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轻量化CAD模型实时协同工具的研究与开发

2017/7/7    来源:互联网    作者:魏仁亮  陈新度  吴磊      
关键字:CSCD  模型批阅  轻量化模型  
针对制造企业间在设计过程中产品模型的交流障碍,提出基于轻量化CAD模型的实i时协同系统的设计框架,开发出一套适合多用户异地同步的三维模型交流系统,实现三维模型的显示和旋转、缩放、移动等基本操作,可在三维模型上直接进行圈阅批注,同时提供文本聊天等功能。

    传统CAD系统软件已经被广泛应用,并日趋成熟。随着计算机支持的协同工作CSCW(Computer Supported Cooperative work)的出现和快速发展,如何利用现有的CAD系统,进而实现网络协同功能是以后CAD发展的趋势。协同设计CSCD(Computer Supported Cooperative Design)是CSCW技术在CAD领域的具体应用。它是在制造全球化的背景下,随着信息技术、计算机技术的迅速发展涌现出的一种新技术,由异地分布的同个或多个企业,采用并行协同设计的思想来进行新产品开发的新型设计方法。

    CSCD的核心思想是“what you see is what I晰”,即“你所见即我所见”,目前国内外对CSCD的研究和应用取得了大量成果。目前三维实时协同系统的开发普遍采用B/S架构来实现,即通过web技术和Java Applet作为客户层支持四,同时结合Java3D技术或VRML技术实现三维图形的显示操作嘲。这种结构虽然方便客户端的程序运行,但在效率和界面操作上不尽如人意。SUN公司的Java Web Start技术结合了B/S和C/S架构的优点,Eclipse组织的SWT技术为客户端程序提供了更快更简便的图形界面,并且封装了OpenGL函数库。将结合这几种技术,研究和开发基于STL和OBJ格式的轻量化CAD模型实时协同系统,为企业设计部门的设计过程提供简便快捷的产品交流工具。

    1 系统框架结构

    协同平台的部署可以采用C/S(Client/Server,客户端,服务器)和B/S(Browser/Server,浏览器,服务器)两种体系结构。前者的优点是应用服务器运行数据负荷较轻,数据的储存管理功能较为透明,主要缺点是维护成本高昂且投资大;后者的操作使用简单,维护和升级方式简单,成本较低,主要的缺点是应用服务器运行数据负荷较重。

    SUN公司提供的Java Web Start技术在在某种意义上集成了以上两种体系结构的优点,在该技术的支持下,客户端应用程序可以通过浏览器自动下载和启动,下载后可脱机运行且每次自动更新新版本。本系统采用Java Web Start技术,在很大程度上简化了最终用户工作站上系统平台的部署瑚护和更新。

    另一方面,由于c/$和B/S的通信模式都需要通过应用服务器进行消息中转,这样将加重服务器的负担且容易导致整个网络通信的瘫痪。而基于P2P(Peer-to-Peer)点对点的通信方式是用户直接通讯,避开了服务器这一层,每个用户既可以成为主机端也可以成为客户端。

    这种通信方式的优点是在系统部署的时候免去应用服务器端这一层,且通讯的时候没有单一的失败点,一个用户的故障不会影响到整个协同系统。不足之处是增加了协同系统的冗余度,且协同过程中数据信息的维护相对复杂。整个系统的框架结构图,如图1所示。

    1

    图1 系统框架结构图

    1.1 数据库层

    数据库层负责存储协同浏览过程所需会议信息、CAD模型文件、批阅完成之后保存的图片文件等。协同会议过程中用户可以从该服务器中获取相应的文件资料,作为协同的数据来源。为了便于管理操作,该层可以和产品数据管理PDM(Product Data Manager)系统相关联,对会议和文件进行更有效的管理和访问。

    1.2 应协同层

    协同应用程序通过Java Web Start技术来启动运行,一开始主机端和客户端属于同等地位。每个用户都可以建立一个会议,会议的创建者默认作为主机端,主机端负责会议信息的管理,包括用户列表的管理,协调操作者和浏览者之间的关系等,可以授权使某用户成为会议的操作者。当用户加入现有的会议就成为客户端,客户端的操作功能受到限制,可以申请成为会议的操作者。

    1.3 功能层

    —个CAD实时协同系统必须实现的基本功能是CAD模型的显示操作,模型的圈阅批注和网络协同功能。本系统具体实现一些功能。

    1.3.1 CAD模型的显示功能

    实现了STL和OBJ格式轻量化模型的显示,这两种文件主要包含几何模型的三角网格信息,数据量小,有利于网络共享和传输。

    1.3.2 三维模型的基本操作功能

    三维模型的基本操作是旋转,缩放和移动操作,更复杂的还包括零件的选择和测量,获取剖面图等操作。本系统采用Pro/E野火版本的基本操作方式,即按下鼠标的中键为模型的旋转操作按下鼠标中键的同时按下SHIFT辅助键为模型的移动操作,鼠标滑轮的滚动为缩放操作。

    1.3.3 模型的圈阅编辑功能

    模型的圈阅是模型交流的主要手段,系统实现了包括直线,箭头,圆等2D图形的绘画和文字的标注等功能,另外还可以实现当前圈阅信息的擦除,撤消和重复功能。

    1.3.4 圈阅结果的保存功能

    作为加入协同会议的用户可以随时将当前批阅的结果以图片形式存储在本地机器上,以备日后参考查阅。系统实现了将模型批阅结果存储为JPEG,GIF,PNG等格式图片的功能。

    1.3.5 网络实时操作交流功能

    网络实时操作交流功能主要包括三大块:A模型的交互操作,包括三维模型的基本操作和二维圈阅;B会议信息的交互和管理,包括主机端对会议成员信息的管理以及客户端对加入会议和变更操作的申请等;C文本聊天,参加会议的各用户可以对全体成员或其中某个成员发表文本聊天信息。

    2 系统实现的关键技术

    协同平台必须考虑到不同地区用户所使用系统的不同,Java语言可以实现跨平台运行且在网络方面具有强大的功能,因此该协同工具采用Java语言来实现。另外,系统采用了TCP/IP协议中的用户数据报协议UDP(UserDatagramProtoc01),UDP通信协议为两台计算机之间提供了一种非可靠的无连接投递报文的通信服务。UDP的优点是通讯速度比较快,缺点是不能保证所有的数据都能准确有序地到达目的地。由于三维实时协同过程中更注重效率而可以忽略少量的数据丢失,因此该设计采用UDP协议报进行通信。

责任编辑:张纯子
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