面向遠程應用的真三維可視化仿真及其實(shí)現技術(shù)

2 基于J2EE的真三維可視化仿真技術(shù)
2.1 平臺構建的J2EE技術(shù)
　J2EE是一個(gè)基于組件——容器模型的系統平臺，以靈活性、擴展性、模塊化、跨平臺和跨數據庫等優(yōu)勢成為系統建設和開(kāi)發(fā)的主流。
　本研究中，組件主要包括在客戶(hù)端運行的Applet組件和在服務(wù)器端運行的Web組件及EJB組件；容器主要為這三類(lèi)組件提供運行環(huán)境的JRE、JVM和Web Server等。
　(1)基于J2EE的系統流程。根據J2EE平臺的規范，J2EE系統流程包括的主要步驟：①用戶(hù)在客戶(hù)端啟動(dòng)瀏覽器后，從Web服務(wù)器上下載由JSP動(dòng)態(tài)生成的HTML頁(yè)面，通過(guò)與頁(yè)面中嵌入的Applet程序交互，實(shí)現系統的瀏覽、查詢(xún)等功能；②Web層的Web Server容器在接收到來(lái)自客戶(hù)端的用戶(hù)請求后，解析相應的JSP或Servlet組件生成HTML頁(yè)面，供客戶(hù)端使用；③業(yè)務(wù)層容器接收到Web層中的業(yè)務(wù)請求后，將信息提供給EJB組件和數據庫適配器組件，并通過(guò)這兩種組件所構建的業(yè)務(wù)領(lǐng)域代碼來(lái)完成對Web層組件的支持；④數據層中的數據庫服務(wù)器在為業(yè)務(wù)層中的組件提供所需的數據支持，同時(shí)也為地礦工程系統的各類(lèi)工程數據提供管理和維護。
　(2)基于J2EE的系統設計。在客戶(hù)層中，系統采用JRE作為Java的插件嵌入到瀏覽器中作為Applet客戶(hù)端運行環(huán)境，使用Applet實(shí)現人與系統的交互，并運用JOGL實(shí)現基于Web的工程系統的三維可視化。在Web層中，采用Struts實(shí)現業(yè)務(wù)邏輯控制功能，利用JSP組件動(dòng)態(tài)生成頁(yè)面，使用Web服務(wù)器Tomcat為Web層組件提供服務(wù)。在業(yè)務(wù)層中，采用EJB技術(shù)和JavaBean等實(shí)現類(lèi)的構造和工程系統模型的建立。
在實(shí)際研究中，考慮到工程系統存在采樣數據處理和數據規范化處理等大量數值運算和圖形數據處理等海量數據吞吐等因素，采用驅動(dòng)程序接口技術(shù)進(jìn)行數據庫操作，以應對較高的數據庫存取速度需求。
2.2 用戶(hù)交互的Applet技術(shù)
　Applet是由Java語(yǔ)言編寫(xiě)的應用程序，可嵌入瀏覽器中獲取鼠標、鍵盤(pán)等外設信息，并對事件做出響應。Applet的生命周期包括初始化、開(kāi)始、運行和結束四個(gè)階段，在此過(guò)程中始終需要Java運行環(huán)境的支持。
　(1)Applet技術(shù)特征。在Web瀏覽器環(huán)境中，HTML文件通過(guò)Web服務(wù)裝載Applet程序及相關(guān)資源，在該文件創(chuàng )建時(shí)其內部嵌入的Applet程序便開(kāi)始進(jìn)入運行狀態(tài)，并隨著(zhù)文件的關(guān)閉，Applet程序也相應結束運行。Applet程序不僅可以使用窗口環(huán)境開(kāi)發(fā)工具建立標準圖形界面，實(shí)現人機交互、系統查詢(xún)等功能，還可以支持JOGL等技術(shù)進(jìn)行三維圖形的顯示及變換。由于A(yíng)pplet程序基于網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，故具有潛在的安全風(fēng)險。
　(2)Applet系統設計。在實(shí)際設計過(guò)程中，采用Applet類(lèi)的子類(lèi)JApplet類(lèi)來(lái)完成Applet的功能，使用戶(hù)能通過(guò)點(diǎn)擊鼠標、敲擊鍵盤(pán)等活動(dòng)與系統進(jìn)行會(huì )話(huà)。使用JOGL類(lèi)庫中的GLCanvas類(lèi)設置JOGL圖形顯示參數，并處理JApplet所獲取的用戶(hù)事件，實(shí)現JOGL與JApplet的結合。利用JOGL類(lèi)庫中的CG、GL等類(lèi)繪制工程系統的三維圖形，并通過(guò)接口程序實(shí)現圖形的旋轉、平移、裁減和光照設定等操作。在安全方面，采用JDK1.2的數字簽名工具設定Applet程序的安全性，通過(guò)比對網(wǎng)絡(luò )所裝載的數字簽名和客戶(hù)端所持的數字證書(shū)實(shí)現程序的安全。
2.3 三維繪制的JOGL技術(shù)
　目前，比較流行的基于Web瀏覽器的三維可視化工具包括VRML、X3D及基于Java語(yǔ)言的Java3D和JOGL等。盡管VRML、X3D均可產(chǎn)生交互式的虛擬現實(shí)場(chǎng)景，但兩者在本質(zhì)上仍屬于數據文件，缺乏對可視化算法的直接支持?；贘ava的Java3D、JOGL不僅能夠像VRML、X3D一樣支持視景圖形處理，還能夠支持更高層次的圖形處理。
　(1)JOGL圖形繪制技術(shù)。JOGL是一種建立在OpenGL公共圖形接口基礎上的技術(shù)，是一個(gè)被認可的Java對OpenGL的綁定，并得到Java創(chuàng )建者SUN公司和OpenGL創(chuàng )建者SGI公司的共同支持[2]。這就使采用Java開(kāi)發(fā)的工程系統的三維仿真模型在集成了AWT和Swing等窗口界面的同時(shí)，能夠在硬件直接支持下獲得強大的3D圖形繪制功能。
　(2)基于JOGL的系統設計。本研究選擇了JOGL作為基于B/S結構的工程系統的三維可視化仿真技術(shù)的實(shí)現手段，其核心工作過(guò)程包括：調用GLDrawablefactory類(lèi)創(chuàng )建GLDrawable對象；使用GLDrawable類(lèi)中createGLCanvas()方法來(lái)創(chuàng )建GLCanvas對象；調用GLCanvas相應方法產(chǎn)生GL對象；調用GL的相應方法和設置屬性進(jìn)行三維顯示的設置和繪制等；對GLCanvas添加事件監聽(tīng)接口，以實(shí)現用戶(hù)對于GLCanvas對象動(dòng)作的響應，并對相應的方法進(jìn)行重載，實(shí)現對鼠標和鍵盤(pán)的控制，從而進(jìn)行人機交互。
3 基于J2EE的真三維可視化仿真實(shí)現
　本研究以某地下礦山的工程數據為例，運用上述的系統框架和技術(shù)方法，實(shí)現了基于B/S結構和J2EE平臺的地礦工程的真三維可視化仿真系統，包括地表地形、礦體、井巷工程等三維可視化仿真，如圖2所示。