基于DWF、数据事务和PRO*C的可视化系统的研究与实现

2008-01-29，，

船海工程 2008年1期

，，

(1.江南大学信息工程学院，江苏无锡 214122；2.中国船舶科学研究中心，江苏无锡 214082)

信息化和网络化成为企业发展的趋势，这个趋势也对数据的可视化提出了更高的要求。

传统的JAVA图形开发方案满足不了实际的需要，对比图1a)、b)，图1a)在船舶数据可视化中显示的细节、效果、精度、色彩等方面明显优越于图1b)。

以前的系统大都是单机版，许多关键的信息被封闭在相互独立的系统中，满足不了船舶科研、设计、制造业共享数据信息的需要。因此，引入了新的图形开发工具：Autodesk DWF。由于DWF文件高度压缩，只有同规模数据CAD大小的八分之一，可以在网络上进行发布，适合在网络上进行传输，传输速度快，同时，可用于交流丰富的设计数据，而无需一般CAD图形相关的网络开销。

a) DWF图形

b) JAVA图形图1 图形对比

1 系统的总体设计

系统结构设计见图2。

图2 系统结构

结合图2，用户通过平台软件接口系统登录，输入需要查询的船舶编号。系统响应请求，把信息传递给Web服务器中的命令解析模块，确定该用户是否具有查看DWF图形的权限，并对用户提交的信息进行解释和进一步的整合、加工，再传递给应用服务器中的应用模块，应用模块响应消息，调用图形处理模块对信息进行处理，并从数据库中读取数据。

如果此船舶数据满足生成图形的需要，则会有提示，同时生成图形并返回正确地结果，并提供Autodesk DWF Viewer插件的下载，以显示船舶型线图。对一些特权用户同时提供同一船舶数据的下载。

没有图形可显示，则返回相关的数据信息。

2 图形集成的具体实现

2.1 优化的数据处理方法

数据的存储速度和处理效率等问题是Web系统非常关键的一个方面。在这里对Hibernate框架本身进行调优，对ORAELE数据库进行优化和改造。

2.1.1 Hibernate性能调优

由于使用的是Hibernate框架，采用的是ORM(对象关系映射)，这就决定了数据库的设计。对数据库中大表进行操作时，利用Hibernate，倾向于细颗粒度的设计[1]，面向对象，将大表拆分为多个关联关系的小表，消除冗余column，通过二级缓存提升性能(DBA比较忌讳关联关系的出现，但是ORM的缓存将突破关联关系的性能瓶颈)，可以最大程度的提升代码的重用性；Hibernate的性能瓶颈不在于关联关系，而在于大表的操作。

细颗粒度，针对表的记录级别，透明化访问，在不改变程序代码的情况下可以极大提升Web应用的性能。也可以适当的加入一些JDBC语句，和Hibernate结合。

2.1.2 在ORACLE数据库中使用视图

本系统在对数据进行操作处理时，也涉及到多个表的情况。如果不对表进行任何处理，利用表之间的关系直接查询，则会对无用数据也进行查询，造成数据的冗余，减慢了速度，牺牲了效率，让用户明显感觉速度慢。因此，在ORACLE数据库中，创建视图，对有用数据进行整合加工，按照需求设置一些派生的属性列。这样既可以简化数据库结构，也可以简化数据的查询操作，同时可以让用户从不同的角度去对待同一数据，提升数据的灵活性和逻辑独立性。

上面两种方法的结合，最大程度地提高了数据的存储效率，使整个Web系统在数据操作方面达到了最优。

2.2 数据的获取

有了高效率的数据操作方法，则可以利用其对数据进行所需要的操作。

2.2.1 引入PRO*C技术

针对系统的需求，引入了PRO*C技术。在图形程序中加入直接从数据库中读取数据的功能，用DLL直接进行封装，减少数据的包装次数。

2.2.2 数据的获得

利用PRO*C技术，先把需要查询的程序在VC的.pc文件中以PRO*C语法写出。

1) 连接数据库。

2) 查询和获得数据，然后从宿主变量中取出数据，放在自己定义的数据结构中，配置好环境，通过ORACLE数据库自带的预编译工具，把代码编译成C++源码，可以直接在图形程序中对其进行调用。

3) 与数据库断开连接。

2.2.3 数据的传递

因为是在VC图形程序中获得数据，而且在VC.NET平台下直接使用了PRO*C技术对ORACLE数据库直接进行操作，使得对数据的封装次数减少，而且不需要对JAVA和C++之间的数据，类型进行过多的转换，无形当中也提高了存取数据的速度。

在本系统中，J2EE平台需要做的只是传递一个船舶的编号进入图形DLL，就可以实现图形的生成和查看。

3 图形的生成

1) 结合参考文献[2]中提供的对非均匀B样条算法(NURBS)的升阶，插值等成果，在程序中加强对边界条件的控制。

2) 利用功能函数，第一个是数据处理函数DataOperation，把从数据库中读出的数据从新整合和加工，让数据的组织方式满足船舶的水线、站线和纵剖线三大块的需要，使三者可以独立被操作而互相不影响；另外一个函数是Calc_ControlPoints,调用算法求控制点，并为控制点赋值。读取数据后，就可以根据船舶的型值点利用Calc_ControlPoints计算出控制点，然后再根据控制点画出对应的曲线。Calc_ControlPoints被图形的整体建模函数调用，用于图形的整体建模。

3) 入口函数对数据处理函数和图形整体建模函数进行调用，对两者加以整合，只需传送一个数据库中存在的船舶的编号，就可以生成相应的船舶型线图。

4 JNI技术的应用

阻碍Java获得广泛应用的一个主要因素是其运行效率。Java是介于解释型和编译型之间的一种语言，同样的程序，如果用编译型语言C++来实现，其运行速度一般要比Java快一倍以上。Java具有平台无关性，但是性能方面的因素又大大削弱了它的竞争力。为此，提高Java的性能就显得十分重要。

因此，利用Java开发的Web信息系统，通过网络传输，最后在客户端显示船舶性能曲线、以及船型型线的三维图片，对图片的显示的精确度要求很高。而图片生成是Java开发的不足之处,特别是图片显示的效果、精度都不够。综合系统的要求，引入了JNI(java native interface)，利用混合编程技术，在Java程序中调用VC++环境下开发的DWF图形。在发挥Java语言Web服务端跨平台性的同时，利用C++语言的高效性与DWF数据量小、安全性高的结合。项目中JNI技术的应用实现见图3。

图3 JNI实现框

4.1 集成的具体实现

1) 编写需要JNI功能的Java类源文件。其中，需要JNI实现的方法用native关键字声明。在该类中，用System.loadLibrary()方法加载需要的动态链接库。

2) 上面生成的只是SSH框架下的Java类，要想与VC平台之间进行平台之间的信息通信，必须在两者之间建立一个“桥梁”，把Java的信息注入到VC的DLL中去,由DOC环境完成。将该类源文件用Java类编译器编译成二进制字节码文件。由于采用了native关键字声明，编译器会忽视没有代码体的JNI方法部分。

3) 完成平台之间的通信，需要提供包含JNI元素的DLL以实现在J2EE平台下的调用，生成图形。由于图形是直接在VC.NET环境下开发，只需对VC和Java之间的数据类型进行转换，对程序只需要进行一次DLL的封装就可以。这个需要DWF库的支持。

新建DLL工程，把图形的工程文件以及生成的Java W3D类的头文件放到DLL工程中去，加载用到的外部DWF开发包。直接对工程的DLL封装，需要有一个入口函数，提供调用入口和平台之间的数据类型转换，所以把原图形的入口函数作为DLL的入口函数，其名称要与W3D类的头文件中的函数名一致。

对于DLL的调用，有两个途径，一个是把DLL放到系统的system32文件夹下面，利用默认的系统变量直接调用；另一个是把DLL存放到指定的位置，需要把DLL所在位置的路径配置到用户环境变量里面才可以进行DLL的调用。

4.2 内存管理问题及解决方法

虽然在本地返回 Java 后将自动释放局部引用，但过多的局部引用将使虚拟机在执行本地方法时耗尽内存。在访问系统的用户比较少时问题不明显，一旦多个远程用户同时访问系统，超过Java虚拟机能够承受的系统内存范围后，系统就会崩溃。

为了很好地解决这个问题，笔者在整个系统框架中引入了“数据库事务与并发”机制，利用数据库本身来对Java本地引用进行控制。

由于在Web系统中图形数据的取得是由几个固定的SQL 语句来完成，每个用户访问数据执行读图程序时，都可以看作为一个事务[1]，多个用户同时访问系统，执行同一个Java本地引用操作时，等同与事物的并发执行，通过程序把这些操作归结为一类事务，利用隔离性(数据库系统隔离并发运行的各个事务的能力)，设置隔离级别，分别为：Serializable(串行化)、Repeatable Read(可重复读)、Read Commited(读已提交数据)、Read Uncommited(读未提交数据)，隔离级别依次由高到低。其隔离级别与并发性关系见图4。