（机械制造及其自动化专业论文）基于web三维模型的反求软件系统研究.pdf

重庆大学硕士论文中文摘要 中文摘要 反求技术( 反求工程、逆向工程、反求设计) 是企业在产品竞争中，为了战胜 对手而发展起来的一种现代工程技术。传统的实物反求技术通过各种测量手段， 获取产品的点云信息，经软件处理后反求出产品的结构形状、尺寸参数，但其前 提条件是必须具有产品实物。 随着互联网技术的发展，互联网上以三维w e b 模型方式出现的宣传产品也越 来越多。这些产品都是国外技术和经验的长期积累。如能借用反求工程的思想， 将网上产品的三维w e b 模型信息进行加工提取，即对三维模型进行反求，再通过 反求技术来借鉴、模仿甚至克隆国外先进的产品和设计方法，则可迅速缩短我们 和国外在产品设计方面的差距。因此，研究三维w e b 模型( 产品) 的反求技术是 一项非常有用和具有新意的工作。 本课题围绕三维w e b 模型( 产品) 的反求技术开展了大量的研究工作，并取 得了以下一些研究成果： 首先，针对制造业新产品开发的需求和现状，进行了深入的调查和分析，明确 了w e b 三维模型反求软件系统开发的重点。 其次，综合分析了w e b 三维模型的特点和格式文件，提出了w e b 三维模型 反求的技术路线及总体方案。 论文着重研究了w e b 三维模型反求的两种方法：s t l 反求及m d t 反求，即 是将w e b 三维模型( 主要是v r m l 格式) 的数据格式转换为c a d c a m 可以识 别的s t l 格式和m d t 格式，并具体实现了这两种方法。 最后成功地开发了具有可视化功能的反求软件原型系统，其相关研究成果已通 过专家验收。 关键词：反求技术，三维模型，原型数据测量 里壅奎兰堡主堕茎 菱壅塑塞 a b s t r a c t r e v e r s et e c h n o l o g y ( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ，r e v e r s ed e s i g n ，c o n v e n e e n g i n e e r i n g ) i sa m o d e r ne n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y w h i c hi s d e v e l o p e d f o r e n t e r p r i s et oc o n q u e r c o m p e t i t o r si nt h ep r o d u c tc o m p e t i t i o n t r a d i t i o n a le n t i t yr e v e r s et e c h n o l o g yi sa d o p t e d t oa c q u i r ep o i n tc l o u di n f o r m a t i o no f p r o d u c tt h r o u g hm a n yk i n d so fg l e a s u r e m e n t s ，t h e p o i n tc l o u di n f o r m a t i o na r ep r o c e s s e dw i t hs o f t w a r e a n di tc o u l db er e v e r s e dt oo b t a i n s h a p e ，d i m e n s i o n s ，p r e c i s i o no ft h ep r o d u c t b u tt h ep r e c o n d i t i o ni st h a ti tm u s th a v e e n t i t yr e v e r s e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ep r o d u c t sa l eu s e di n t h em o d eo ft h r e ed i m e n s i o n sm o d e lo nt h en e t i fw ec o u l db o r r o wi d e a so ft h er e v e r s e e n g i n e e r i n gt op r o c e s sa n dp i c ku pt h ei n f o r m a t i o no ft h r e e d i m e n s i o nm o d e lo fp r o d u c t o nt h en e t ，a n dt h e nw ec o u l du s ef o rr e f e r e n c eo ri m i t a t ef o r e i g na d v a n c e dp r o d u c ta n d d e s i g nw i t hr e v e r s et e c h n o l o g y b yt h i sm e a n s ，i tc o u l dn a l t o wt h eg a po fp r o d u c t d e s i g nb e t w e e no u rc o u n t r ya n do t h e rd e v e l o p e dc o u n t r i e s t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e so nt h e r e v e r s et e c h n o l o g yo f t h r e e - d i m e n s i o nw e bm o d e la l eo f g r e a tu s ea n dn e wm e a n i n g i th a sm a d er e s e a r c h e so nt h er e v e r s et e c h n o l o g yo ft h r e e d i m e n s i o nm o d e l ，a n d o b t a i n e dt h er e s e a r c hr e s u l t sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , w i t ht h ed e m a n da n dc u r r e n ts i t u a t i o n so fn e wp r o d u c td e v e l o p m e n ti nt h e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , i tm a k e sad e e pr e s e a r c ha n da n a l y s e st om a k es u r et h ef o c u so f s o f t w a r es y s t e mo ft h r e e d i m e n s i o nw e bm o d e l s e c o n d l y , i tm a k e sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so nc h a r a c t e r i s t i c sa n df o r m a t so f t h r e e d i m e n s i o nw e bm o d e l s ，a n db r i n g sf o r w a r d st h ea p p r o a c h e sa n dg e n e r a ls o l u t i o n s f o rt h er e v e r s e t h ep a p e rm a k e se m p h a s e so nt h et w om e a n sf o rt h er e v e r s eo ft h r e e d i m e n s i o n w e bm o d e l ：s t lr e v e r s ea n dm d tr e v e r s e i tt r a n s f o r m st h et h r e e d i m e n s i o nw e b m o d e l ( m a i n l yi nv r m lf o r m a t ) i n t ot h es t lf o r m a ta n dm d tf o r m a t ，w h i c hc a nb e i d e n t i f i e di nc a d c a m t h ep a p e ra l s om a k e st h ed i s c u s s i o n so v e rt h e s et w o a p p r o a c h e s f i n a l l y , w eh a v es u c c e e d e di nd e v e l o p i n gp r o t o t y p es y s t e mo fr e v e r s es o f t w a r e ， w h i c hp o s s e s s e st h ef u n c t i o no fv i s u a l i z a t i o n ，a n dt h es y s t e mh a sb e e nv e r i f i e da n d l l 重庆大学硕士论文英文摘要 a c c e p t e db yt h ee x p e r t s k e yw o r d s ：r e v e r s et e c h n o l o g y , t h r e e d i m e n s i o nm o d e l ，p r o t o t y p ed a t am e a s u r e m e n t m 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题的背景与研究意义 1 1 1 现代企业面临的竞争环境 现今，世界制造业处于世界市场自由贸易与经济全球化的发展趋势中，制造企 业面临着关系生存与发展的“3 c ”竞争环境。3 c 使消费者对产品的需求与期望大 大提高，产品与服务的多样化、个性化、创新频率的加快已成必然趋势。 竞争( c o m p e t i t i o n ) 一企业面临的竞争态势发生了根本的变化，过去熟悉 的竞争方式已被多层面的竞争方式t 、o 、c 、s 、e 所取代。谁能提供独创性的产 品和一流的服务，谁就能够赢得竞争。 顾客( c u s t o m ) 一企业对市场的主导权已转入顾客的手中，由卖方市场变 为买方市场。因此，如何使顾客满意已成为企业的奋斗目标和一切工作的归宿。 变化( c h a n g e ) 一在顾客和竞争两股力量的背后，隐藏着变化的影子，企 业面临着越来越变化莫测的客户、市场以及日新月异发展的科学技术。 面对新的形势，企业如何塑造自身的核心竞争力，赢得市场竞争，已成为当 务之急。在企业塑造核心竞争力中，产品创新与开发是重要内容之一。企业能否 尽快推出新的产品和服务，是企业生成与发展的关键。竞争的焦点常常集中在新 产品开发和缩短产品交货期的能力上。 1 1 2 新产品开发竞争 随着科学技术和社会的发展，企业面临着复杂多变的市场环境和个性化顾客 对产品的“挑剔”。企业为了满足顾客的需求，不断加大新产品开发力度，企图以 个性化的产品和服务来满足顾客的需求，来赢得市场竞争。这样，在全球范围内 掀起了一场新产品开发竞争。 新技术的发展给当今的新产品开发带来了两大特点，一是增加了产品开发的 复杂性：二是产品的开发( 上市) 时问和市场生命周期越来越短。首先，产品开 发的复杂性反映在五个方面：产品自身性能、结构的复杂性；产品开发过程的复 杂性；团队合作和通信的复杂性；计算机与网络的复杂性以及国际规则和安全性 能标准的复杂性。其次，伴随着产品及其开发过程复杂性的增加，产品的开发周 期和市场价格确不断下降。最典型的例子是计算机c p u 的发展，1 9 8 5 年一种新的 复杂性和性能提高倍的c p u 上市仅需1 2 个月，而价格却是过去的一半；1 9 8 8 年内c p u 的速度提高了4 倍，价格却是原来的1 4 ；1 9 9 0 年c p u 的开发时问仅用 了6 个月，速度却提高了1 6 倍，价格却是1 9 8 5 年的1 1 6 。现在，p c 机的新产品 更新时间为6 个月，软件版本的更新也仅需6 个月，系统软件的推出也仅为2 3 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 年。 新产品开发的特点警示着每一个企业，不仅必须重视新产品的开发而更应重 视新产品的开发速度、上市时间亦即新产品对市场和顾客的响应速度。这在很大 程度上将影响企业的市场占有率和竞争力。可以说，一个企业是否具备产品快速 开发能力是企业竞争力强弱的集中体现。所有企业都在不断探索和寻求加快产品 开发的方法及手段。同时，企业问也加强了相互的交流、学习和借鉴。企业已认 识到为了加快新产品的开发，必须借用其它企业的资源，必须向先进企业学习， 例如世界知名企业日本本田公司推出的风靡全球的新型本田摩托车，就是对世界 各国5 0 0 多种型号的摩托车进行分析解剖，学习、借鉴后才研制出的。在经济全 球化的环境下，世界各国7 0 以上的技术来自国外。因此，我国企业也应走学习 和借鉴之路，走学习和超越之路，加快我国企业新产品开发的速度。 1 1 3 本课题的研究意义 反求技术( 反求工程、逆向工程、反求设计) 是企业在产品竞争中，为了战胜对 手而发展起来的一种现代工程技术。它用以研究对手产品特点、吸收其优点并加 以改进，以期能设计生产出超过对手的、性能和质最更好的产品，因而是当前企 业赢得市场竞争的重要手段之一。传统的反求技术一般包括反求分析、实物反求 和反求设计等几个部分。其中实物反求是一项核心工作，其主要内容是测绘反求 对象( 实物) 的形状、尺寸和精度，并以测量数据反绘出零件结构图和装配图。 这项工作是反求分析中对产品设计原理、结构、材料及工艺分析的基础，也是反 求设计的依据。因此，实物反求的实质就是获取反求产品的结构形状、尺寸参数 和精度要求。现行的实物反求方法，都是采用三坐标测量机对产品实体零件进行 测量，这种方法一般没有太大难度，但要求必须具有实体产品，而且产品还可以 拆卸。但对于一些由三维异型曲面构成的产品如汽车外壳，这种实体测量方法则 难于准确描述，也给后续的反求设计带来困难。 近年来，随着互联网的发展，电子商务也应运而生，网上商店、网上产品广 告迅速增加，互联网上的产品以三维w e b 模型方式出现也越来越多。如果能借用 反求工程的思想，将网上产品的三维w e b 模型信息进行加工提取，即对网上三维 w e b 模型进行反求( 相当于虚拟实物反求) ，这将能以最快的速度了解网上产品， 并在没有真实产品的情况下获取产品的三维信息，这样将大大加快产品的开发速 度和提高产品质量。这种对网上三维w e b 模型原始数据的反求技术，目前还未见 到有关报道。但开发这项技术意义非常重大，因为随着电子商务的发展，网上三 维产品信息会越来越多，而这些好的产品设计，其产品性能、人机适应性、外观 造型等都是技术和经验的长期积累。如能提取产品的原型数据，再通过反求技术 来借鉴、模仿甚至克隆国外先进的产品和设计方法，则可迅速缩短我们和国外在 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 产品设计方面的差距，特别是在汽车、摩托车、陶瓷、鞋业、玩具等对外观设计 要求很高的行业，这项技术就显得尤为重要。因此，研究三维w e b 模型( 产品) 的反求技术是一项非常有用和具有新意的工作。 1 2 课题来源和主要研究内容 1 2 1 课题来源 本论文研究的内容来自于重庆市科技计划攻关项目“敏捷制造的异地协同设 计环境下基于w e b 的产品w e b 三维模型转化及反求软件研制”( 合同编号：2 0 0 0 - - 6 0 7 6 ) 中的一个专题项目，重点是研究“三维w e b 模型( 产品) 的反求技术”。 本课题已于2 0 0 2 年9 月通过由重庆市科委主持的专家验收，圆满地完成了项 目合同书规定的内容和技术指标并获得与会专家的好评。 1 2 2 论文研究的主要内容 本文的主要研究内容如下： 综合分析w e b 三维模型的特点。 研究w e b 三维模型反求的技术路线及总体方案。 研究w e b 三维模型反求的两种实现方法：s t l 、m d t 。 开发原型软件系统。 1 3 技术路线 本论文的研究采用理论与实际相结合的方法进行，系统实施具体的技术路线 如下： 各种渠道和方式( 尤其是i n t e r n e t 网) ，广泛收集和调研国内外有关产品可 视化技术及反求技术方面的文献资料与实例，并进行资料的整理和加工，掌握国 内外在此方向的最新动态。 确定总体技术方案，制定具体技术路线，在此基础上建立系统体系结构、 信息模型、各分系统逻辑结构。 结合实施目标，完成代码设计及系统组装与测试，各应用系统集成。 原型系统调试与初步应用。 具体的技术路线图见图1 1 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 至困 标准研究 l ( v r m l s t l ) l 可视化浏览环境开发 原型系统测试 图1 1 课题研制技术路线 f i g 1 1t e c h n o l o g yr o u t e 4 由 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 w e b 三维模型反求的相关技术 2 1w e b 三维模型反求及反求工程技术 2 1 1 反求工程技术概述 随着科学技术的高速发展，世界范围内新的科技成果层出不穷，它们为发展 生产力、推动社会进步做出了杰出的贡献。充分地、合理地利用这些科技成果， 可以获得最佳的技术成果和经济效益。 反求工程技术是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的 总和。反求工程技术的应用对于我国科技进步，推动经济建设有着重要的意义。 引进国内外先进技术的应用和开发一般可分为应用、清化和创新三个阶段。应用 阶段一般只考虑购买国外先进的产品，在这一阶段，引进工作的主要目的是利用 这些设备在生产过程中发挥作用；消化阶段则在引进国外先进的产品时对引进的 产品进行深入的分析研究，以科学的理论和先进的测试设备对其性能进行研究； 而创新阶段是在综合消化引进技术的基础上，利用各种设计制造手段，对原有技 术进行改进、创新，以求设计、制造出在技术、性能等方面更好、市场竞争能力 更强的产品。 2 1 2 反求工程技术的研究对象 反求工程技术的研究对象多种多样，所包含的内容也比较多，主要可以分为 以下三大类： 实物类：主要指先进产品设备的实物本身 软件类：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等 影像类：包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。 在这里我们主要是针对在网络上的v r m l 格式的w e b 三维模型作为研究的 对象，相当于反求技术中的虚拟实物反求。 2 1 3 反求对象的分析 反求对象设计指导思想、功能原理、方案分析 产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指 导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品 原理方案分析、理解和掌握，才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高 于原产品的原理方案。 反求对象材料的分析 对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结构的分析和材料 的性能检测。 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 反求对象精度的分析 产品的精度直接影响到产品的性能，反求对象的精度分析包括了反求对象形 体尺寸的确定、精度的分配等内容。 反求对象造型的分析 产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。 2 1 4 项目研究方法 网上w e b 三维模型以链接、文件等形式发布在网络上，其反求设计的主要内 容包括方案分析和结构分析，其中方案分析的重点是技术分析和经济分析；而结 构分析主要分析产品结构的组成，确定产品的造型、材料等等。 由于研究对象主要是产品的外观形状、材质等，很难甚至无法了解到产品的 内部结构，仅能根据产品的功能、结构特点和由内部结构所反映出的产品外部结 构特征来进行设计、分析。因此，反求的第一步是将其外观形状数据提取出来， 能够为产品开发中的c a d 软件所利用。在此基础上进行创新设计，确定各种设计 细节。 2 2 虚拟现实构造语言( v r i 呕l ) 现阶段，w e b 三维模型主要指以v r m l 格式描述的模型，在本文中约定， w e b 三维模型就是以v r m l 格式描述的模型。下面描述v r m l 的相关技术。 2 2 1v r m l 定义 根据国际标准i s o 1 e c1 4 7 7 2 1 ：1 9 9 7 ，v r m l ( v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n g l a n g u a g e ，虚拟现实构造语言) 是一种描述可交互的三维对象和世界的文件格式， 是处理网页三维图形的国际标准。v r m l 可以在因特网、企业网和本地系统使用。 当然，除了v r m l 格式外，还有许多流行的描述三维世界的文件格式，但v r m l 可以作为其他格式的标准交换的格式。v r m l 的基本特征包括分布式、三维、交 互性、多媒体集成、境界逼真性等，被称为“第二代w e b ”，其应用范围相当广 泛，包括科学研究，教学，工程，建筑，商业，娱乐，广告，电子商务等，已经 被越来越多的人所重视。 2 2 2v r m l 规范 v r m l 的规范全部在国际标准i s 0 i e c1 4 7 7 2 1 ：1 9 9 7 ( 位于w w w v r m l l o r g ) 中， 该标准v r m l 介绍、定义、基本概念、域和事件、节点参考等内容。这里只介绍 v r m l 2 0 中最重要的一些内容。 节点类型 在v r m l 文件所描述的基于时间的3 d 世界中，对象及其属性用节点( n o d e ) 来描述，节点是构成场景图的基本元素。节点按照一定规则构成场景图( s c e n e 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 g r a p h ) ，也就是说，场景图是v r m l3 d 空间的内部表示。每个节点都有以下几个 特征：类型、域、事件、实现、名字等。节点可以用d e f 语句命名，用u s e 语句 引用，从而达到共享的目的。 在v r m l2 0 以及i s o f l e c1 4 7 7 2 1 规范中共规定了5 4 种类型的节点来描述 三维场景中的各种对象，按它们所描述的对象功能和行为，大致可分为以下几种 类型： 1 ) 组群节点( g r o u p i n gn o d e s ) ：锚节点( a n c h o r ) 、公告牌节点( b i l l b o a r d ) 、 碰撞节点( c o l l i s i o n ) 、组节点( g r o u p ) 、变换节点( t r a n s f o r m ) 2 ) 现节点( a p p e a r a n c e ) ：表现节点( a p p e a r a n c e ) 、字体风格节点( f o n t s t y l e ) 、 图像组织节点( i m a g e t e x t u r e ) 、材料节点( m a t e r i a l ) 、动画组织节点( m o v i e t e x t u r e ) 、 点组织节点( p i x e l t e x t u r e ) 、文本组织节点( t e x t t r a n s f o r m ) 3 ) 应器节点( s e n s o r s ) ：圆柱感应器节点( c y l i n d e r s e n s o r ) 、平面感应器节点 ( p l a n e s e n s o r ) 、接近感应器节点( p r o x i m i t y s e n s o r ) 、圆球感应器节点 ( s p h e r e s e n s o r ) 、时问感应器节点( t i m e s e n s o r ) 、接触感应器节点( t o u c h s e n s o r ) 、 可视感应器节点( v i s i b i l i t ) r s e n s o r ) 4 ) 殊组节点( s p e c i a lg r o u p s ) ：在线节点( i n l i n e ) 、细节程度节点( l o d ) 、开 关节点( s w i m h ) 5 ) 何节点( g e o m e t r y ) ：长方体节点( b o x ) 、圆锥体节点( c o n e ) 、圆柱体节 点( c y l i n d e r ) 、高度珊格节点( b l e v a t i o n g r i d ) 、挤压节点( e x t r u s i o n ) 、面节点 ( i n d e x d f a c e s e t ) 、线节点( i n d e x d l i n e s e t ) 、点集合节点( p o i n t s e t ) 、球体节点 ( s p h e r e ) 、文本节点( t e x t ) 6 ) 值器节点( i n t e r p o l a t o r s ) ：颜色插值器节点( c o l o r i n t e r l a t o r ) 、坐标插值器 节点( c o o r d i n a t e i n t e r p o l a t o r ) 、普通插值器节点( n o m a l i n t e r p o l a t o r ) 、方向插值器 节点( o r i e n t i o n i n t e r p o l a t o r ) 、位置插值器节点( p o s i t i o n i n t e r p o l a t o r ) 、缩放插值器 节点( s c a l a r i n t e r p o l a t o r ) 7 ) 通节点( c o m m o nn o d e s ) ：音频剪接节点( a u d i o c l i p ) 、有向光源节点 ( d i r e c t i o n l i g h t ) 、点光源节点( p o i n t l i g h t ) 、描述语言节点( s c r i p t ) 、形状节点 ( s h a p e ) 、声音节点( s o u n d ) 、场光源节点( s p o t l i g h t ) 、三维世界信息节点 ( w o r l d l n f o ) 8 ) 何属性节点( g e o m e t r i cp r o p e r t i e s ) ：颜色节点( c o l o r ) 、坐标节点 ( c o o r d i n a t e ) 、普通节点( n o r m a l ) 、组织坐标节点( t e x t u r e c o o r d i a n t e ) 9 ) 定节点( b i n d a b l en o d e s ) ：背景节点( b a c k g r o u n d ) 、雾效果节点( f o g ) 、 浏览信息节点( n a v i g a t i o n i n f o ) 、视点节点( v i e w p o i n t ) 域和事件 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 节点的基本数据包含在域( f i e l d ) 和事件( e n v e n t ) 中。每个节点有零个或多 个域。域描述节点的本质属性。例如，放在空间中的一个球，它的属性就是半径， 节点可能包含一套可以接受和发送的事件。 1 ) 事件入口( e v e n t l n ) 是节点接收事件的逻辑接收器。从事件人口进入的事 件称为人事件。人事件般将导致节点状态的改变。 2 ) 事件出口( e v e n t o u t ) 是节点产生事件的逻辑输出端。从事件出口送出的 事件称为出事件。节点利用出事件报告自身的状态变化。 3 ) 外露域( e x p o s e df i e l d ) 是域、时间人口、事件出1 7 1 的统一体，它既可以 作为域描述节点，又作为事件人口接收事件，还能把变化的值作为事件送往其他 节点。 域和事件也有类型。i s o i e c1 4 7 7 2 1 定义了2 0 种基本数据类型，这些类型既 可以用于域，也可用于事件。域事件类型分为两类，其中单值域，事件包含单个值， 以s f 打头；多值域停件包含多个值组成的列表，以m f 打头。域，事件类型包括： 单值布尔型、颜色、浮点值、图像、3 2 位整数、节点、旋转值、字符串、时间、 2 d 矢量和3 d 矢量。 输人事件( e v e n t i n ) 是由其他节点产生的数据信息，用于改变接收节点的状 态。输出事件( e v e n t o u t ) 是由于一些节点的状态发生了改变而输出的数据信息。 事件是由事件值和时间戳构成。负责将产生输出事件的节点和接收事件的节点联 系起来的称作路径( r o u t e ) 。严格地说，路径并不是节点，路径只是联系节点之间 传递的语法结构。路径连接的必须是e v e n t l n 和e v e n t o u t 。出于e x p o s e d f i l e d 同时 具备e v e n t l n 和e v e n t o u t 的特陛，用路径来连接e x p o s e d f i l e d 是可以的。路径的语 法如下： r o u t en o d e n a m e e v e n t o u t n a m ec h a n g e dt on o d e n a m e s e t _ e v e n t l n n a m e 。 输出事件的类型必须和输人事件的类型严格匹配。也就是说，s f f l o a t 类型的 输出事件只能传给s f f l o a t 类型，而不可以传给s f i n t 或m f f l o a t 。 事件产生的最初原因是由于环境的变化、用户交互、以及时间的推移。感应 器节点( s e n s o r s ) 可以探测到这种变化，并且产生事件。几何感应器 ( p r o x i m i t y s e f l s o r ，v i s i b i l i t y s e n s o r ，t o u c h s e n s o r ，c y l i n d e r s e n s o r ，p l a n e s e n s o r ， s p h e r e s e n s o ra n dt h ec o l l i s i o ng r o u p ) 可以根据用户的动作产生事件，例如鼠标单 击或向某个特定的节点附近靠近。时间感应器节点( t i m e s e n s o r ) 可以根据时间的 变化来产生事件。事件一旦产生，就会按照路径向目标节点发送，并且由目标节 点来进行处理，引起节点状态变化，也可以发出新的事件。 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 2 2 3v r m l 文件格式简要介绍 图2 1g e o m e t r y 的子节点c y u n d e r 节点 f i g 2 1c h i l dn o d e o f g e o m e t r y c y l i n d e r n o d e 下面以图2 1 为例描述了一个非常简单的v r m l 文件和该v r m l 文件内部节 点间的关系图。该v r m l 文件所描述的三维场景图是一个有向无圈图。场景图的 根节点是一个t r a n s f o r m 节点，t r a n s l a t i o n 域值为一0 7 7 7 4 2 9 0 1 8 5 2 2 1 ，描述相 对坐标系位置，s c a l e 域值为1 3 8 1 8 5 1 9 8 8 3 1 1 3 8 1 8 6 ，描述了缩放因子，c h i l d r e n 域描述它的子节点。t r a n s f o r m 节点只有一个子节点，是一个s h a p e 节点。s h a p e 节点的a p p e a r a n c e 域描述了它的材质( 反光颜色) ，g e o m e t r y 域描述了它是圆柱体 ( c y l i n d e r ) ，底面直径为l m ，高为2 m 。 v r m l2 0u t f 8 | | v r m l 的头文件，使用v r m l 2 0 敝本国际u t f - 8 字符集会 t r a n s f o r m转换型的群节点 ( t r a n s l a t i o n 一0 7 7 7 4 2 901 8 5 2 2 1 s c a l e1 3 8 1 8 51 9 8 8 3 11 3 8 1 8 6 c h i l d r e n | | f 节点 s h a p e 形状谚有 a p p e a r a n c ea p p e a r a n c e i m a t e r i a lm a t e r i a l d i f f u s e c o l o r0 5 3 0 8 9 5 o 2 9 7 3 30 8 l l g e o m e t r yc y l i n d e r r a d i u s1 h e i g h t2 l ，描述的是一个圆柱体 9 重庆大学硕士学位论文 2w e b 三维模型反求的相关技术 l 】 v r m l 中节点之问的关系如图2 2 ( a ) 所示，其中与本文关系最为紧密的节点为 s h a p e 节点，它所包含的子节点如图2 2 ( b ) 所示。 g e o m e t r y ( 几何节点) ( a ) v r m l 中主要节点 ( 组节点) a p p e a r a n c e ( 外观节点) m a t e r i a l ( 材料节点) ( b ) v r m l 中形状节点分层图 图2 2v r m l 2 0 的节点分布图 f i g 2 2d i s t r i b u t i n gd r a w i n g o ft h en o d ei nv r m l2 0 1 0 重庆大学硕士学位论文2w e b 三维模型反求的相关技术 2 2 4v r b l l 模型的网上浏览 为了访问基于v r m l 的三维虚拟世界，需要一种支持v r m l 的浏览器。目前 最为流行的、 r 、 w r 浏览器都含有v r m l 支持，如n e t s c a p e 公司的c o m m u n i c a t i o n 中内含l i v e 3 d 以及m i c r o s o f t 公司的i n t e m e te x p l o r e r 中内含的a c t i v ev r m l 。这 样，我们就可以w w w 浏览器中直接访问v r m l 文件，或者将三维虚拟世界嵌人 主页之中。表2 1 中介绍了几种支持v r m l 的浏览器。 表2 1 几种支持v r m l 的浏览器 t a b 2 1s e v e r a lb r o w s e r sa r cu s e df o rs u s t a i n i n gv r m lf i l e 名称w w w 地址 d i v eam u l t i u s e rv rw i t h a 卵珏扛i n t e r r a c e h t t 9 ：w w w s i c s s e d i v e j f o u n t a i n ( a k ac a l i g a f i w o r l d s p a e e ) h t t o ：w w w c a l i g a r i c o m w s f o u n t h t m l h t t o ：w w w n e t s c a d e c o m l c o m v r o d t o r o d u c t s l n a v i g a t o r l l i v e3 l i v e3 d b e t at d 1 3 d n s l i c h t m l v r w e b h o p ：w w w i i c m t i l g r a z a c a t c u r w e b w b b f x h t t p ：h w w w p a p e r i n c c o m w c b f x h t m l w o r l dv i e w h t l p ：w w w i n t e r v i s t a c o m w o r l d v i e w h t m l 2 3w e b 三维模型数据反求系统的编辑环境 w e b 三维模型数据反求系统不仅仅是把网络上以v r m l 格式发布的模型数 据反求为c a d 软件可以识别的数据格式，它还必须具有对v r m l 格式的w e b 三 维模型的可视化编辑的功能。因在网络上发布的w e b 三维模型可能只是具有自动 旋转、相互运动等简单的动画，用户不能对选中的模型进行更仔细的观察，如具 体的形状，零部件的构造等等具体的模型的信息。考虑到这点，w e b 三维模型 数据反求系统应具有三维模型的编辑环境的功能，在系统的编辑界面中，用户可 以在系统中根据自己的需求任意地执行旋转、拆分、缩放等等命令从多方面观察 w e b 三维模型，除了这些基本的操作以外，还可以对三维模型进行优化处理，对 于节点冗余过多的模型可以精简这些多余的节点，达到简化的目的：对于没有颜 色、光照等渲染节点的模型，可以在w e b 三维模型编辑系统中重新添加；对于有 缺陷的节点，可以在编辑环境中进行修改，等等这些基本的对w e b 三维模型的操 作都可以在编辑系统中根据用户需要进行操作。 我们设计并实现的w e b 三维模型数据反求系统基本上可以满足用户的需求， 对于初级用户，他可以在三维编辑视图中选择鼠标拖放的方式，不去理解数据结 重庆大学硕士学位论文 2w e b 三维模型反求的相关技术 构编辑视图所体现的当前所编辑的文件的内部数据结构，而达到优化模型的目的； 对于高级用户，他既可以在三维编辑视图中选择鼠标拖放的方式改变三维场景， 也可以直接在数据结构编辑视图中通过改变数据结构而改变三维场景。这样的编 辑环境使用户能根据自身的需求修正网上的模型节点的数据，为下一步的数据反 求功能打下基础。反求模型的数据的操作也非常直观，用户可以在编辑界面的菜 单中进行选择，界面采用的是对话框的形式，用户根据指示就可以轻松地对模型 进行反求的主要操作了。 2 4 本章小结 本章简要介绍了反求工程技术应用的基本理论和虚拟现实构造语言( v r m l ) 的格式文件，为下而几章的阐述奠定了理论基础。 2 重庆大学硕士学位论文3w e b 三维模型数据反求系统的总体设计及功能描述 3w e b 三维模型数据反求系统的总体设计及功能描述 本论文不仅要进行反求技术研究，而且要进行原型软件系统的研制，以验证 相关技术方法，并为推出实用化的w e b 三维模型数据反求软件产品打下基础。下 面详细论述本原型系统的功能描述及总体设计。 3 1w e b 三维模型反求软件系统的总体设计 w e b 三维模型数据反求系统采用t g s 公司的i v f ( o p e ni n v e n t o rf m m e w o r k ) 框架，它的特点是将v c + + 的应用程序框架与o p e ni n v e n t o r 的三维图形类库( f o r c h ) 结合。在i v f 框架中有应用、主窗口、文档、视图四个部分，其中每部分都 具有接口来应用对方。在反求系统中，主要采用应用、主窗口、文档、视图四部 分，它们之间的关系如图3 1 所示： 主窗口 视图k + |文档 反求模型 数据结构 编辑视图 反求模型 三维编辑 视图 反求模型 的原型层 次图 反求模型 的几何编 辑视图 图3 1 反求系统的框架图 f i g 3 1f r a m ed r a w i n go ft h et e v e l s es y s t e m 数据反 求层次 图 3 1 1 文档部分 文档部分最主要的类是c e d i t o r d o c ，它是从v c + + 应用程序框架的c d o c u m e n t 和o p e ni n v e n t o r 的c i v f d o c u m e n t 派生出来的。这是一个典型的多重继承，之所以 会出现多重继承，是因为v c + + 应用框架做得很早，而o p e ni n v e n t o r 的三维图形 类库( f o rw i n d o w s ) 出现得较晚，但为了能利用v c + + 的良好应用程序框架，就 采用多重继承的方法对v c + + 的应用程序进行扩充，这样在功能上就把o p e n i n v e n t o r 强大的三维类库与v c + + 的良好应用程序框架结合起来。 3 1 2 视图部分 w e b 三维模型数据反求系统中有多个与文档相对应的视图，每个视图都从不 重庆大学硕士学位论文3w e b 三维模型数据反求系统的总体设计及功能描述 同的角度表现了文档对象的内容： 主三维编辑视图是w e b 三维模型数据反求系统最基本的三维编辑视图， 主要由c e d i t o r v i e w 实现。它是从v c + + 应用程序框架的c v i e w 和o p e ni n v e n t o r 的c l v f e x a m i n e r v i e w e r 派生出来的，也采用多重继承的方法。 侧三维编辑视图分为三个，前视图、左视图和上视图。它们与主三维编辑 视图非常类似，场景图显示根节点指针实际就是c e d i t o r v i e w 的m _ p s e l e c t i o n n o d e 。 由于大部分接口与主三维编