基于Open CASCADE的虚拟三维建模平台的开发.doc

分类号： TP391.72 单位代码： 10422 密 级： 学 号：200412076硕士学位论文Shandong University Masters Thesis论文题目:基于Open CASCADE的虚拟三维建模平台的开发 Development of Visual 3D Modeling Planform Based on Open CASCADE作 者姓名 张渊 专 业 机械设计理论指导老师姓名专业技术职务 李绍珍 教授 年月7日原 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科研成果。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。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名： 导师签名： 日 期： 山东大学硕士学位论文目录目录ICONTENTV摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1工程图学教学的现状及发展趋势11.1.1 工程图学的教学现状11.1.2 工程图学教学的发展趋势21.2 虚拟现实技术及CAI技术21.3 本课题的概述31.3.1 本课题的背景31.3.2 本课题的目的31.3.3 本课题的意义41.3.4本课题的主要内容41.4 开发工具及环境51.4.1 标准建模语言UML（Unified Modeling Language）51.4.2 VC+61.4.3 Open CASCADE几何内核61.5 本章小结7第2章 基于UML的虚拟三维建模平台的总体设计82.1 UML概述82.1.1 UML进行平台的总体设计的意义82.1.2 UML总体设计思路102.2 UML对系统的建模过程112.3 系统描述122.4 事务描述132.4.1 用户登录132.4.2 模型库管理132.4.3 修改密码132.4.4 建立三维模型132.5 设计用例模型162.5.1活动者识别162.5.2 用例识别162.5.3 用例图172.5.4 用例描述182.6 模型库管理用例模型192.7 实体类模型202.7.1 识别方法202.7.2 识别结果212.7.3 实体类之间关联及类图212.8 接口类模型222.8.1 设计方法222.8.2 设计过程及结果222.8.3 接口类之间的关联及类图222.9 本章小结23第3章 基于MFC框架的界面设计243.1 窗口结构243.1.1 设计方法243.1.2 总体窗口结构图243.1.3 下层窗口结构253.2 MFC框架263.2.1 VC+技术263.2.2 MFC的基本介绍263.1.3 SDI应用程序的构成273.3 程序菜单设计293.3.1 菜单栏设计293.3.2 图形工具栏设计303.4 显示区和建模控制区的界面设计313.4.1 显示区和建模控制区的界面设计313.4.2界面框架的实现313.5 本章小结32第4章 基于Open CASCADE的应用程序框架334.1 Open CASCADE几何内核334.2 OCAF简介及工作原理344.2.1 OCAF简介344.2.2 OCAF工作原理374.2.3 OCAF生成向导424.3 基于OCAF单文档应用程序框架434.3.1 OCAF向导的相关设置444.3.2 OCAF向导自动生成的工程和MFC框架工程的比较444.3.3 基于MFC框架的OCAF应用程序原型464.3.4 基于Open CASCADE的单文档应用程序框架484.4 本章小结51第5章 虚拟三维建模平台的几何内核模块525.1 几何内核模块的总体设计525.2 模型库类的设计525.2.1 类的设计原则535.2.2 类的操作、属性及方法的设计说明535.2.3 模型库类的设计结果545.3 模型类的设计555.3.1 建立三维模型575.3.2 模型的数据交换615.3.3 布尔运算635.4 本章小结66第6章 接口类的设计及程序效果图676.1 接口类设计676.1.1 接口类及其功能676.1.2 接口类的设计676.2 程序运行界面及效果图706.2.1 程序主界面706.2.2、三维建模效果图70总结及展望73参考文献76致谢79攻读学位期间发表的学术论文目录80CONTENTContentIAbstract in ChineseIAbstract in EnglishIIChapter One: Introduction11.1 Situation and Developing Orientation aboutEducation11.1.1 Situation of 11.1.2 Developing Orientation of21.2 Technique of Visual Reality and CAI21.3 Summary of the Subject31.3.1 Background of the Subject31.3.2 Purpose of the Subject31.3.3 Significance of the Subject41.3.4 Main Content of the Subject41.4 Tools and the Environment51.4.1 UML（Unified Modeling Language）51.4.2 VC+61.4.3 Open CASCADE Geometry Kernel61.5 Brief Summary of this Chapter7Chapter Two the Design of Visual 3D Modeling Platform Based on UML82.1 Summary of UML82.1.1 Significanse of Design with UML82.1.2 Route of Design with UML102.2 the Process of Modeling with UML112.3 System Description122.4 Affair Description132.4.1 User Log On132.4.2 Management of the Model Store132.4.3 Change the Password132.4.4 Create the 3D Model132.5Design of the CASE Model162.5.1 Identify of the Activer 162.5.2 Identify of the CASE162.5.3 Chart of the CASE172.5.4 Description of the CASE182.6 CASE Model of the Management of Model Store192.7 Model of the Entity Class202.7.1 Technique of the Identify202.7.2 Result of the Identify212.7.3 Relationship and Class Chart of Entity Classes212.8 the Model of Interface Class222.8.1 Technique of the Identify222.8.2 Process and the Result of Design222.8.3 Relationship and Class Chart of Interface Classes222.9 Brief Summary23Chapter three the Interface Design Based on MFC243.1 Window Frame243.1.1 Design Method 243.1.2 Chart of Window Frame243.1.3 Chart of the Underlayer Window Frame253.2 MFC263.2.1 VC+ Technique263.2.2 Introduction of MFC263.1.3 Structure of SDI Application273.3 Design of Application Menu293.3.1 Design of Menu293.3.2 Design of Graphic Tool Column303.4 Interface Design of Display Area and Modeling Controller313.4.1 Interface Design313.4.2 Realization of Interface Frame313.5 Brief Summary32Chapter four Application Frame Based on Open CASCADE334.1 Open CASCADE Geometry Kernel334.2 Introduction and Work Principle of OCAF344.2.1 Introduction of OCAF344.2.2 Work Principle of OCAF374.2.3 Automatic Guide of OCAF424.3 Application Frame Based on OCAF SDI434.3.1 Correlative Setting of Auto-Guide of OCAF444.3.2 Compare between the Projections made by OCAF and MFC444.3.3 Application Prototype Based on MFC464.3.4 SDI Application Frame Based on Open CASCADE484.4 Brief Summary51Chapter five Geometry Kernel Module of Visual 3D Modeling Platform525.1 Design of Geometry Kernel525.2 Design of Model Store Class 525.2.1 Class Principle535.2.2 Explain of Operation、Attribute and Method of Class535.2.3 Result of Model Store Class545.3 Design of Model555.3.1 Create 3D Model575.3.2 Data Exchange of Model615.3.3 Boolean Operation635.4 Brief Summary66Chapter six Design of Interface Class and Effect Picture of Application676.1 Design of Interface Class676.1.1 Function of InterFace Class676.1.2 Result of Interface Class676.2 Interface and Effect Picture of Application706.2.1 Main Interface of Application706.2.2 3D Modeling Effect Picture70Sum-up and Prospect73Reference76Thanks79Catalog of Science Paper Issued in degree80VII山东大学硕士学位论文摘要本文主要介绍了虚拟三维建模平台的开发过程, 深入研究并应用基于标准开发语言UML对虚拟三维建模平台的软件工程设计，以及基于MFC框架的界面设计过程，本文运用Open CASCADE几何内核进行三维实体建模，最终实现了独立建模、复杂布尔操作的虚拟三维建模平台的开发。本文对当前关于工程图学CAI课件的研究现状、开发应用及存在的问题进行了论述，研究阐述了课题的背景、目的和意义，在此基础上，提出课题研究的主要内容及技术路线，同时介绍和了解使用开发工具，分析研究了几何内核应用环境及其特点。本文分析了标准建模语言UML对软件设计的作用及使用UML进行软件总体设计建模的意义，然后介绍了本系统在使用UML进行建模的大体过程。即：用自然语言对系统进行需求分析，得出系统的用例模型；用例模型驱动系统的开发过程，包括窗口结构设计和类模型设计，得出类模型的类图。针对UML缺少对窗口结构的具体规定，本文对该系统的窗口结构进行设计。本系统的窗口结构采用MFC框架技术实现虚拟环境界面框架的建立，分析介绍了MFC框架的相关内容，并对界面主要内容进行设计，包括菜单栏、图形工具栏、显示区及建模控制区进行界面和接口的设计，并提出了相关的实现方案。虚拟三维建模平台的几何内核模块设计是实现独立建模、虚拟化及模型间各种复杂操作的关键。本文分析了Open CASCADE几何内核及OCAF的基本工作原理及它所提供的OCAF向导工具，运用其类库设计出基于OCAF的单文档应用程序框架；在此基础上，实现了实体类模型和接口类模型的原型，最终实现了在虚拟环境下实时、交互的建立三维模型并通过对其进行布尔操作达到自动生成相贯体的最终目的。关键词：工程图学；CAI；UML；Open CASCADE；三维建模ABSTRACTThis paper describes the process of developing a virtual 3D modeling platform. The method of thorough study and application of virtual 3D modeling development platform with Unified Modeling Language standard UML for software engineering design is found, and build a MFC-based interface framework and finish the interface design process. In this paper, using Open CASCADE 3D geometric modeling kernel, realize an independent modeling, complex Boolean operation of the virtual 3D modeling platform development finally.In this paper, the CAI courseware on Engineering Graphics the status and the development and application of the issues is discussed, the topic of study is expound as well as the background, purpose and significance .On this basis, the technical line and the use of development tools and understanding is introduced. All kinds of methods of Kernel analysis of the geometric characteristics of the environment and its applications are analyzed. This paper analyzes the UML design to the role of the software design and the use of UML modeling software Italy justice, and then introduced the system in general use UML modeling process. Namely : natural language requirement of the system analyzed, the system use case model; Use case model-driven system development process, including design and structural models of window design model class diagram drawn category; Finally, UML modeling to the process of using files in the form of record for reference and research in the future. Because of the lack of specific provisions of UML window view, the window frame design of this system is made. MFC framework of the restructuring of the system window interface framework for the establishment of virtual environment technology. MFC framework of the relevant content analysis, and interface design for the main content, include menu column Graphic tools, noting that the modeling and control area interface and the interface for the design and realization of the related program. Virtual 3D geometric modeling kernel module is platform independent modeling, Virtual model of the various and complex operation of the key. This paper analyzes the Open CASCADE geometric kernel and manifestations, it provides the basic working principle and the OC AF guides tools based on the use of its library design manifestations single file application framework; On this basis, entity type model and a prototype model of the kind of interface, the ultimate realization of the real-time virtual environment. Interactive 3D model automatically generates Boolean operations through its intersection bodys ultimate goal. KEY：Engineering Drawing；CAI；UML；Open CASCADE；3D ModelingIII山东大学硕士学位论文第1章 绪论1.1工程图学教学的现状及发展趋势1.1.1 工程图学的教学现状1、 工程图学教学的目的、特点人们可以用语言或文字来表达自己的思想，但是如果用语言或文字来表达物体的形状和大小是很困难的。因此，表达物体形状和大小的图样，就成为生产中不可缺少的技术文件。设计者通过图样来表达设计对象；制造者通过图样来了解设计要求，并依据图样来制造机器；使用者也通过图样来了解机器的结构和使用性能；在各种技术交流活动中，图样也是不可缺少的。因此，图样被称为工程技术上的语言，工程画被称为“工程话”1。随着科学技术的突飞猛进，制图理论与技术等到得到很大的发展。尤其是在电子技术迅速发展的今天，采用计算机绘图在工业生产的各个领域已经得到了广泛的应用。随着各种先进的绘图软件的推出，工程制图技术必将在我国的四个现代化建设中发挥出越来越重要的作用2。工程图样是表达和交流技术思想的重要工具，是工程技术部门的一项重要技术文件。本课程是高等工科院校各机类和近机类专业一门必修的技术基础课，它研究绘制和阅读机械图样的基本理论和方法。本课程是一门既有系统理论又有很强实践性的技术基础课。绘制工程图样的技能必须在学习理论的基础上，通过大量的绘图和读图实践才能逐步掌握3。2、教学中存在的问题(1) 为适应我国经济发展的需要，近几年来高校持续扩招，使在校大学生的人数增加，造成教学资源短缺，教师工作量增加。(2) 随着教学改革的不断深入，工程图学课程的学时在不断减少，如山东大学机械专业的学时从80年代的130学时减到现在的不足90学时，如何处理好教学学时少与课程内容多、培养质量高以及拓宽知识面之间的关系、提高学生空间想象能力，一直是教学中反应较为突出的问题。(3) 传统的教学方法与教学手段已远远不能适应现代教育的需要4。黑板、粉笔、教材、挂图和实物模型展示等传统教学手段, 因其表现力的贫乏和使用中的诸多不便已不能满足教学的需求。如挂图只反映静态，不反映动态；模型随教材的更新难以配套。1.1.2 工程图学教学的发展趋势工程制图课程是一门对教学的交互性、实践性、自主性要求比较高的课程，除了应具有学生自主的课程内容学习外，还需要学生能有较好的空间想象能力。工程制图课程就必须提供一个途径来提高学生的空间想象能力，传统的方式通常是在教学的过程中使用实物模型，这种方式需要大量的模型且不一定能满足所有学生的要求。虚拟现实技术可以提供一个类似真实世界的环境，在这个环境中，可以多角度、交互式的观察三维模型，这就解决了培养和提高学生空间想象能力的问题。计算机辅助教学（CAI）是一种新型的现代化教学手段，它把教学内容、教学经验、计算机技术融为一体，以授课对话、模拟练习、问题求解、自由讨论等形式来表达一定的教学目的5。面对高等学校的扩招，急需大量的高质量的教师和其它教学资源，利用虚拟现实技术制作的CAI软件可以有效的提高学生的空间想象能力，还可以把这类软件让同学自行学习，这样可以节省大批人力和时间，扩大教学规模。因此，工程图学采用虚拟现实技术的计算机辅助教学已是大势所趋67。1.2 虚拟现实技术及CAI技术虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验8。我们国内的一些院校和科研单位，陆续开展了VR技术的研究，而且可喜的是，已经实现或正在研制的虚拟现实系统也有不少。总的来说，虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域，但仍存在许多有待解决与突破的问题。为了提高VR系统的交互性、逼真性和沉浸感，在新型传感和感知机理、几何与物理建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多具有挑战性的问题有待解决910。CAI(Computer Aided Instruction ，计算机辅助教学)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术11。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标12。 1.3 本课题的概述1.3.1 本课题的背景随着计算机辅助教学的发展和虚拟现实技术的逐渐成熟，给工程图学注入了新的活力。基于虚拟现实技术的CAI课件的开发可以给学生提供一个类似于真实世界的虚拟环境，在这个环境中，学生可以多角度、交互式观察模型的生成、装配及动作13。目前关于工程制图的CAI软件在提高学生空间想象能力方面大部分都是以某种三维造型软件为建模基础来生成实体模型1415，这种CAI课件本身不具备建模能力，因此在模型的多样性和软件的交互性方面受到了约束。再者，当今比较流行的三维建模软件虽然其功能相当完善，但是也使其软件的体积十分庞大，对于学生的使用难度相对增加，因此，需要一种独立建模、体积小、功能有针对性及使用简便的CAI软件来提高学生的空间想象能力。1.3.2 本课题的目的在多年的教学实践中，发现初接触工程图学的学生遇到最困难的是空间感的建立及二维三视图与三维立体的对应转换。因此，引导学生掌握基本的图学原理知识，建立空间想象力和空间思维能力是工程图学教学的重要任务。为满足工程图学教学的发展，弥补当前CAI课件的不足，让学生能够更好的提高空间想象能力。本课题提出了开发规模小型化、开发周期短、功能针对性强的独立三维建模CAI软件。该软件能够建立虚拟现实环境的平台，在这个平台中实现三维建模操作、三视图生成等功能，另外，软件还应具有操作简便、接口良好等特点以方便学生使用及后续模块的开发。1.3.3 本课题的意义本课题能够让学生可以在该系统的虚拟现实环境中自由建模并观察三视图与模型的视图关系，改变了以往工程制图教学中传统的教学模式及弥补当今工程制图中CAI软件中存在的问题，可以更好的提高学生的空间想象能力；另外，该系统摆脱了三维建模需要依靠Solid Edge、Pro/E、UG等三维造型软件的束缚，从而实现了独立建模，还具有体积小、功能全、操作简便等特点，为今后相关CAI/CAD/CAM软件的开发提供了参考。另外，本系统还可在校园网上发行，弥补了课堂教学的不足，为学生提供了时间上、空间上学习的方便。扩展了课堂教学，满足了教学多样性的需要。总之，利用现代教育技术开发具有高效、实用、具有特色的多媒体课件是教学改革的必然趋势，是培养开拓、创新人才的需要。1.3.4 本课题的主要内容本文提出了本课题设计的主要内容，制定出该系统的主要设计思路。即：1、对系统框架的总体设计，内容包括总体设计说明、需求分析说明、模块设计说明、主要技术路线说明等内容；2、具体模块的详细设计，包括对界面模块和几何内核模块的分析说明及技术路线实现的介绍。具体分为以下三个方面：1) 基于标准建模语言UML的虚拟三维建模平台的总体设计；2) 基于MFC框架的界面设计3) 虚拟三维建模平台的几何内核模块1.4 开发工具及环境在开发过程中，使用了使用标准建模语言UML（Unified Modeling Language）对该系统进行总体设计、需求分析、模块设计；使用VC+进行程序开发及界面设计；使用OPEN CASCADE几何内核来开发该系统中最重要的几何内核模块的开发设计。 1.4.1 标准建模语言UML（Unified Modeling Language）UML是由世界著名的面向对象技术专家Grady Booch、Jim Rumbaugh和Ivar Jacobson发起，在著名的Booch方法、OMT方法和OOSE方法的基础上，广泛征求意见，集众家之长，几经修改而完成的16。设计者们为UML设定的目标是：1) 运用面向对象概念来构造系统模型（不仅仅是针对软件）。2) 建立起从概念模型直至可执行体之间明显的对应关系。3) 着眼于那些有重大影响的问题。4) 创建一种对人和机器都适用的建模语言。UML采用了一整套成熟的建模技术，广泛适用于各种应用领域。它得到了工业界的广泛支持，人们普遍认为UML定将成为工业界广泛接受的一种标准建模语言。在美国，截至1996年10月，UML已经获得工业界和科技界的广泛支持，有700多家公司表示将采用UML语言作为建模语言。UML的1.1版已经于1997年11月17日被OMG（Object Management Group）批准作为标准，这标志着近15年来面向对象技术中关于建模语言的争论暂时告一段落17 18。我们认为，在世界范围内，至少在近10年，如同80年代的C语言和90年代的C+语言那样，UML将成为面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言。我们还认为，采用UML作为我国的标准建模语言是完全必要的：首先是因为过去数十种面向对象的建模语言都是相互独立地发展的，UML可以消除一些潜在的不必要的差异，以免用户混淆；其次，通过统一语义和符号表示，能够稳定我国的面向对象技术市场，使项目植根于一个成熟的标准建模语言；同时也可大大拓宽相应的支持工具和开发环境的应用领域，从而可以加强领域分析和软件设计开发的能力19。总之，面向对象技术是软件产业的主要技术支柱之一，至少在近10年内，应该积极提倡采用标准建模语言UML进行建模。1.4.2 VC+Visual C+是微软公司推出的一种功能强大而复杂的C+编译器，它是目前PC 机上最优秀的应用程序开发环境。它把完全的可视化与真正的面向对象及C+的高效率、高性能完美地结合起来20。它提供了功能最强大的Windows 应用框架，微软基本类库(MFC)封装了Win 32 API 的函数，提供了大量编写好的代码实现多数Windows标准操作。在Visual C+中，编写程序时，可以使用SDK（软件开发包）调用Windows本身提供的Win32 API 函数编程，也可以利用MFC 封装的类库编写程序，而最方便的是利用APP Wizard 向导建立程序的主体部分21。VC+作为世界最为流行的编程工具22，许多其他类型软件都为它提供了相应的接口及RAD(快速应用程序开发工具)开发向导。Open CASCADE几何内核就为VC+提供了OCAF（Open CASCADE Application Frame）的开发向导。1.4.3 Open CASCADE几何内核Open CASCADE几何内核技术是一个免费开源的软件开发平台，它包括3D曲面和实体建模组件、可视化组件、数据交换组件和适合快速开发的应用程序开发框架（Application Framework ,AF）. Open CASCADE技术可以用于数字仿真软件的开发，包括CAD/CAM/CAE，AEC、GIS和PDM应用程序。该技术是九十年代中期出现的，已经被许多不同领域的商业客户用来开发自己的软件产品23。所谓几何内核实际上就是一个类库，里面定义了图形数据的存储格式以及大量的图形算法， Open CASCADE类库是为了方便了精细设计应用的快速设计面向对象的类库。基于Open CASCADE的应用程序可以开发处理二维、三维几何模型等其他目的的CAD系统，比如说，制造或分析应用、仿真应用等。Open CASCADE类库可以帮助开发人员进行快速开发。1.5 本章小结本章介绍了工程图学教学的现状及发展趋势，提出利用虚拟现实技术和CAI技术结合的方式来解决当今工程图学中存在的问题，以提高学生的空间想象能力；对本课题的背景、目的、意义、主要内容及创新点进行简单介绍；并对所要使用的开发工具进行介绍。7山东大学硕士学位论文第2章 基于UML的虚拟三维建模平台的总体设计2.1 UML概述从普遍意义上说,UML是一种语言。语言的基本含义是一套按照特定规则和模式组成的符号系统，能被熟悉该符号系统的人或物使用。自然语言用于熟悉该语言的人群之间的交流，编程语言用于编程人员与计算机的交流。比如机械制图也是一种语言，它用于工程技术人员与工人之间的交流。UML作为一种建模语言，则用于系统开发人员之间、开发人员与用户之间的交流。需要说明的是，UML是一种建模评议，而不是一种方法，在原理上，任何方法都应由建模语言和建模过程两部分所构成，其中建模语言提供的这种方法中用于表示设计的符号（通常是图形符号）；建模过程则描述进行设计所需要遵循的步骤。标准建模语言UML统一了面向对象建模的基本概念、术语及其图形符号，为人们建立了便于交流的共同语言。然而，人们可以根据所开发软件的类型、环境和条件下，选用不同的建模过程24。UML是国际上先进的用于软件分析与设计的统一建模语言，在全世界得到了广泛的支持和应用，已经成为事实上的工业标准了25。2.1.1 UML进行平台的总体设计的意义对于一个问题的解决，通常把这个问题视为一个模型来对待，要解决这个问题，首先要对这个问题进行建模，然后再利用各种学科的知识来进行解答。模型建立的好坏，直接影响着对于问题的处理结果，所以建模是一个很重要的步骤，基于UML的虚拟三维建模平台的总体设计就是一个建模过程26。各种工程学科都有其丰富的建模运用历史，这些经验形成了建模的几条原则，如下27 28 29：l 选择要创建什么模型，对如何动手解决问题和如何形成解决方案有着意义深远的影响。换句话说，就是要好好地选择模型。正确的模型将清楚地表明最棘手的开发问题；错误的模型将使人误入歧途，把精力花在不相关的问题上。对于软件而言，所选择的模型将在很大程度上决定于开发人员对该领域的看法。如果以面向对象开发者的观点建造一个系统，将可能得到这样一个系统：它的体系结构以一组类和交互模式（指出类如何一起工作）为中心。可执行的模型对测试有很大帮助。经验表明，在构建有弹力的体系结构中面向对象的方法表现得更为出众。在UML中汇入了面向对象领域中很多人的思想，这些思想是依据最优秀的面向对象方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的；消除过去数十种建模语言之间的不必要的差异，以免用户混淆；通过统一语义和符号表示，为人们建立了一个便于交流的语言。本课题是使用面向对象方法来进行建模的。使用的开发工具为VC+编程工具和Open CASCADE几何内核，它们都是面对对象技术的典型代表，具有封装性，继承性，多态性这三大特点。l 可以在不同的精度级别上表示每一种模型。在任何情况下，最好的模型应该是这样的：它可以让你根据谁在进行观察以及为什么要观察选择它的详细程度。分析人员或最终用户主要考虑“做什么”的问题，开发人员主要考虑“怎样做”的问题。这些人员都要在不同的时间以不同的详细程度对系统进行可视化。 本课题使用了UML中的用例图和类图来对系统进行建模，用例图用来建构用户需求与系统功能之间的关系，类图用来构建实现系统功能的重要类模型。用例图的精度级别分为三层，系统层、事务管理层和事务层，在系统层中分析系统的总体需求，事务管理层用于管理和组织具体事务，事务层用于设计事务解决方案，即设计事务流程。l 单个模型或视图是不充分的,对每个重要的系统最好用一组几乎独立的模型从多个视角去逼近。在工程制图中，单一视图无法描述机件的所有细节，这就需要用三视图来从不同角度来反应同一机件。视图与视图之间是独立的、相互联系的，它们共同从多视角来描述机件的形体特征。面向对象的软件系统也如此。为了理解系统的体系结构，需要几个互补和连锁的视图，UML提供了解决方案如下：用例视图（揭示系统的需求）、设计视图（捕获问题空间和解空间里的词汇）、交互视图（展示系统各部分之间以及系统与环境之间的联系）、实现视图（描述系统的物理实现）和部署视图（着眼于系统的工程问题），每一种视图都可能有结构方面和行为方面，这些视图一起从整体上描绘了软件蓝图。UML提供了9种图来从不同应用层次和不同角度为软件系统从系统分析、设计直至实现提供了有力支持，使用这9种图可以描绘任何复杂的系统。本课题选用了UML提供的用例视图和类图。用例视图用以分析系统的需求情况，并以用例视图驱动生成系统的设计视图，即类图；类图是系统实现功能的物理层。总之，面向对象技术是当今软件产业的主要技术之一，UML吸收了这一领域许多先进的思想，因此，利用UML可以构建一个有弹力的体系结构；UML类似于自然语言，可以从不同应用层次和不同角度为软件系统从系统分析、设计直至实现提供了有力支持；UML提供了静态模型和动态模型两种模式来描述系统，允许开发人员从多视角来对系统进行建模，本课题采用了静态模型来设计系统的总体框架。30。2.1.2 UML总体设计思路众所周知，一种自然语言一般由字、词、句、段、篇等部分组成。由字组成词，由词组成句，由句组成段，由段组成篇。类似地，UML由模型元素、扩展机制、图及视图等部分构成。由模型元素或扩展机制构成图，由图构成视图。模型元素是构成图的最基本的元素。UML定义了9种不同的图。9种图分为两类：一类是静态图，包括用例图、类图、对象图、组件图和配置图；另一类是动态图，包括序列图、协作图、状态图和活动图31。以上是UML组成元件的大体介绍，我们就是通过这些UML规范化的符号来对系统进行建模的，本课题使用了UML的静态图（用例图和类图）对系统进行静态建模，用例图是对系统需求进行分析，也是系统开发的起点，由用例图来驱动建模过程；类图是系统的核心部分，是实现系统功能的关键。用例图主要描述系统和外部环境的关系和系统所能提供的服务，图中包含系统、活动者以及元素之间的各种关系。因此，本课题的用例图部分的设计思路为：首先，用自然语言描述系统的功能需求；其次,把系统看作黑盒，从外部活动者的角度来理解系统，描述活动者所需要完成的事务；最后，用UML的模型元素来进行用例图的建模。当然，用例图的建立是分阶段、分层次的，本课题对系统层及模型库管理用例进行分析，从而得到用例图。类图的设计是实现系统的关键部分，类图分为实体类和接口类两部分，它们的设计思路如下：首先，类图是由用例图驱动的，通过一定的识别方法识别出实体类和接口类；其次，分析类类之间的关系，建立类关联表；最后，利用UML模型元素来制作类图32。2.2 UML对系统的建模过程建模过程描述的是做什么、怎么做、什么时候做以及为什么要做，描述一组按某种顺序完成的活动。利用UML工具来对虚拟三维建模平台进行总体设计，在已产生的软件过程中，Rational统一过程（Rational Unified Process, RUP）是目前最具有普遍意义的开发过程。RUP的核心思想是：用例驱动、迭代化开发。虚拟现实三维建模平台的建模过程吸取RUP的思想，借鉴RUP的过程成分“需求分析”及“分析与设计”中的工作流程，将建模过程划分为以下几个活动33。l 系统描述l 事务描述l 设计用例模型l 设计实体类模型l 设计接口类模型系统描述和事务描述是设计用例模型的前提，是一个用自然语言对系统需求进行描述的过程；设计用例模型是开发过程的起点，用例模型驱动着系统的整个开发过程；类模型是面向对象分析的核心，类图是定义其他图的基础。用例就是通过类之间的交互实现的；实体类为代表了应用领域的核心内容，它的作用是用来持久地保存应用程序的实体，同时提供驱动应用程序中大多数的交互服务；接口类模型描述系统活动者与系统交互的界面。2.3 系统描述本节用自然语言对系统进行描述，了解系统的整体情况，包括系统用途、功能及实现的过程等等。该平台的主要用于三维模型的建立，同时具有观察三视图的功能，及其他不同的接口。系统的整体情况如下：用户首先登录系统，用户分管理员和一般用户。管理者可以进行模型库的管理，即建立模型保