摘 要： 基于Web的三維可視化仿真及其實現技術，設計了一種基于J2EE平臺和B/S結構的三維可視化仿真系統框架，采用JOGL手段構建了基于B/S結構模式的三維可視化仿真系統原型，形成了基于Web的工程系統的三維可視化仿真及其實現技術。經實踐驗證了所采用的三維可視化仿真技術的可行性，展示了基于J2EE平臺和B/S結構的三維可視化仿真系統的發展與應用前景。
關鍵詞： 仿真；三維可視化；Web；J2EE；JOGL
隨著數據庫技術、多媒體技術、可視化技術以及虛擬現實技術的發展[1]，特別是傳統互聯網應用的普及和新一代互聯網技術的到來，Web技術從僅能夠提供文字與靜態圖片瀏覽，逐漸發展成為可以支持豐富的影音數據流、海量的數據挖掘、遠程實時交互的監控等功能，基于Web的三維可視化技術正在成為工程系統三維仿真技術的發展方向之一。本文構建了一種基于Web結構和J2EE平臺的工程系統三維可視化仿真框架，以JOGL為手段，給出了相應的三維仿真及其實現技術，并運用工程數據予以檢驗。
1 基于J2EE的真三維可視化仿真框架
工程系統(如地礦工程系統)大多具有空間屬性，其仿真技術需要表現系統的空間屬性及其空間關系。Web技術的發展，使得工程系統的遠程真三維仿真成為可能。為此，本研究設計了一種基于J2EE平臺的三維可視化仿真系統框架，如圖1所示。
根據J2EE定義的服務和規范，本研究將三維可視化仿真系統分為客戶層、中間層(Web層、業務層)和數據層，以實現工程系統的三維可視化仿真功能；以JOGL作為三維圖形的顯示工具，用點、線、面、體來表達三維工程系統；以Applet作為用戶與三維圖形的交互手段，用AWT、Swing等來響應鍵盤、鼠標和其他外圍設備的事件；以JRE和JVM作為客戶層Applet組件的容器和Java運行環境，用插件等方式運行在瀏覽器中；以權限驗證方式作為系統信息安全手段，用基于角色授權方式進行系統訪問安全控制；以JSP作為應用系統基本展示工具，用動態生成的Web頁面來進行業務數據的發布和查詢；以Struts作為系統邏輯處理，用XML進行業務邏輯配置來控制訪問內容；以EJB和JavaBean等作為業務模型，用面向對象技術中的類來表示對象工程系統的三維模型。在此基礎上結合數據庫技術，給出了工程系統的三維可視化仿真技術。
2 基于J2EE的真三維可視化仿真技術
2.1 平臺構建的J2EE技術
J2EE是一個基于組件——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勢成為系統建設和開發的主流。
本研究中，組件主要包括在客戶端運行的Applet組件和在服務器端運行的Web組件及EJB組件；容器主要為這三類組件提供運行環境的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用戶在客戶端啟動瀏覽器后，從Web服務器上下載由JSP動態生成的HTML頁面，通過與頁面中嵌入的Applet程序交互，實現系統的瀏覽、查詢等功能；②Web層的Web Server容器在接收到來自客戶端的用戶請求后，解析相應的JSP或Servlet組件生成HTML頁面，供客戶端使用；③業務層容器接收到Web層中的業務請求后，將信息提供給EJB組件和數據庫適配器組件，并通過這兩種組件所構建的業務領域代碼來完成對Web層組件的支持；④數據層中的數據庫服務器在為業務層中的組件提供所需的數據支持，同時也為地礦工程系統的各類工程數據提供管理和維護。
(2)基于J2EE的系統設計。在客戶層中，系統采用JRE作為Java的插件嵌入到瀏覽器中作為Applet客戶端運行環境，使用Applet實現人與系統的交互，并運用JOGL實現基于Web的工程系統的三維可視化。在Web層中，采用Struts實現業務邏輯控制功能，利用JSP組件動態生成頁面，使用Web服務器Tomcat為Web層組件提供服務。在業務層中，采用EJB技術和JavaBean等實現類的構造和工程系統模型的建立。
在實際研究中，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，采用驅動程序接口技術進行數據庫操作，以應對較高的數據庫存取速度需求。
2.2 用戶交互的Applet技術
Applet是由Java語言編寫的應用程序，可嵌入瀏覽器中獲取鼠標、鍵盤等外設信息，并對事件做出響應。Applet的生命周期包括初始化、開始、運行和結束四個階段，在此過程中始終需要Java運行環境的支持。
(1)Applet技術特征。在Web瀏覽器環境中，HTML文件通過Web服務裝載Applet程序及相關資源，在該文件創建時其內部嵌入的Applet程序便開始進入運行狀態，并隨著文件的關閉，Applet程序也相應結束運行。Applet程序不僅可以使用窗口環境開發工具建立標準圖形界面，實現人機交互、系統查詢等功能，還可以支持JOGL等技術進行三維圖形的顯示及變換。由于Applet程序基于網絡進行訪問，故具有潛在的安全風險。
(2)Applet系統設計。在實際設計過程中，采用Applet類的子類JApplet類來完成Applet的功能，使用戶能通過點擊鼠標、敲擊鍵盤等活動與系統進行會話。使用JOGL類庫中的GLCanvas類設置JOGL圖形顯示參數，并處理JApplet所獲取的用戶事件，實現JOGL與JApplet的結合。利用JOGL類庫中的CG、GL等類繪制工程系統的三維圖形，并通過接口程序實現圖形的旋轉、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，通過比對網絡所裝載的數字簽名和客戶端所持的數字證書實現程序的安全。
2.3 三維繪制的JOGL技術
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語言的Java3D和JOGL等。盡管VRML、X3D均可產生交互式的虛擬現實場景，但兩者在本質上仍屬于數據文件，缺乏對可視化算法的直接支持。基于Java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。JOGL是一種建立在OpenGL公共圖形接口基礎上的技術，是一個被認可的Java對OpenGL的綁定，并得到Java創建者SUN公司和OpenGL創建者SGI公司的共同支持[2]。這就使采用Java開發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，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的實現手段，其核心工作過程包括：調用GLDrawablefactory類創建GLDrawable對象；使用GLDrawable類中createGLCanvas()方法來創建GLCanvas對象；調用GLCanvas相應方法產生GL對象；調用GL的相應方法和設置屬性進行三維顯示的設置和繪制等；對GLCanvas添加事件監聽接口，以實現用戶對于GLCanvas對象動作的響應，并對相應的方法進行重載，實現對鼠標和鍵盤的控制，從而進行人機交互。
3 基于J2EE的真三維可視化仿真實現
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方法，實現了基于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。
本文深入地研究了基于J2EE平臺和B/S結構的工程系統的真三維可視化仿真技術，構建了基于Web的工程系統的真三維可視化仿真系統框架，并運用JOGL手段，以某地下礦山的工程系統為例，實現了基于Web的工程系統的真三維可視化仿真，開辟了真三維可視化仿真技術的遠程應用的途徑。
參考文獻
[1] 唐澤圣.三維數據場可視化[M].北京：清華大學出版社，2000.
[2] DAVIS G. Learning Java bindings for OpenGL(JOGL)[M]. Bloomington， Indiana： AuthorHouse， 2004.
[3] 黃文靜，唐龍，唐澤圣.體繪制及三維交互技術在地質數據可視化中的應用[J].工程圖學學報，1998(3)：60-64.