WebGL的煤礦機械裝備數字平臺設計
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摘要：為了解決煤礦機械設備制作難的問題，以礦山機械設備為研究對象，利用一系列軟件實現了數字平臺3D模型的展示，使用戶在無需安裝任何插件的前提下對礦山機械設備模型結構、參數、模型運行及模型裝配進行觀看，建立了礦山機械設備數字模型平臺，并對數字平臺進行檢測，驗證了煤礦機械數字模型平臺的穩定性，為煤礦機械設備的設計提供參考。
煤礦機械數字平臺主要是一種資源共享平臺，在此可以清楚地展示采煤機、刮板輸送機、掘進機、礦井提升機、液壓支架等煤礦機械設備的模型內部結構和工作情景，同時也可以有效展示機械設備的裝配過程及其功能。在建立礦山機械設備數字平臺時首先需要確定數字平臺能夠實現的效果。建立的數字平臺應當為公共服務平臺，使用者直接通過網頁進入查看，無需任何插件進入平臺，同時建立的數字平臺可以實現遠程資源的共享[1-2]。根據如上的要求首先進行總體框架的建立。如圖1所示，設計的礦山機械設備數字平臺選擇由HTML5語言、Java及WebGL圖形函數庫制成，同時利用HS服務器，用于服務器與客戶端信息的交流。C/S結構是服務器模式，是一種較為傳統且較為常見的模式，它可以按照工作類型分為數據的采集、數據的處理、數據庫服務器及輔助服務器的安裝等。客戶機可以將系統的任務在客戶機上運行，使得其成本降低，但由于服務機工作載荷較大，后期的維護所需的成本仍是一筆高額的費用。所以本次平臺設計選定為B/S模式。B/S相較于C/S模式具備如下的優勢：B/S模式在進行服務器的訪問時，可以基于一臺計算器實現遠程訪問，而C/S模式在進行訪問時需要安裝特定的軟件及配置的設置，造成操作人員的操作十分復雜；相較于C/S模式，B/S模式的升級較為方便，且升級能夠在服務器內部完成，并不需要在客戶端進行升級。所以本文選定的B/S模式可以分為表達層、傳遞層和數據功能層三層結構。其中表達層是用戶通過服務器進行數據的查看，服務器根據用戶輸入信息進行反饋。傳遞層是整個客戶端和服務器的連接層，它是數據轉化的橋梁，在收到客戶端的請求后，轉化為請求數據傳輸至服務器，服務器根據請求進行數據的轉化。數據功能層是整個數字平臺的核心，它是整個系統運行的保障，只要用戶發送請求，服務器就會響應，并將響應的數據進行及時的反饋[3-4]。在進行礦山機械設備數字平臺建立時由于模型的資源數據較大，需要占據很大的空間，需要對數據資源進行合理的調用和存放，所以本文選擇SQLServer2008實現數據的存儲和調整。軟件可以較好地實現平臺的擴展性及可靠性，同時可以有效縮減所需的時間，平臺的設計需要三張表的設計，三張表分別為模型分類信息表，用于展示平臺包含的礦山機械設備類型；模型分解信息表是一種將模型分解后的信息表，例如采煤機的分級信息表為截割部、牽引部、機架及破碎部等；模型零件明細表用于展示機械設備所需的主要零件表。平臺設計完成后由于后臺數據儲量較為龐大，在進行數據查詢時較為復雜，所以需要借助Grid-View軟件進行數據的二級聯動查詢，并利用相應的軟件對礦山數字設備數字平臺的頁面、3D瀏覽器的方案、后臺數據的查詢等進行設計[5-6]。
2煤礦機裝裝備平臺顯示的設計
對數字平臺的顯示進行設計，選定WebGL三維展示技術進行平臺顯示，利用WebGL的三方軟件Three.js對三維場景進行渲染，它包含了照相機、材質及光影等，不僅不會與WebGL沖突，還會大大簡化WebGL的開發。同時利用HTML腳本進行模型展示，為了使展示的模型更加具備真實感，所以對展示的模型進行著色。由于該軟件所建的模型多數較為簡單，但建立的模型較為復雜時，該軟件就不能夠完成，所以此時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入到數字模型平臺，本文選定的加載器名為OBJLoader.js。設定瀏覽器的支持時考慮到原有的3D顯示技術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進行3D模板頁面的展示，該軟件優點在于其適用的瀏覽器環境較廣、通用性能較強、網頁制作較為簡單，用戶可以通過此頁面了解設備的模型詳細介紹及其各功能參數，同時可以點擊對模型的裝備過程進行動畫展示。完成平臺建立后，需要對平臺進行測試，測試是建立或者設計一個平臺的重要保障。在進行平臺測試時需要了解平臺測試的幾個方面，首先需要制定測試的內容，其次需要制定測試的方案，最后需要對測試的結果進行判斷，并對設計的平臺進行修正。本文需要測試點分別為：平臺的功能測試、用戶使用界面的測試、平臺穩定性測試、安全性測試及兼容性測試。制定測試方案，平臺常見的測試方法有靜態測試法和動態測試法，動態測試法是通過運行對比結果與期望之間的差距，而靜態測試法是通過對代碼的審查找出平臺的錯誤。本文選定先進行動態測試，當動態測試出現錯誤后進行靜態測試。通過上述過程的檢查后發現平臺可以較好地在手機端和電腦端進行查看，但在不同的瀏覽器環境中轉配過程及運行過程的動畫展示較為不同，這也說明WebGL技術對瀏覽器的要求較高。各個模塊的運行均達到了設計前的預期。
3結論
以礦山機械設備為研究對象，利用WebGL軟件建立了礦山機械設備數字模型平臺。利用一系列軟件實現了數字平臺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行礦山機械設備模型結構、參數、模型運行及模型裝配的觀看，最后對設計的數字平臺進行檢測，驗證了數字平臺的可行性、穩定性及優越性，為礦山機械設備的設計提供了一定借鑒。
參考文獻
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作者：史海昱 單位：西山煤電（集團）有限責任公司設備租賃分公司