。12 北京科技大学学报 第31卷 分. 者SUN公司和OpenGL创建者SGI公司的共同支 ()基础数据管理子系统.主要负责对系统核 持.这就使采用Java开发的地矿工程复合场三维仿 心模型的信息管理，从内容的实现上来讲，主要包括 真系统在集成了AWT和Swing等窗口界面的同 地形、地质体、矿体、水文、通风、井巷工程和采掘计 时，能够在硬件直接支持下获得强大的3D图形绘 划等数据的管理和维护；从功能上来讲，主要包括系 制功能. 统信息的采集、录入、查询、统计及删除等功能； (2)基于J0GL的系统实现.选择J0GL作为 (2)图形数据管理子系统.主要负责光线、材 建立基于B/S结构的地表、矿床和井巷工程等仿真 质、特殊图形、符号和参数等的管理，并通过统一图 系统的实现手段，其核心工作过程包括：调用GL- 形接口处理，将系统核心模块中的各种模型拆解、转 Draw ablefactory类创建GLDraw able对象；使用GL- 换成基本的点、线、面和体等三维模型. Draw able类中createGLCanvas方法来创建GLCa- (3)空间数据管理子系统.主要负责对地理信 vas对象：调用GLCanvas相应方法产生GL对象：调 息系统的各种基本图元、图层和对象等的管理和维 用GL的相应方法和设置属性，进行三维显示的设 护，提供录入、查询、统计、归类和分析等基础功能， 置和绘制等；对GLCanvas添加外设事件监听接口， 为后续的模型建立和其他决策系统提供数据保证. 以实现鼠标和键盘的控制响应. 1.3辅助模块 2.2人机交互技术 AutoCAD、三维地理信息系统(three-dimension- 在基于Wb的人机交互技术中，目前主要有基 al geographic informat ion system,3DGIS)、井下人员 于插件的ActiveX,Fash和SVG等技术和基于Java 定位系统和其他决策支持模型等是数字矿山系统的 运行环境的Applet技术两大类.其中，基于插件的 重要组成部分，但其自身在系统结构及实现环境等 交互技术，须事先通过E下载插件程序后运行，且 方面常常具有相对独立性.因此，本系统框架以接 其往往只能结合Windows平台运行；而Applet技术 口方式实现其与辅助功能的集成，以满足系统扩展 是用Java语言编写的应用程序，可嵌入浏览器中获 的需要. 取鼠标、键盘等外设信息，并对事件做出响应，在此 (1)AutoCAD、3DGIS和井下人员定位系统等， 过程中仅需有Java运行环境的支持即可，无平台依 已在矿山的设计、生产、安全及管理等方面使用，但 赖性 此类系统均建立在某一特殊格式的基础上，故需对 (I)Applet技术特征.Applet的生命周期包括 这些系统提供一个统一的接口，实现系统之间的无 初始化、开始、运行和结束等四个阶段.具体过程 缝结合，从而共同构成数字矿山系统 为：在Web浏览器环境中，HTML文件通过Web服 (2)其他决策支持系统，包括数值属性分析和 务装载Applet程序及相关资源，在该文件被创建时 信息融合等部分，用以对有关研究对象的物理属性 其内部嵌入的Applet程序便开始进入运行状态，并 和相关数据进行分析. 随着文件的关闭，Applet程序也相应结束运行. (2)基于Applet系统实现.在实现过程中，采 2系统实现技术 用Applet类的子类JApplet类来完成Applet的功 21基于wb的可视化技术 能，使用户能通过点击鼠标、敲击键盘等活动与系统 目前，比较流行的基于Web浏览器的三维可视 进行会话，实现图形的旋转、平移、缩放和光照设定 化工具包括虚拟现实建模语言(virtual reality mod- 等交互操作.在安全方面，采用JDK12的数字签 eling language,.VRML)、X3D(extensible3D)及基于 名工具来设定A pplet程序的安全性，并通过比对网 Java语言的Java3D9和J0GL(Java bindings for 络所装载的数字签名和客户端所持的数字证书来实 OpenGL)I等.尽管VRML、X3D均可产生交互式 现程序的安全 的虚拟现实场景，但两者在本质上仍属于数据文件， 2.3系统技术框架 缺乏对可视化算法的直接支持.基于Java的Jar 基于J2EE定义的服务和规范10，将系统技术 va3D和JOGL不仅能够像VRML、X3D一样支持视 框架分为客户层、中间层(W山层、业务层)和数据 景图形处理，还能够支持更高层次的图形处理. 层，实现了核心功能模块的各仿真子系统、模型管理 (1)JOGL图形绘制技术.JOGL是建立在 和数据存储等功能 OpenGL这一公共图形接口基础上的技术，是第一 (1)在客户层中，以JOGL作为三维图形的显 个被认可的Java对OpenGL的绑定，得到，Java创建 示工具，用点、线、面和体来表达三维地表、矿床和井分. ( 1) 基础数据管理子系统.主要负责对系统核 心模型的信息管理, 从内容的实现上来讲, 主要包括 地形、地质体、矿体 、水文 、通风 、井巷工程和采掘计 划等数据的管理和维护;从功能上来讲, 主要包括系 统信息的采集、录入 、查询 、统计及删除等功能 ; ( 2) 图形数据管理子系统.主要负责光线 、材 质、特殊图形 、符号和参数等的管理, 并通过统一图 形接口处理, 将系统核心模块中的各种模型拆解、转 换成基本的点、线、面和体等三维模型. ( 3) 空间数据管理子系统.主要负责对地理信 息系统的各种基本图元、图层和对象等的管理和维 护, 提供录入、查询、统计 、归类和分析等基础功能, 为后续的模型建立和其他决策系统提供数据保证 . 1.3 辅助模块 AutoCAD 、三维地理信息系统( three-dimension￾al geographic information system, 3D GIS) 、井下人员 定位系统和其他决策支持模型等是数字矿山系统的 重要组成部分, 但其自身在系统结构及实现环境等 方面常常具有相对独立性.因此, 本系统框架以接 口方式实现其与辅助功能的集成, 以满足系统扩展 的需要. ( 1) AutoCAD 、3DGIS 和井下人员定位系统等, 已在矿山的设计 、生产 、安全及管理等方面使用, 但 此类系统均建立在某一特殊格式的基础上, 故需对 这些系统提供一个统一的接口, 实现系统之间的无 缝结合, 从而共同构成数字矿山系统. (2) 其他决策支持系统, 包括数值属性分析和 信息融合等部分, 用以对有关研究对象的物理属性 和相关数据进行分析 . 2 系统实现技术 2.1 基于 Web 的可视化技术 目前, 比较流行的基于 Web 浏览器的三维可视 化工具包括虚拟现实建模语言( virtual reality mod￾eling language, V RM L) 、X3D( extensible 3D) 及基于 Java 语言的 Java 3D [ 8] 和 JOGL ( Java bindings fo r OpenGL) [ 9] 等.尽管 VRM L 、X3D 均可产生交互式 的虚拟现实场景, 但两者在本质上仍属于数据文件, 缺乏对可视化算法的直接支持.基于 Java 的 Ja￾va3D 和 JOGL 不仅能够像V RM L 、X3D 一样支持视 景图形处理, 还能够支持更高层次的图形处理 . ( 1) JOGL 图形绘制技术 .JOGL 是建立在 OpenGL 这一公共图形接口基础上的技术, 是第一 个被认可的 Java 对 OpenGL 的绑定, 得到 Java 创建 者 SUN 公司和OpenGL 创建者 SGI 公司的共同支 持 .这就使采用 Java 开发的地矿工程复合场三维仿 真系统在集成了 AWT 和 Sw ing 等窗口界面的同 时, 能够在硬件直接支持下获得强大的 3D 图形绘 制功能 . ( 2) 基于 JOGL 的系统实现 .选择 JOGL 作为 建立基于 B/S 结构的地表、矿床和井巷工程等仿真 系统的实现手段, 其核心工作过程包括:调用 GL￾Draw ablefacto ry 类创建 GLDraw able 对象;使用 GL￾Draw able 类中 createGLCanvas 方法来创建 GLCan￾vas 对象 ;调用GLCanvas 相应方法产生 GL 对象;调 用G L 的相应方法和设置属性, 进行三维显示的设 置和绘制等;对 GLCanvas 添加外设事件监听接口, 以实现鼠标和键盘的控制响应. 2.2 人机交互技术 在基于 Web 的人机交互技术中, 目前主要有基 于插件的ActiveX 、Flash 和 SVG 等技术和基于 Java 运行环境的 Applet 技术两大类.其中, 基于插件的 交互技术, 须事先通过 IE 下载插件程序后运行, 且 其往往只能结合 Window s 平台运行;而 Applet 技术 是用 Java 语言编写的应用程序, 可嵌入浏览器中获 取鼠标 、键盘等外设信息, 并对事件做出响应, 在此 过程中仅需有 Java 运行环境的支持即可, 无平台依 赖性. ( 1) Applet 技术特征.Applet 的生命周期包括 初始化、开始、运行和结束等四个阶段.具体过程 为 :在 Web 浏览器环境中, HTM L 文件通过 Web 服 务装载 Applet 程序及相关资源, 在该文件被创建时 其内部嵌入的Applet 程序便开始进入运行状态, 并 随着文件的关闭, Applet 程序也相应结束运行. ( 2) 基于 Applet 系统实现.在实现过程中, 采 用 Applet 类的子类 JApplet 类来完成 Applet 的功 能, 使用户能通过点击鼠标 、敲击键盘等活动与系统 进行会话, 实现图形的旋转、平移、缩放和光照设定 等交互操作 .在安全方面, 采用 JDK1.2 的数字签 名工具来设定Applet 程序的安全性, 并通过比对网 络所装载的数字签名和客户端所持的数字证书来实 现程序的安全. 2.3 系统技术框架 基于 J2EE 定义的服务和规范[ 10] , 将系统技术 框架分为客户层 、中间层( Web 层 、业务层) 和数据 层, 实现了核心功能模块的各仿真子系统 、模型管理 和数据存储等功能 . ( 1) 在客户层中, 以 JOGL 作为三维图形的显 示工具, 用点 、线、面和体来表达三维地表 、矿床和井 · 12 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷