基于Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)的協(xié)同三維建模工作流模型研究

1、基于網(wǎng)的協(xié)同三維建模工作流模型研究 0 引言近年來,虛擬校園、虛擬城市等作為一種可視化的信息平臺1,其包含的信息量越來越豐富,規(guī)模也越來越大,給場景建模和管理帶來極大挑戰(zhàn)。以往的建模方法和工具沒有考慮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,只是單機集中完成建模,不僅工作效率低,也不利于基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同建模,已經(jīng)滿足不了實際生產(chǎn)的需求。解決這一問題的一個可行方法就是為三維模型的建模系統(tǒng)提供協(xié)作成員之間的協(xié)同支持,建立相應(yīng)的計算機輔助協(xié)同建模系統(tǒng),這有利于多空間分布的建模人員能夠根據(jù)自己的建模任務(wù)共同創(chuàng)建分布式模型對象,從而高效地完成建模的工作。計算機支持的協(xié)同工作(computer supported cooperati

2、on work,CSCW)是一個利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機接口技術(shù),將時間上分離、空間上分布,而工作上又相互依賴的多個協(xié)作成員及其活動有機地組織起來,以共同完成某一項任務(wù)的分布式計算機環(huán)境2。隨著計算機通信、分布式計算機、多媒體技術(shù)等的發(fā)展,CSCW正從概念逐步走向應(yīng)用。文獻3在對網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)基本概念和內(nèi)涵特征進行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,依次從概念模型、協(xié)同模型和形成過程三個方面對網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)機理進行深入研究,構(gòu)建由組織模型、過程模型、產(chǎn)品模型和資源模型四類子模型所組成的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)概念模型,分析協(xié)同發(fā)生的三維場景(時間維、空間維和對象維),探索網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品

3、開發(fā)的形成過程。文獻4針對當(dāng)前油田注水生產(chǎn)現(xiàn)狀和注水生產(chǎn)管網(wǎng)建模的局限性,通過對協(xié)同工作理論的研究,石油能源論文分析管網(wǎng)建模和協(xié)同工作的結(jié)合點,建立起油田注水生產(chǎn)過程仿真分布式協(xié)同建模系統(tǒng),為油田地面工程建立仿真模型提供了一種實用的技術(shù)和工具。在虛擬場景三維建模的開發(fā)中,協(xié)同已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品開發(fā)、機械設(shè)計等領(lǐng)域,主要集中在對協(xié)同CAD建模5,6的研究。在“鄭州大學(xué)數(shù)字化校園”項目中,采用的是Multigen Creator模型,這就需要考慮如何實現(xiàn)協(xié)同Creator建模,目前還沒有廣泛深入的研究。因此,把CSCW引入三維模型協(xié)同建模系統(tǒng),將增強協(xié)作人員的協(xié)同工作能力,提高合作效率。在進行

4、協(xié)同建模系統(tǒng)的工作流程設(shè)計中,清晰描述復(fù)雜的各項工作流程的條件和分支邏輯是比較困難的。Petri網(wǎng)有精確的定義,是一個模型化的工具,它用于模型化離散事件的系統(tǒng)問題,與許多其他非形式化的框圖技術(shù)相比,避免了模糊性、不確定性和矛盾性,并且可以有效地解決工作流中的沖突問題,用Petri網(wǎng)定義工作流并且建立模型,對設(shè)計開發(fā)復(fù)雜的項目流程有直接的指導(dǎo)意義。1 大規(guī)模三維場景協(xié)同建模理論1.1 大規(guī)模三維場景建模的特點財政稅收論文一個大規(guī)模的虛擬場景往往由許多不同的對象組成,如學(xué)校的校園由多個校區(qū)組成,每個校區(qū)又包含了樹木、草地、樓房等三維模型,它們之間形成一種層次包含關(guān)系。因此,可以把校區(qū)、樹木、草地、

5、樓房等對象看做特殊“零部件”對象,整個校園就是由這些特殊零部件組成的“產(chǎn)品”。目前人們對大規(guī)模的虛擬場景的一次性生成技術(shù)和相應(yīng)軟件工具的研究還不成熟,并且由于精度等原因而難以達到實用效果。人們的研究更多地集中在如何快速地、盡可能自動地生成樓房、樹木等對象,然后再人工集成這些對象形成復(fù)雜的場景。根據(jù)這些對象的特點,人們已經(jīng)研究出不少比較成熟的相關(guān)技術(shù),并開發(fā)出相應(yīng)的系統(tǒng)工具,所以,創(chuàng)建一個大規(guī)模的虛擬場景時,往往要用到各種開發(fā)工具。但是這些系統(tǒng)工具只支持單用戶、單機操作,所涉及的知識也不盡相同,并且為了達到一定的設(shè)計精度往往需要更多的人為參與,顯然對于設(shè)計一個由成千上萬對象組成的復(fù)雜虛擬場景來說

6、,這種串行設(shè)計方法具有開發(fā)周期長、財稅法規(guī)論文設(shè)計成本高等缺點。通過分析不難發(fā)現(xiàn),一個大規(guī)模的虛擬場景的創(chuàng)建過程具有以下幾個特點1:a)多主體性。在設(shè)計活動中一般由Creator建模人員、攝影師、貼圖人員等相互獨立的并具有不同領(lǐng)域知識的許多人員參與。b)協(xié)同性。各種設(shè)計人員之間需要相互通信,以便共享和交換信息,并且工作中一旦發(fā)生沖突,需要進行協(xié)調(diào)和溝通。c)共同性。設(shè)計人員要實現(xiàn)的最終設(shè)計目標(biāo)是相同的,因此應(yīng)具有一致的設(shè)計環(huán)境和上下文信息。 這些特點表明,采用協(xié)同技術(shù)可以實現(xiàn)大規(guī)模場景設(shè)計從傳統(tǒng)單機單用戶的串行設(shè)計模式向以網(wǎng)絡(luò)為中心的分布式多用戶的協(xié)同設(shè)計模式轉(zhuǎn)變,使得處于不同地理位置的多個用

7、戶同時對同一場景進行設(shè)計成為可能。在這里,引入?yún)f(xié)同思想來設(shè)計一個面向大規(guī)模虛擬場景協(xié)同建模的支撐模型,功能包括:可實現(xiàn)不同地理位置的多個用戶共同對同一場景建模,并獲得各地的模型增量信息,減少網(wǎng)絡(luò)傳輸量;可實現(xiàn)大規(guī)模場景增量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,教育論文為用戶的查詢與共享提供了極大的方便;可提供過程的管理與監(jiān)控,為場景的協(xié)同設(shè)計提供必要的支持。1.2 協(xié)同建模的系統(tǒng)框架協(xié)同建模系統(tǒng)由分布式客戶端和服務(wù)器兩部分構(gòu)成,總體框架如圖1所示。協(xié)同開發(fā)人員通過本地分布式客戶端實現(xiàn)協(xié)同建模過程。分布式客戶端包括模型編輯模塊和增量信息模塊。其中,模型編輯模塊實現(xiàn)對三維模型的建模以及對已有模型的結(jié)構(gòu)和屬性進行編輯;增

8、量信息模塊實現(xiàn)三維模型之間的對比操作,獲得本地協(xié)同建模的增量信息數(shù)據(jù),并實現(xiàn)增量信息的傳輸。服務(wù)器主要是對協(xié)作開發(fā)成員上傳的模型增量數(shù)據(jù)進行有效的版本管理,包括模型版本庫和模型版本顯示兩部分。模型版本庫用于存儲協(xié)同用戶上傳的三維模型增量信息,包括增量信息所屬的版本號、模型名、模型的節(jié)點名、節(jié)點屬性及提交時間等。模型版本顯示主要是通過讀取模型版本庫中的增量信息并進行版本增量信息重組而形成各個版本完整的模型信息,并且以版本樹的形式顯示出來,管理員可以進行有效的添加、刪除等操作。客戶端、服務(wù)器分別維護一個動態(tài)客戶端列表,環(huán)境工程論文用于記錄所有協(xié)同開發(fā)客戶端的動態(tài)信息,包括客戶端的在線情況、編輯模型

9、的版本及下載時間等。在協(xié)同建模系統(tǒng)中,客戶端與服務(wù)器端之間的消息和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信與傳輸是支撐系統(tǒng)的核心,它包括主動傳輸和被動傳輸兩種方式。一方面協(xié)同用戶主動與服務(wù)器通信并發(fā)送增量數(shù)據(jù);另一方面服務(wù)器在接收新版本的增量請求后,會主動向其他在線的客戶端發(fā)送當(dāng)前最新版本的三維模型數(shù)據(jù)信息,使協(xié)作開發(fā)人員可以隨時了解當(dāng)前最新版本模型,避免協(xié)同建模過程中沖突、碰撞的概率,而且能夠降低服務(wù)器的工作量,縮短處理時間,從整體上提高工作效率。 2 協(xié)同建模的核心流程 協(xié)同建模系統(tǒng)包含協(xié)同人員、模型版本號、版本信息、管理等多方面的因素,一般至少會有兩個分布式的協(xié)同客戶端共同承擔(dān)協(xié)同建模的任務(wù),根據(jù)協(xié)同用戶工作的進

10、程以及當(dāng)前的狀態(tài)和動作,采用有效的 2 協(xié)同建模的核心流程協(xié)同建模系統(tǒng)包含協(xié)同人員、模型版本號、版本信息、管理等多方面的因素,一般至少會有兩個分布式的協(xié)同客戶端共同承擔(dān)協(xié)同建模的任務(wù),根據(jù)協(xié)同用戶工作的進程以及當(dāng)前的狀態(tài)和動作,采用有效的方法解決可能出現(xiàn)的問題。協(xié)同建模過程主要體現(xiàn)在協(xié)同用戶在完成本地建模之后向服務(wù)器端傳輸模型版本增量信息直至服務(wù)器成功接收的整個過程,如圖2所示。當(dāng)有協(xié)同用戶向服務(wù)器提交版本增量信息時,首先要判斷模型版本庫是否為空,如果為空,就直接存儲至模型版本庫,作為三維模型的最原始版本;否則,就要判斷提交的模型版本號是否與當(dāng)前模型版本庫中的版本號一致。如果不一致,服務(wù)器就會

11、主動向該協(xié)同用戶發(fā)送新版本的模型;如果一致,接著判斷提交的增量信息間是否存在操作沖突,然后才能決定客戶端是否接收此次提交。在上述判斷提交的增量信息是否有沖突的過程中,當(dāng)只有一個協(xié)同用戶提交時,不可能存在沖突的問題;物流管理論文刑法論文針對工作中具有固有程序的常規(guī)活動提出的一個概念。按照工作流管理聯(lián)盟(WfMC)的定義:全部或部分由計算機支持或自動處理的業(yè)務(wù)過程稱之為工作流,它是業(yè)務(wù)流程在計算機上的形式化描述和實現(xiàn)8。由定義可知,工作流的處理過程具有自動性、并行性和離散性等特點。目前已經(jīng)有多種工作流形式化建模方法,如有向圖、Petri網(wǎng)、對象模型以及基于約束條件的形式語言文法表示等。工作流網(wǎng)是在

12、Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,專門用于業(yè)務(wù)流程的建模,是一種特殊的Petri網(wǎng)。鑒于三維模型協(xié)同建模系統(tǒng)具有并發(fā)性、分布式等特點,結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用基于Petri網(wǎng)的工作流理論對系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)化建模。對工作流的控制流維度建模的Petri網(wǎng)稱為工作流網(wǎng)(WF-Net)9,10。定義2 Petri網(wǎng)?PN=(P,T,F)是?WF-Net?。當(dāng)且僅當(dāng):?a?)存在一個源庫所iP,使得i=?;?b?)存在一個匯結(jié)庫所oP?,行政法論文使得o=?;?c?)每個節(jié)點xPT都位于從i到o的一條路徑上。 ?WF-Net有如下的性質(zhì):Petri?網(wǎng)PN=(P,T,F)是一個工作流網(wǎng),則:?a?)如果PN是一個擁有源庫所i 的?WF-Net?,那么對于任何庫所pP:p?或p=i,即i是惟一的源庫所;?b?)如果PN是一個擁有匯結(jié)庫所o的?WF-Net?,那么對于任何庫所pP:p?或p=o,即o是惟一的匯結(jié)庫所;?c?)如果添加一個變遷t到PN,用來連接匯結(jié)庫所o和源庫所i,那么所得到的?Petri?網(wǎng)是強連通的。?在工作流網(wǎng)絡(luò)模型中,任務(wù)包括四種路由結(jié)構(gòu),即順序、并行、選擇和循環(huán),如圖3所示。在實現(xiàn)時,通過引入下面的符號來描述路由類別:變遷的輸出端用符號來表示與合并;變遷的輸出端用符號來表示或分支;變遷的輸入端用符號來表示或合并