面對網(wǎng)絡化程序的跨平臺、分布式處理及高可靠性的優(yōu)勢，通用軟件的發(fā)展方向是從單機版到C/S再到B/S。仿真軟件的網(wǎng)絡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)絡化銜接。本文提出了一種利用Java與VRML結合的方法可將單機仿真系統(tǒng)直接升級為B/S構造的改進模式。并且，以螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)為例，驗證了所提方法的可行性。 1 引言 隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，制造業(yè)內(nèi)的仿真技術的發(fā)展十分迅猛，特別是在虛擬機床仿真系統(tǒng)方面。由于它對于生產(chǎn)與開發(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，使得虛擬仿真受到普遍而廣泛的關注與研究。 劉曉輝等實現(xiàn)的仿真加工系統(tǒng)是以目前國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)仿真軟件提供商所普遍采用的VC++與OpenGL結合的開發(fā)方式來完成的，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為圖形庫支持的基礎上，以VC++作為主要開發(fā)環(huán)境，結合MATLAB做數(shù)值計算支持模塊，開發(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)的開發(fā)模式。并且，他以基于網(wǎng)絡的Java環(huán)境結合VRML實現(xiàn)了網(wǎng)絡化的遠程仿真系統(tǒng)平臺。 隨著網(wǎng)絡時代的來臨，程序的網(wǎng)絡化方興未艾。單機版軟件的知識產(chǎn)權非常難以保證。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，單機版程序的升級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，相應于不同操作系統(tǒng)，單機版軟件通常需要一一對應地開發(fā)不同版本，移植能力差。因此，越來越多的軟件告別單機走上聯(lián)網(wǎng)之路。在這種環(huán)境下，所謂的C/S（Client/Server）模式開始出現(xiàn)。它是在單機版軟件的基礎上向網(wǎng)絡化的改造。通常是以單機版軟件的發(fā)售結合在線實時升級更新服務的方式出現(xiàn)。不過由于其主體軟件資源仍然存在于客戶機中，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;邏輯層向服務器端轉移，節(jié)省了開發(fā)時間;并且B/S最大的優(yōu)越性還在于強大的跨平臺移植能力。然而仿真系統(tǒng)軟件面對這種形勢卻無疑是一個尷尬的境地。如果將其以C/S模式網(wǎng)絡化。工作量雖然不大，但由于仿真系統(tǒng)所要求的實時動畫生成的特點，受網(wǎng)絡傳輸限制，仍然只能將絕大多數(shù)軟件代碼放置于客戶機，則安全性問題沒有解決，僅僅相當于增加了一個在線升級更新程序的功能。若以B/S模式改造，直接將大部分軟件資源放置在服務器端，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}將變得更加不可逾越。 霍志璞等直接以B/S模式的Java環(huán)境結合VRML建立了機器人仿真系統(tǒng)，建立了網(wǎng)絡化的嵌入式遠程仿真系統(tǒng)。李冉等詳細論述了如何結合VRML和Java這兩種工具來建立交互式的動態(tài)場景。 利用VRML在三維建模上的優(yōu)勢與Java展現(xiàn)的良好的交互功能和跨平臺特點，使得在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)復雜的、強交互性的動態(tài)場景變得非常方便。并且，對VRML進行了較為詳細地介紹。對VRML的節(jié)點式組織形式及與Java的具體結合方式也作了描述。無疑，此種基于B/-S模式的網(wǎng)絡化跨平臺的開發(fā)模式相比于傳統(tǒng)的開發(fā)有著很多的優(yōu)點。但是，在向著網(wǎng)絡化潮流邁進的時候，將過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，在盡可能多利用過去軟件資源基礎上，直接使仿真系統(tǒng)變化為B/S模式架構的新一代遠程虛擬加工系統(tǒng)，并對之進行歸納進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)單機版簡介 在2004年底開發(fā)的單機版螺旋錐齒輪數(shù)控仿真系統(tǒng)是為了適應螺旋錐齒輪機床從傳統(tǒng)搖臺式向5軸聯(lián)動數(shù)控式的進步而進行的研究。其系統(tǒng)的實現(xiàn)方案為VC++結合AutoCAD的ObjectARX庫以及MATLAB作為數(shù)值計算開發(fā)環(huán)境而開發(fā)出的程序。其簡略構圖如圖1所示。其軟件單機版主界面如圖2所示。 3 VRML語言及JAVA開發(fā)平臺 3.1 VRML語言簡介 VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實建模語言）是因特網(wǎng)技術與虛擬現(xiàn)實技術密切結合所發(fā)展而來的新技術，其著眼于建立因特網(wǎng)上的具有真實感的交互式三維場景并成為一種有效的3D文件交換格式。VRML提供的技術能夠把三維、二維、文本和多媒體整合起來。當這些結合在一起時，就可能產(chǎn)生一種全新的交互式應用。并且VRML早于1998年被正式批準為國際標準（1SO／IECl4772—1:1997，VRML97）。 由于VRML填補了HTML只能顯示平面信息的缺陷，改變了原來WWW單調(diào)、交互性差的弱點，已經(jīng)成為Internet三維虛擬世界的主要標準，目前大多數(shù)三維圖形制作軟件，如3DS MAX都開發(fā)了VRML文件格式的輸出接口。 3.2 JAVA語言簡介 Java語言自從正式問世以來只有4年，但是其發(fā)展卻極為迅速。Java語言擺脫了C++的混合式語言結構，是一種真正的面向對象語言。Java出現(xiàn)之后迅速引起了廣泛的關注。 Java最重要也是最優(yōu)越的特性就在于它的平臺無關特性。它借由一個結構中立的虛擬機使得其程序可以跨越操作系統(tǒng)平臺運行在任意一臺計算機之上。這是以往任何一種語言均不具備的特征。除此之外，由于它簡單易用、分布式處理以及良好的安全性等優(yōu)越特性，使得它受到越來越多的青睞。 Java的應用領域很廣，其中利用JavaScript腳本與Java web應用結合在一起實現(xiàn)的動態(tài)交互式網(wǎng)頁制作是Java目前的一個重要的應用方向。 由于VRML填補了HTML只能顯示平面信息的缺陷，改變了原來WWW單調(diào)、交互性差的弱點，已經(jīng)成為Internet三維虛擬世界的主要標準，目前大多數(shù)三維圖形制作軟件，如3DS MAX都開發(fā)了VRML文件格式的輸出接口。 總之，Java與VRML的結合為實現(xiàn)分布式B/S模式的虛擬仿真系統(tǒng)，提供了切實有效的開發(fā)環(huán)境。 4 單機仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 要實現(xiàn)單機系統(tǒng)的網(wǎng)絡化就必須將圖1的3個主要模塊實行網(wǎng)絡化分布式處理可接受的形式。 MATLAB開發(fā)的數(shù)值計算模塊是以dll動態(tài)連接庫的形式加載的。因此，在網(wǎng)絡版中，同樣可以置于服務器端，被Java主模塊訪問。 而以Object ARX在VC環(huán)境下開發(fā)的圖形運動模塊則需要首先將單機版的圖形顯示場景轉變?yōu)閂RML語言格式。轉換后圖形界面如圖3所示。 然后，可根據(jù)原版程序定義對應的運動完成此模塊的改造。對于簡單的運動用傳感器節(jié)點和移動位置節(jié)點即可轉換。復雜的運動交互式用Script節(jié)點使VRML與Java或JavaScript進行交互，以事件處理方式來仿真加工過程。 最后，主模塊的改造即是將基于窗體的Windows程序改造為基于動態(tài)網(wǎng)頁的Web應用。由于VC與Java是面向對象構造的。因此，可以根據(jù)對應結構改為Java可識別的格式。 這樣，就完成了螺旋錐齒輪仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡化了。 5 結論 本文通過對傳統(tǒng)仿真軟件開發(fā)模式與網(wǎng)絡版開發(fā)模式的分析比較，對VRML與Java的應用進行了描述，在分析了單機版仿真軟件與基于B/S模式的網(wǎng)絡化仿真軟件的優(yōu)劣后，提出了一種從單機版仿真軟件向B/S模式的網(wǎng)絡化仿真軟件升級的可行方案。并以螺旋錐齒輪虛擬仿真系統(tǒng)為例驗證了方案的正確性。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。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集