协同浏览批注工具的设计与实现

第17卷第7期2005年7月
计算机辅助设计与图形学学报
JOURNAL OF COMPU TER 2AIDED DESIGN &COMPU TER GRAPHICS
Vol 117,No 17J uly ,2005
　收稿日期:2004-09-22;修回日期:2004-11-15
　基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划ΠCIMS 主题基金(2001AA412180)　
产品开发集锦
协同浏览批注工具的设计与实现
吕振远　田　凌　陈继忠　童秉枢
(清华大学精密仪器及机械学系　北京　100084)(lvzy03@mails 1tsinghua 1edu 1cn )
摘要　针对一般浏览批注软件的局限性,构建了协同浏览批注工具的系统结构,给出了系统的功能描述1在此基础上,利用VRML ,Open G L 和S ocket 等技术进行了系统实现,并给出了一个应用实例1应用表明,该工具可为网络化环境中的异地设计人员基于产品模型进行协同设计提供有力的支持1关键词　浏览;批注;协同设计;VRML ;客户端Π服务器;三维中图法分类号　TP391
Design and Implementation of Collaborative Vie wing and Mark 2up Tool
Lu Zhenyuan Tian Ling Chen Jizhong Tong Bingshu
(Depart ment of Precision Inst ruments and Mechanics ,Tsi nghua U niversity ,Beiji ng 100084)
Abstract The realization of collaborative viewing and markup for 2D and 3D model of products is impor 2tant in the net 2based collaborative design 1Aiming at the limitation of common markup software ,the archi 2tecture of the collaborative viewing and markup system is constructed ,and the function description of this system is presented 1Finally ,the system is implemented by VRML ,Open G L and Socket technology ,and an application example is given 1This system is an effective tool ,enable geographically the dispersed design 2ers to communicate based on product model in a net 2based environment 1K ey w ords viewing ;mark 2up ;collaborative design ;VRML ;C ΠS ;3D
1　引 言
随着敏捷制造技术的发展,以敏捷制造为核心的先进制造已成为制造业企业赢得竞争、获得优势的主要模式1作为敏捷制造的基本支持技术,网络化产品协同设计成为计算机辅助设计领域中的研究热点和前沿技术[1]1协同浏览批注工具为设计人员提供了充分交流思想与意见的平台,使其在产品开发早期就能发现产品设计缺陷,减少返工的次数,从
而加快产品的开发进程1
目前,部分CAD 软件已支持浏览、批注功能1如SolidWorks ,可以动态浏览、批注模型文件,通过e 2mail 传输模型文件1但是,由于SolidWorks 不支持异地实时协同浏览批注功能,批注过程中也不能对模型进行操作,其应用范围受到了限制1文献[2]所介绍的三维工程图形批注技术,是通过调用Win 2dows 函数库中的API 函数,将活动窗口中三维模型
文件的内容转换成bmp 格式的图片,并对该图形文件进行批注,其异地实时协同交流功能是经过远程
会议的方式实现的1这种交流方式不能实现设计人员与三维模型的互动,容易造成交流人员之间的误解1
当前,二维图形文档浏览批注软件存在的主要问题是:支持的文件格式不够多、不支持异地的实时协同交流、批注元素种类不够丰富等,因此还不能完全满足产品设计的需求1
针对企业对浏览批注软件的需求,我们开发了基于产品二维、三维模型的协同浏览批注工具1作为协同设计支持工具,该工具主要有以下特点:(1)通用性1批注工具支持各种主流CAD软件,解决了CAD系统的异构问题1(2)实时协同交流性1真正实现了设计人员对产品二维、三维模型的实时互动讨论,提高了交流效率1(3)批注元素多样性1根据设计审批流程要求,提供了丰富的批注元素,用不同批注符号表达设计人员、审批人员的意见1
2　相关技术
211　VRML技术
虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language,VRML)是一项和多媒体通信、因特网、虚拟现实等领域密切相关的新技术,于1998年被正式批准为国际标准1VRML用来描述三维模型及其运动,用VRML描述同一模型的文件远小于原CAD 系统的模型文件,很适合在Internet上传输1这样,基于Internet对VRML模型进行可视化协同成为支持产品协同设计的一种有效的解决方案1同时, VRML作为一种通用化的图形表达格式,受到众多CAD软件厂商的支持,主流CAD软件均提供VRML格式的三维和二维图形输出[3]1
212　Open G L技术
Open G L(Open Graphics Library)是个功能强大、调用方便的底层3D图形库1作为专业图形处理的标准图形库,Open G L独立于硬件和操作系统,能在网络环境下以客户Π服务器模式工作1Open G L除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外,还提供了复杂的三维物体以及复杂曲线和曲面绘制函数1 Open G L具有颜色模式设置、光照和材质设置、纹理映射等功能1VRML模型的处理与显示就应用了Open G L技术1
213　多种格式的二维图形文档浏览批注技术作为高效的图文浏览批注软件,AutoVue支持200种以上的文件格式,可直接浏览、批注多种格式的文件,而不用原来的编辑软件,并且完全保留原来文件的完整性及机密性1一些常用的文件格式如dwg,dwf,bmp,gif,doc,pdf等均得到支持[4]1我们根据AutoVue软件提供的接口,在AutoVue的基础上进行了二次开发,使其支持网络协同作业,解决了网络环境中二维图形文档软件的多样性和异构性问题1
214　Socket通信技术
基于网络的异地通信是基于TCPΠIP的通信,客户端Π服务器端的通信和交互需要利用Socket套接字进行数据通信1服务器端的工作是:创建服务器套接字、服务器套接字进行信息绑定、开始监听连接、接收来自用户端的连接请求、开始数据传输、关闭套接字1客户端负责创建用户套接字、与远程服务器进行连接、创建接收进程、开始数据传输、关闭套接字1利用Socket通信技术,设计人员实现了基于网络的实时协同交流1
3　工具的设计与实现
基于产品模型的协同浏览批注工具利用第2节介绍的技术,为设计主体在异地、异构环境下进行产品协同设计提供了一种切实可行的解决方案1产品协同设计中,三维模型是主要的表达手段,以三维模型为载体的协同交流具有不可替代的作用1该工具支持分布在异地的多个成员对同一个3D2VRML模型进行浏览与批注,开展协同设计1该工具真正实现了对3D2VRML模型的操作,可精确捕捉批注位置,自由附加批注信息,并可随时再现批注位置和批注信息内容,支持设计过程中的反复多次讨论1通过协同浏览批注工具,利用产品的3D2 VRML模型充分地交流信息,实际的修改工作交给生成该模型的原CAD系统完成[5]1
二维图纸及相关文档附有产品的详细设计信息,对其实现协同浏览批注同样重要1该工具支持分布在异地的多个成员对同一个二维图形、文本文档进行在线协同浏览批注,开展协同设计1
311　系统设计
异地协同浏览批注工具采用客户机Π服务器结构,系统的底层是网络层、数据库层和应用协议层,各个功能模块集成到平台上1客户端Π服务器端通过Internet相互通信,传输各种控制命令和数据,实现同步显示,实时地反映对方的状态[6],系统结构如图1所示1
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7期吕振远等:协同浏览批注工具的设计与实现
图1　系统结构
312　系统功能
31211　服务器端
管理模块负责管理模型的发布1当有客户端请求获取模型时,管理模块通过通信模块将模型发送到客户端1
模型显示模块负责处理模型在本机上的显示1对于三维模型,该模块对VRML文件进行解释,把模型读到内存中,利用Open G L的三维处理功能对模型进行消隐、光照等操作1对于二维图形文档,则在没有安装编辑软件的情况下,把相应的二维图形文档以完整的形式显示出来1
用户交互模块用于处理用户的输入,并把输出返回给用户1用户的操作包括视点转换、视图的放大缩小、插入批注、激活批注等1
通信模块利用Socket通信技术,处理与客户端的通信1客户端和服务器端间的交互包括:客户端向服务器端发送参加会议请求、服务器端响应请求并向客户端传送模型信息、客户端Π服务器端视点改变、客户端Π服务器端添加批注、激活批注1
服务器端软件启动后,打开模型文件,然后调用模型显示模块在本地机中显示模型,这时用户就可以通过用户交互模块进行单人浏览与批注模型文件的工作1如果此时有客户程序要求连接,服务器程序会调用管理模块与通信模块将模型及其当前状态传递给客户程序1随后,服务器程序根据监听到的通信模块和用户交互模块产生的消息与命令,调用模型显示模块,改变本地机的显示1同时,通过通信模块将服务器用户的操作命令传向客户机程序,实现模型异地协同浏览批注131212　客户端
客户端软件由模型显示模块、用户交互模块和通信模块组成1模块的功能与服务器端的对应模块功能相同1客户端软件启动后,用户输入要连接的服务器的名称或地址,连接到服务器1成功后,通信模块接收服务器端模型及其当前状态,调用模型显示模块在客户机显示模型1此后,客户程序根据监听到的通信模块和用户交互模块产生的消息与命令,调用模型显示模块,改变本地机的显示1同时,通过通信模块将客户机用户的操作命令传向服务器程序,实现模型异地协同浏览批注1
4　应用实例
如图2所示,协同浏览批注工具在汽车发动机的设计过程中进行了实际应用1异地的设计人员和工艺人员正在就活塞、连杆及曲轴之间的装配关系以及几何尺寸进行讨论1设计者作为服务器端启动协同浏览批注工具,打开活塞、连杆、曲轴的VRML 装配体模型,如图2a所示;工艺人员作为客户端启动工具,连接服务器得到模型文件,如图2b所示;然后,双方就装配体模型在设计中存在的问题进行讨论1工艺人员对设计人员提供的装配体模型进行浏览审核后,发现销钉尺寸过大,对此提出验证强度的建议
1
a
服务器端
b客户端
图2　应用实例1
图3是异地设计人员利用协同浏览批注工具就
0461计算机辅助设计与图形学学报2005年
设计的某个零件的二维图形文件的几何尺寸及约束关系进行协同讨论的界面1协同交流中,一方的设计人员提出齿轮需要保证同轴度的建议
1
图3　应用实例2
利用协同浏览批注工具,设计人员之间、设计人员与工艺人员之间不用面对面就能够顺畅地交流意见1这样,可以降低产品成本,节省开发的时间和费用,从而全面提高相关企业的竞争力1
5　结束语
协同浏览批注工具实现了以产品的三维模型和二维模型为媒介的异地实时协同交流1对三维模型实现浏览批注,为设计人员提供了可视化的、直观的交流环境,再现了产品的逼真三维几何模型;对二维图纸文档实现浏览批注,使设计人员对产品的精确几何参数、约束配合关系以及文档说明有了清晰的了解1该工具极大地提高了设计人员之间的实时交流效率,减少了交流过程中可能产生的误解,缩短了产品开发周期1
作为支持异地协同设计与交流的工具,该工具不仅可以用于设计人员之间的交流合作,还可以用于各部门非设计人员之间或者企业与供货商和客户之间的意见交流,对于提高企业竞争力有重要的意义1
另外,该工具具有很好的扩充性,既能够独立使用,又可以以ActiveX 控件的形式,方便地集成到其他应用系统中去1参　考　文　献
[1]
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(赵慧设,田　凌,童秉枢1基于Internet 的三维模型协同浏
览与批注系统[J ]1机械科学与技术,2002,21(6):1008～
1010
)
吕振远　男1979年生,硕士研究生,
主要研究方向为网络化协同设计
1
田　凌　女,1963年生,博士,副教授,主要研究方向为协同设计理论与技术、网络化产品设计、协同设计、敏捷制造、
CAD 技术
1
陈继忠　男,1975年生,博士,主要研究方向为网络化协同设计、产品数据管理
1
童秉枢　男,1937年生,教授,博士生导师,主要研究方向为智能CAD 技术、协同设计、产品数据管理1
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4617期吕振远等:协同浏览批注工具的设计与实现。