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

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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)的設(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語言、Java及WebGL圖形函數(shù)庫制成，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)頁制作較為簡單，用戶可以通過此頁面了解設(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