面對(duì)網(wǎng)絡(luò)化程序的跨平臺(tái)、分布式處理及高可靠性的優(yōu)勢(shì)，通用軟件的發(fā)展方向是從單機(jī)版到C/S再到B/S。仿真軟件的網(wǎng)絡(luò)化面臨的困難是如何在盡可能利用原有資源的情況下，快速地向B/S的網(wǎng)絡(luò)化銜接。本文提出了一種利用Java與VRML結(jié)合的方法可將單機(jī)仿真系統(tǒng)直接升級(jí)為B/S構(gòu)造的改進(jìn)模式。并且，以螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)為例，驗(yàn)證了所提方法的可行性。 1 引言 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)內(nèi)的仿真技術(shù)的發(fā)展十分迅猛，特別是在虛擬機(jī)床仿真系統(tǒng)方面。由于它對(duì)于生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)周期的縮短、研發(fā)成本的降低、生產(chǎn)效率的提高產(chǎn)生的良性推動(dòng)，使得虛擬仿真受到普遍而廣泛的關(guān)注與研究。 劉曉輝等實(shí)現(xiàn)的仿真加工系統(tǒng)是以目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)仿真軟件提供商所普遍采用的VC++與OpenGL結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式來(lái)完成的，類似的還有VB加OpenGL方式與VB加D3D方式。筆者與熊越東在以AutoCAD為圖形庫(kù)支持的基礎(chǔ)上，以VC++作為主要開(kāi)發(fā)環(huán)境，結(jié)合MATLAB做數(shù)值計(jì)算支持模塊，開(kāi)發(fā)了螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)。 霍志璞歸納了傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)軟件的4種方式，基本涵蓋了目前工業(yè)仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式。并且，他以基于網(wǎng)絡(luò)的Java環(huán)境結(jié)合VRML實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)平臺(tái)。 隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來(lái)臨，程序的網(wǎng)絡(luò)化方興未艾。單機(jī)版軟件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)非常難以保證。硬件加密狗的捆綁銷售也只是添加了極其有限的保障。并且，單機(jī)版程序的升級(jí)更新也是很不方便的。其安全性更是很差，很容易遭到破解和篡改。同時(shí)，相應(yīng)于不同操作系統(tǒng)，單機(jī)版軟件通常需要一一對(duì)應(yīng)地開(kāi)發(fā)不同版本，移植能力差。因此，越來(lái)越多的軟件告別單機(jī)走上聯(lián)網(wǎng)之路。在這種環(huán)境下，所謂的C/S（Client/Server）模式開(kāi)始出現(xiàn)。它是在單機(jī)版軟件的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)化的改造。通常是以單機(jī)版軟件的發(fā)售結(jié)合在線實(shí)時(shí)升級(jí)更新服務(wù)的方式出現(xiàn)。不過(guò)由于其主體軟件資源仍然存在于客戶機(jī)中，其安全性仍然不能保證。B/S（Browser/Server）模式的出現(xiàn)完美地解決了這些問(wèn)題。由于它已被廣泛使用的Web瀏覽器作為客戶端，操作界面友好、一致;邏輯層向服務(wù)器端轉(zhuǎn)移，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間;并且B/S最大的優(yōu)越性還在于強(qiáng)大的跨平臺(tái)移植能力。然而仿真系統(tǒng)軟件面對(duì)這種形勢(shì)卻無(wú)疑是一個(gè)尷尬的境地。如果將其以C/S模式網(wǎng)絡(luò)化。工作量雖然不大，但由于仿真系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)生成的特點(diǎn)，受網(wǎng)絡(luò)傳輸限制，仍然只能將絕大多數(shù)軟件代碼放置于客戶機(jī)，則安全性問(wèn)題沒(méi)有解決，僅僅相當(dāng)于增加了一個(gè)在線升級(jí)更新程序的功能。若以B/S模式改造，直接將大部分軟件資源放置在服務(wù)器端，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題將變得更加不可逾越。 霍志璞等直接以B/S模式的Java環(huán)境結(jié)合VRML建立了機(jī)器人仿真系統(tǒng)，建立了網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)。李冉等詳細(xì)論述了如何結(jié)合VRML和Java這兩種工具來(lái)建立交互式的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。 利用VRML在三維建模上的優(yōu)勢(shì)與Java展現(xiàn)的良好的交互功能和跨平臺(tái)特點(diǎn)，使得在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的、強(qiáng)交互性的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變得非常方便。并且，對(duì)VRML進(jìn)行了較為詳細(xì)地介紹。對(duì)VRML的節(jié)點(diǎn)式組織形式及與Java的具體結(jié)合方式也作了描述。無(wú)疑，此種基于B/-S模式的網(wǎng)絡(luò)化跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)模式相比于傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有著很多的優(yōu)點(diǎn)。但是，在向著網(wǎng)絡(luò)化潮流邁進(jìn)的時(shí)候，將過(guò)去的代碼完全拋棄而重新做起，則是難以接受的。許多軟件商選擇了先向C/S改造。但是如我們所述，這種改造是很不徹底的。 本文的目的旨在找到一種合理的方法，在盡可能多利用過(guò)去軟件資源基礎(chǔ)上，直接使仿真系統(tǒng)變化為B/S模式架構(gòu)的新一代遠(yuǎn)程虛擬加工系統(tǒng)，并對(duì)之進(jìn)行歸納進(jìn)而形成一種具有一般意義的方法。 2 螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)單機(jī)版簡(jiǎn)介 在2004年底開(kāi)發(fā)的單機(jī)版螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)是為了適應(yīng)螺旋錐齒輪機(jī)床從傳統(tǒng)搖臺(tái)式向5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控式的進(jìn)步而進(jìn)行的研究。其系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案為VC++結(jié)合AutoCAD的ObjectARX庫(kù)以及MATLAB作為數(shù)值計(jì)算開(kāi)發(fā)環(huán)境而開(kāi)發(fā)出的程序。其簡(jiǎn)略構(gòu)圖如圖1所示。其軟件單機(jī)版主界面如圖2所示。 3 VRML語(yǔ)言及JAVA開(kāi)發(fā)平臺(tái) 3.1 VRML語(yǔ)言簡(jiǎn)介 VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言）是因特網(wǎng)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)密切結(jié)合所發(fā)展而來(lái)的新技術(shù)，其著眼于建立因特網(wǎng)上的具有真實(shí)感的交互式三維場(chǎng)景并成為一種有效的3D文件交換格式。VRML提供的技術(shù)能夠把三維、二維、文本和多媒體整合起來(lái)。當(dāng)這些結(jié)合在一起時(shí)，就可能產(chǎn)生一種全新的交互式應(yīng)用。并且VRML早于1998年被正式批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（1SO／IECl4772—1:1997，VRML97）。 由于VRML填補(bǔ)了HTML只能顯示平面信息的缺陷，改變了原來(lái)WWW單調(diào)、交互性差的弱點(diǎn)，已經(jīng)成為Internet三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)三維圖形制作軟件，如3DS MAX都開(kāi)發(fā)了VRML文件格式的輸出接口。 3.2 JAVA語(yǔ)言簡(jiǎn)介 Java語(yǔ)言自從正式問(wèn)世以來(lái)只有4年，但是其發(fā)展卻極為迅速。Java語(yǔ)言擺脫了C++的混合式語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，是一種真正的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。Java出現(xiàn)之后迅速引起了廣泛的關(guān)注。 Java最重要也是最優(yōu)越的特性就在于它的平臺(tái)無(wú)關(guān)特性。它借由一個(gè)結(jié)構(gòu)中立的虛擬機(jī)使得其程序可以跨越操作系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)之上。這是以往任何一種語(yǔ)言均不具備的特征。除此之外，由于它簡(jiǎn)單易用、分布式處理以及良好的安全性等優(yōu)越特性，使得它受到越來(lái)越多的青睞。 Java的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，其中利用JavaScript腳本與Java web應(yīng)用結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)交互式網(wǎng)頁(yè)制作是Java目前的一個(gè)重要的應(yīng)用方向。 由于VRML填補(bǔ)了HTML只能顯示平面信息的缺陷，改變了原來(lái)WWW單調(diào)、交互性差的弱點(diǎn)，已經(jīng)成為Internet三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)三維圖形制作軟件，如3DS MAX都開(kāi)發(fā)了VRML文件格式的輸出接口。 總之，Java與VRML的結(jié)合為實(shí)現(xiàn)分布式B/S模式的虛擬仿真系統(tǒng)，提供了切實(shí)有效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 4 單機(jī)仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 要實(shí)現(xiàn)單機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化就必須將圖1的3個(gè)主要模塊實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化分布式處理可接受的形式。 MATLAB開(kāi)發(fā)的數(shù)值計(jì)算模塊是以dll動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的形式加載的。因此，在網(wǎng)絡(luò)版中，同樣可以置于服務(wù)器端，被Java主模塊訪問(wèn)。 而以O(shè)bject ARX在VC環(huán)境下開(kāi)發(fā)的圖形運(yùn)動(dòng)模塊則需要首先將單機(jī)版的圖形顯示場(chǎng)景轉(zhuǎn)變?yōu)閂RML語(yǔ)言格式。轉(zhuǎn)換后圖形界面如圖3所示。 然后，可根據(jù)原版程序定義對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)完成此模塊的改造。對(duì)于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)用傳感器節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)位置節(jié)點(diǎn)即可轉(zhuǎn)換。復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)交互式用Script節(jié)點(diǎn)使VRML與Java或JavaScript進(jìn)行交互，以事件處理方式來(lái)仿真加工過(guò)程。 最后，主模塊的改造即是將基于窗體的Windows程序改造為基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的Web應(yīng)用。由于VC與Java是面向?qū)ο髽?gòu)造的。因此，可以根據(jù)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)改為Java可識(shí)別的格式。 這樣，就完成了螺旋錐齒輪仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化了。 5 結(jié)論 本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)仿真軟件開(kāi)發(fā)模式與網(wǎng)絡(luò)版開(kāi)發(fā)模式的分析比較，對(duì)VRML與Java的應(yīng)用進(jìn)行了描述，在分析了單機(jī)版仿真軟件與基于B/S模式的網(wǎng)絡(luò)化仿真軟件的優(yōu)劣后，提出了一種從單機(jī)版仿真軟件向B/S模式的網(wǎng)絡(luò)化仿真軟件升級(jí)的可行方案。并以螺旋錐齒輪虛擬仿真系統(tǒng)為例驗(yàn)證了方案的正確性。由于VRML的普及，大多數(shù)圖形軟件均具有VRML接口，使得本文的改造模式具有更普遍的意義。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集