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WebGL的煤礦機(jī)械裝備數(shù)字平臺(tái)設(shè)計(jì)

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WebGL的煤礦機(jī)械裝備數(shù)字平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要:為了解決煤礦機(jī)械設(shè)備制作難的問題,以礦山機(jī)械設(shè)備為研究對(duì)象,利用一系列軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字平臺(tái)3D模型的展示,使用戶在無需安裝任何插件的前提下對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)、模型運(yùn)行及模型裝配進(jìn)行觀看,建立了礦山機(jī)械設(shè)備數(shù)字模型平臺(tái),并對(duì)數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè),驗(yàn)證了煤礦機(jī)械數(shù)字模型平臺(tái)的穩(wěn)定性,為煤礦機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞:數(shù)字平臺(tái);webgl技術(shù);煤礦機(jī)械;模型裝配

1煤礦機(jī)械裝備數(shù)字模型平臺(tái)設(shè)計(jì)

煤礦機(jī)械數(shù)字平臺(tái)主要是一種資源共享平臺(tái),在此可以清楚地展示采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、礦井提升機(jī)、液壓支架等煤礦機(jī)械設(shè)備的模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情景,同時(shí)也可以有效展示機(jī)械設(shè)備的裝配過程及其功能。在建立礦山機(jī)械設(shè)備數(shù)字平臺(tái)時(shí)首先需要確定數(shù)字平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)的效果。建立的數(shù)字平臺(tái)應(yīng)當(dāng)為公共服務(wù)平臺(tái),使用者直接通過網(wǎng)頁(yè)進(jìn)入查看,無需任何插件進(jìn)入平臺(tái),同時(shí)建立的數(shù)字平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資源的共享[1-2]。根據(jù)如上的要求首先進(jìn)行總體框架的建立。如圖1所示,設(shè)計(jì)的礦山機(jī)械設(shè)備數(shù)字平臺(tái)選擇由HTML5語(yǔ)言、Java及WebGL圖形函數(shù)庫(kù)制成,同時(shí)利用HS服務(wù)器,用于服務(wù)器與客戶端信息的交流。C/S結(jié)構(gòu)是服務(wù)器模式,是一種較為傳統(tǒng)且較為常見的模式,它可以按照工作類型分為數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及輔助服務(wù)器的安裝等??蛻魴C(jī)可以將系統(tǒng)的任務(wù)在客戶機(jī)上運(yùn)行,使得其成本降低,但由于服務(wù)機(jī)工作載荷較大,后期的維護(hù)所需的成本仍是一筆高額的費(fèi)用。所以本次平臺(tái)設(shè)計(jì)選定為B/S模式。B/S相較于C/S模式具備如下的優(yōu)勢(shì):B/S模式在進(jìn)行服務(wù)器的訪問時(shí),可以基于一臺(tái)計(jì)算器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問,而C/S模式在進(jìn)行訪問時(shí)需要安裝特定的軟件及配置的設(shè)置,造成操作人員的操作十分復(fù)雜;相較于C/S模式,B/S模式的升級(jí)較為方便,且升級(jí)能夠在服務(wù)器內(nèi)部完成,并不需要在客戶端進(jìn)行升級(jí)。所以本文選定的B/S模式可以分為表達(dá)層、傳遞層和數(shù)據(jù)功能層三層結(jié)構(gòu)。其中表達(dá)層是用戶通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看,服務(wù)器根據(jù)用戶輸入信息進(jìn)行反饋。傳遞層是整個(gè)客戶端和服務(wù)器的連接層,它是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的橋梁,在收到客戶端的請(qǐng)求后,轉(zhuǎn)化為請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器,服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。數(shù)據(jù)功能層是整個(gè)數(shù)字平臺(tái)的核心,它是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的保障,只要用戶發(fā)送請(qǐng)求,服務(wù)器就會(huì)響應(yīng),并將響應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的反饋[3-4]。在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)備數(shù)字平臺(tái)建立時(shí)由于模型的資源數(shù)據(jù)較大,需要占據(jù)很大的空間,需要對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行合理的調(diào)用和存放,所以本文選擇SQLServer2008實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和調(diào)整。軟件可以較好地實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的擴(kuò)展性及可靠性,同時(shí)可以有效縮減所需的時(shí)間,平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要三張表的設(shè)計(jì),三張表分別為模型分類信息表,用于展示平臺(tái)包含的礦山機(jī)械設(shè)備類型;模型分解信息表是一種將模型分解后的信息表,例如采煤機(jī)的分級(jí)信息表為截割部、牽引部、機(jī)架及破碎部等;模型零件明細(xì)表用于展示機(jī)械設(shè)備所需的主要零件表。平臺(tái)設(shè)計(jì)完成后由于后臺(tái)數(shù)據(jù)儲(chǔ)量較為龐大,在進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)較為復(fù)雜,所以需要借助Grid-View軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的二級(jí)聯(lián)動(dòng)查詢,并利用相應(yīng)的軟件對(duì)礦山數(shù)字設(shè)備數(shù)字平臺(tái)的頁(yè)面、3D瀏覽器的方案、后臺(tái)數(shù)據(jù)的查詢等進(jìn)行設(shè)計(jì)[5-6]。

2煤礦機(jī)裝裝備平臺(tái)顯示的設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)字平臺(tái)的顯示進(jìn)行設(shè)計(jì),選定WebGL三維展示技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)顯示,利用WebGL的三方軟件Three.js對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行渲染,它包含了照相機(jī)、材質(zhì)及光影等,不僅不會(huì)與WebGL沖突,還會(huì)大大簡(jiǎn)化WebGL的開發(fā)。同時(shí)利用HTML腳本進(jìn)行模型展示,為了使展示的模型更加具備真實(shí)感,所以對(duì)展示的模型進(jìn)行著色。由于該軟件所建的模型多數(shù)較為簡(jiǎn)單,但建立的模型較為復(fù)雜時(shí),該軟件就不能夠完成,所以此時(shí)必須借助輔助模型建立軟件,例如3DMAX、Pro/E等軟件,在三維建模軟件中完成模型建立后通過不同的加載器將模型導(dǎo)入到數(shù)字模型平臺(tái),本文選定的加載器名為OBJLoader.js。設(shè)定瀏覽器的支持時(shí)考慮到原有的3D顯示技術(shù)大部分選定借助插件Applet、Flash在IE瀏覽器顯示,這就制約了一部分不適用IE瀏覽器的用戶,所以使用WebGL顯示技術(shù)可以較好地回避這些不足,較好地完成顯示[7-8]。完成上述操作后利用DreamweawerCS5進(jìn)行3D模板頁(yè)面的展示,該軟件優(yōu)點(diǎn)在于其適用的瀏覽器環(huán)境較廣、通用性能較強(qiáng)、網(wǎng)頁(yè)制作較為簡(jiǎn)單,用戶可以通過此頁(yè)面了解設(shè)備的模型詳細(xì)介紹及其各功能參數(shù),同時(shí)可以點(diǎn)擊對(duì)模型的裝備過程進(jìn)行動(dòng)畫展示。完成平臺(tái)建立后,需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試是建立或者設(shè)計(jì)一個(gè)平臺(tái)的重要保障。在進(jìn)行平臺(tái)測(cè)試時(shí)需要了解平臺(tái)測(cè)試的幾個(gè)方面,首先需要制定測(cè)試的內(nèi)容,其次需要制定測(cè)試的方案,最后需要對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行判斷,并對(duì)設(shè)計(jì)的平臺(tái)進(jìn)行修正。本文需要測(cè)試點(diǎn)分別為:平臺(tái)的功能測(cè)試、用戶使用界面的測(cè)試、平臺(tái)穩(wěn)定性測(cè)試、安全性測(cè)試及兼容性測(cè)試。制定測(cè)試方案,平臺(tái)常見的測(cè)試方法有靜態(tài)測(cè)試法和動(dòng)態(tài)測(cè)試法,動(dòng)態(tài)測(cè)試法是通過運(yùn)行對(duì)比結(jié)果與期望之間的差距,而靜態(tài)測(cè)試法是通過對(duì)代碼的審查找出平臺(tái)的錯(cuò)誤。本文選定先進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試,當(dāng)動(dòng)態(tài)測(cè)試出現(xiàn)錯(cuò)誤后進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。通過上述過程的檢查后發(fā)現(xiàn)平臺(tái)可以較好地在手機(jī)端和電腦端進(jìn)行查看,但在不同的瀏覽器環(huán)境中轉(zhuǎn)配過程及運(yùn)行過程的動(dòng)畫展示較為不同,這也說明WebGL技術(shù)對(duì)瀏覽器的要求較高。各個(gè)模塊的運(yùn)行均達(dá)到了設(shè)計(jì)前的預(yù)期。

3結(jié)論

以礦山機(jī)械設(shè)備為研究對(duì)象,利用WebGL軟件建立了礦山機(jī)械設(shè)備數(shù)字模型平臺(tái)。利用一系列軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字平臺(tái)3D模型的展示,并使得用戶在無需安裝任何插件的前提下進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)備模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)、模型運(yùn)行及模型裝配的觀看,最后對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè),驗(yàn)證了數(shù)字平臺(tái)的可行性、穩(wěn)定性及優(yōu)越性,為礦山機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了一定借鑒。

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作者:史海昱 單位:西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)備租賃分公司

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