法能够快速了解信息之间的关系和信息中隐藏的特征，这 促成了信息可视化这一科学领域的出现。c a r d e t a l 将信息可视化( i n f o r m a t i o n v i s u a l i z a t i o n ，i v ) 定义为：使用计算机支持的、交互性的视觉表示法，对抽象数 据进行表示，以增强认知【l 引。 信息可视化( i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n ，i n f o v i s ) 是在计算机、网络通讯技术支 持下，以认知为目的，对非空间的、非数值型的和高维信息进行交互式视觉表现的 理论、技术与方法【2 们。i n f o v i s 是情报学领域一个较新的研究热点。国外，信息管 9 北京t 业大学t ：学硕士学位论文 曼曼曼! 皇皇曼曼曼! 鼍曼蔓曼皇曼曼曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇鼍曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼! 蔓i：曼ii 理与信息系统专业、图书情报学专业对这一领域的研究非常活跃，一些大学的信 息管理类专业开设了这方面的课程。如美国加州大学伯克利分校信息管理与信息 系统学院开设了“信息可视化与表示 ( i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o na n dp r e s e n t a t i o n ) 课程 2 1 】。 从朴素的使用视觉信号到可视化技术有着一个过程，完成这个重要转变的是 计算机技术的使用。今天，可视化技术的大家庭中包括了科学计算可视化 ( v i s u a l i z a t i o n i ns c i e n t i f i c c o m p u t i n g ，v i s c ) 2 2 1 、数据可视化( d a t a v i s u a l i z a t i o n ) 1 2 3 】、信息可视化等一系列的分支。一些新的热点，如知识可视化 ( k n o w l e d g ev i s u a l i z a t i o n ) 1 2 4 】、知识域可视化( k n o w l e d g ed o m a i nv i s u a l i z a t i o n ) 口5 1 等正在形成。在这些具体分支中科学计算可视化和信息可视化是两个重要代表， 前者是可视化技术的第一次出现，后者将可视化技术扩大到非数值、非空间和高 维领域。 2 2 2 信息可视化技术 随着数据仓库技术、网络技术、电子商务技术等新技术的发展，可视化技术扩 展到更广泛的内容，提出了数据可视化的概念，即对大型数据库或数据仓库中数据 的可视化，它是可视化技术在非空间数据领域的应用，使人们不再局限于通过关系 数据表来观察和分析数据信息，还能以更直观的方式看到数据及其结构关系。数 据可视化技术的基本思想是将数据库中每一个数据项作为单个图元元素表示，大 量的数据集构成数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以 从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析。 信息可视化是在计算机、网络通讯技术支持下，以认知为目的，对非空间的、 非数值型的和高维信息进行交互式视觉表现的理论、技术与方法。 怎样来分析大量、复杂和多维的数据呢? 答案是要提供像人眼一样的直觉的、 交互的和反应灵敏的可视化环境。因此，数据可视化技术的主要特点是1 2 6 j ： ( 1 ) 交互性用户可以方便地以交互的方式管理和开发数据。 ( 2 ) 多维性可以看到表示对象或事件的数据的多个属性或变量，而数据可以 按其每一维的值，将其分类、排序、组合和显示。 ( 3 ) 可视性数据可以用图像、曲线、二维图形、三维体和动画来显示，并可 对其模式和相互关系进行可视化分析。 信息可视化方法根据不同的分类标准进而分为不同类别，通常按照信息资源 本身的特征可将其划分为7 类1 2 7 】： ( 1 ) 一维信息可视化一维信息是简单的线性信息，如文本，或者一列数字。 最常见的一维信息可能就是文本文献了。我们需要借助可视化技术增加文本信息 1 0 第2 币基于x m l 的口】视化图形中间件技术橛述 的有效性，从而帮助用户对它们更好地利用和更深入地理解。 ( 2 ) 二维信息可视化在信息可视化环境中，二维信息是指包括两个主要属性 的信息。宽度和高度可以描述事物的大小，事物在x 轴和y 轴的位置表示了它 在空间的定位。如城市地图和建筑平面图都属于二维信息可视化。最常见的二维 信息可视化是地理信息系统( g i s ) 。商业g i s 系统长期以来被用于区域规划、 交通规划和管理、天气预报以及绘图等。 ( 3 ) 三维信息可视化三维信息通过引入体积的概念，超越了二维信息。许多 科学计算可视化都是三维信息可视化，因为科学计算可视化的主要目的就是表示 现实的三维物体。计算机模型可以让科学家模拟试验、操作那些现实世界中代价 昂贵、实施困难、非常危险或者是现实世界中难以甚至无法进行的事情。近年来， 三维信息可视化被广泛地应用于医学和建筑等领域。我国“8 6 3 ”高技术发展研 究课题“数字化虚拟中国人信息暨构建与海量信息系统”的研究目的，就是用计 算机在三维空间模拟真实人体的所有特征【2 引。 ( 4 ) 多维信息可视化多维信息是指在信息可视化环境中的那些具有超过3 个 属性的信息。在可视化中，这些属性的重要性是不言而喻的。例如，关于某地所 有房屋的价值和它们的地址信息的一个清单( 一维信息) ，可以按照价值排序； 也可以创建一个测度，用点的大小来表示房子的相对价值，并且将点放置在地图 上来表示它们的位置( 二维信息) 。但是，如果还有其他关于房子的信息，比如 卧室数量、年代、面积等，这些则属于二维空间可视化中的次要信息。 ( 5 ) 层次信息可视化抽象信息之间的一种最普遍关系就是层次关系，如磁盘 目录结构、文档管理、图书分类等。传统的描述层次信息的方法就是将其组织成 一个类似于树的节点连接表示。这种表示结构简单直观，但是，对于大型的层次 结构而言，树形结构的分支很快就会拥挤交织在一起，变得混乱不堪。人们在对 层次信息可视化进行研究的过程中提出了一系列新的可视化技术，典型的有： r o b e r t s o n 、m a c k i n l a y 等【2 9 】。 ( 6 ) 文档( 文本) 信息可视化在我们面临的信息中，绝大多数是文本信息， 如电子邮件、因特网文档、科学论文、报纸文章等等。文档信息是我们记忆的延 伸，我们需要经常和文档信息进行交流。各种文档信息堆积如山，可视化可以帮 助我们快捷地从文档信息中获取我们需要的内容和知识。文档信息可视化可以分 为两类：一类是对单个文档本身的可视化，另一类是对大型文档集合的可视化。 ( 7 ) 网络信息可视化目前，w e b 的信息已分布在遍及世界各地的数以万计的 网站上，网站通过文档之间的超级链接彼此交织在一起。不论w e b 现在的规模 有多大，它还将继续膨胀。然而，目前的信息访问方式，却远远不能让人满意。 信息可视化在帮助人们理解信息空间的结构，快速发现所需信息，有效防止信息 迷途等方面将会扮演越来越重要的角色。 北京丁业大学t 学硕士学位论文 2 3 中间件技术 2 3 1 中间件概述 随着i n t e m e t 网络应用技术的发展，基于客户机朋艮务器( c l i e n t s e r v e r ) 模式的 系统设计方法己被广泛地应用于各种类型软件系统的设计与开发中。其编程方式 改变了传统的应用程序设计和系统实现方式。为此人们提出了一种介予客户端和 服务器端的软件中间件( m i d d l e w a r e ) 。中间件是处于应用软件和系统软件之 间的一类软件，是独立于硬件或数据库厂商( 处于其产品的中间，实现其互连) 的 一类软件，是客户方与服务方之间的连接件，是需要进行二次开发的中间产品【3 0 1 。 由于中间件的应用十分广泛，因此难以给它下一个明确的定义。一般认为中间件 是处于应用软件和系统软件( 如操作系统，网络协议，数据库等) 之间的能够屏 蔽异构环境的一个软件服务层1 3 1 1 。 i d c ( i n t e m e td a t ac e n t e r ) 对中间件的定义表明：中间件是一类软件，而非一 种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分 布式处理的软件，最突出的特点是其网络通信能力。 有人根据这种定义提出一个简单的公式： 中间件= 平台+ 通信( 公式2 1 ) 在客户服务器模式向多层结构迁移的过程中，中间件技术得到了迅速发展和 广泛的应用。传统中间件通常提供通信和事务处理功能，包括数据访问中间件、 远程过程调用、面向对象、组件的中间件，基于消息的中间件等多种类型，相关 技术规范也日趋成熟。而目前，随着电子商务的兴起和企业信息化建设的深入， 中间件已不再仅仅实现客户机服务器的互连，还实现应用之间的互操作，也就是 数据和应用的集成 3 2 j 。如图2 3 丽网 腹崩竣樵接i 】 p l 中问f t 分南式震i 墟务) 半爵接f 】 摄馆秉缓 甲台 l 协议 甲台接阳 绦作蕞缱 甲台际夏 图2 - 3 中间件位置 f i g u r e 2 3t h ep o s i t i o no ft h em i d d l e w a r e 从系统层次的角度，- - i p a 把当前的中间件软件从下至上依次归纳为四类【3 3 】： 传统通信中间件、应用服务器、企业应用集成中间件和业务过程管理工具，见图 1 2 第2 荦基于x m l 的司视化图形中间件技术概述 2 4 。其中前两种又合称为基础中间件，因为它们通常支撑单个应用系统或解决 单一类问题，与平台软件，如操作系统、数据库管理系统等，结合紧密；后两种 属于应用中间件的范畴，更多用于系统整合，与行业应用系统联系紧密。应用中 间件通常会与多个应用系统打交道，位于系统中较高的层次，并大多基于底层中 间件运行。 传统中间件发展时间较长，作为基础平台软件，具有一定的通用性，实现技 术也较为复杂。该类别中囊括了多种实现机制，相关标准也比较完备。由于是高 层中间件运行的基础，因而仍然占据主体地位。应用服务器在企业信息化建设中 得到了广泛应用，是设计、开发、部署、运行和管理i n t e m e t 电子商务的平台。 企业应用集成中间件帮助企业集成各种新老应用程序，使它