数字模型库（共7篇）
数字模型库 篇1
国家图书馆古籍书库文献丰富, 有很高的文化价值和历史内涵, 为研究人类文明和科技发展提供了可靠的历史凭证。古籍文献实现文化的传承、积累, 对于人类文明的发展有重要的意义。传统的文献保管要考虑文献制成的材质耐久性, 及温度、湿度、大气污染, 有害光线、微生物、昆虫等外界条件对文献的损毁。据有关专家测算, 善本古籍手工阅读一次, 其寿命将减少30年左右。文献保护与开发利用之间的矛盾也日益突出, 从文献保护的角度而言, “少看”仍然是最佳的方式。古籍数字化作为保护与传承珍贵古籍的重要手段之一, 可以真实清晰地反映古籍原貌[1]。尤其是当进入数字虚拟时代, 数字时代的新技术“虚拟现实”是文物保护和展示技术之一。虚拟现实 (Virtual Reality) 是目前国内外科技界关注的一大热点, 虚拟现实技术是一种综合应用各种技术构造逼真的人工模拟环境, 并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知行为的高级人机交互技术, 具有多感知性、沉浸性、交互性和想象力的特征, 其中三维立体成像与交互性的配合是它相较于传统的数字影音、网站等信息传递平台的最大优势[2]。将古籍文献仿真地建立在计算机中, 构建古籍数字模型库, 无论是艺术欣赏还是研究分析都可通过互联网从数字模型库中调用资源。数字模型还可以为文物考古、历史研究提供重要参考。目前“虚拟现实”技术正朝着更加强调参与性和体验感的层面发展, 综合了音频、视频和逐步解说向导, 在保护文物的同时为使用者提供一种全新的体验, 故而, 研究通过建立数字模型库系统对古籍文献进行保护的方法对古籍文献数字化保护具有重要意义, 同时对各类的古籍数字化保护也具有借鉴意义。
1 建立数字化模型库之优势分析
古籍文献资源库建设是古籍保护与利用工作的方向[3]。对古籍进行数字化建模, 通过将大量的图片、文字信息和三维模型 (3D model) 等数字化资料汇集存储, 建立数字模型库, 生成一个文献档案, 既实现了文献资源共享、提高了文献利用率, 又利于文献内容的优化保存。带有三维信息的模型库在一定程度上再现了文物的原貌, 利于启发和扩展学者研究的广度与深度。
1.1 数字模型库利于在互联网时代信息资源共享
建立图书馆古籍文献数字模型库, 将会使文献信息在互联网平台上大大提高利用率, 提高人们对古籍文献的认知程度。以网络技术为平台, 以浏览器-服务器 (B/S) 结构构建系统, 不同的应用系统可以通过接口调用数字模型库中的资源, 如图1所示。结合虚拟现实技术建立三维场景虚拟漫游系统虚拟展馆, 让用户身临其境的再博物馆中欣赏古籍;用网页制作软件及JSP技术制作动态可交互的三维模型网站;通过特定的网络用户界面调用数字模型库中的资源, 可以让进入的用户方便快速的访问到所要展示的三维古籍, 利用鼠标和键盘等简单的设备就可以完成古籍全方位的浏览, 对三维模型的旋转、平移、放大、及缩小等实时交互操作。古籍数字模型库可以广泛长期反复利用, 互联网中已建立的B/S结构的文物遗产系统可以再扩展, 将三维古籍文献添加进来, 用网页链接加载资源包这种简单的方式把图书馆3D文献资源展示出来。数字模型库加大了信息资源的共享程度, 更好的体现了珍稀古代文献的价值。
1.2 数字模型库提高了古籍文献利用率
检索文献显示三维模型提供更多的有效信息, 方便研究者的引用, 三维模型极大地启发和扩展其研究的广度与深度。对甲骨建立三维模型还原原型将弥补拓片不足, 更清晰展现甲骨文信息方便学者研究和临摹书写。用户检索文献后先获取简单的文字信息, 确定使用后, 点击相关链接从数字模型库中调用该文献的虚拟三维仿真页面, 用户可以交互性的360度观看甲骨文文献, 以及放大视角仔细观察, 将长期被束之高阁的珍稀古籍更好的展现, 大大的方便了读者的研究工作, 提高了古籍文献的利用率。
2 数字化模型库的实现方法
2.1 三维建模
模型是三维模型库系统的基础, 三维建模是涉及摄影测量与遥感、计算机视觉、计算机图形学和模式识别等领域的一个热点问题[4]。目前三维模型按细度区分有如下方法。
(1) 适于数据分析的高精度模型。通过三维扫描仪来获取物体所有数据信息。测绘遥感技术, 以毫米的精度虚拟在电脑里, 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室李德仁院士在数字敦煌项目中谈到“进入上世纪90年代后, 我们测绘的精度大大提高, 达到毫米级甚至微米级, 这才为数字考古奠定了基础。”为了实现精确目标, 研究人员在前期必须运用大量测绘方法, 如通过控制测量的方法, 提供一个绝对坐标, 将物体放在合适的位置;通过多目立体测量的方法, 用两台以上的相机对实物进行拍摄;通过激光扫描的方法, 采集目标表面的信息等。制作时具体工作分为三步:首先是利用激光扫描技术, 将文物结构的位置数据测定, 然后将数据进行整理组合, 组建成三维模型, 要求精细的测绘技术, 处理海量的数字信息。保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源, 实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。
(2) 适于艺术赏析的中低精度模型。考虑到计算机系统资源的限制, 为了保持操作的流畅性, 三维场景虚拟漫游系统中三维虚拟场景的模型使用简模或者中模。可以有两种方法, 一种是在文献原型上采集多方位的照片, 建模人员按参照物比例手工建模, 主要是由视觉感官来建立视觉建模的方案。三维模型的制作主要采用三维模型制作软件来完成, 现有的三维设计软件较多, 常用的有Auto CAD、3DSMax、MAYA等。另一种方法是在二维高清图片上进行处理, 将图片生成黑白灰度图片, 通过代码自动生成具有高度差的空间三维雏形, 再经过补充和修改生成目标模型。
2.2 三维模型添加材质和纹理贴图
建立好模型后, 需要实现三维模型 (3D model) 到纹理模型 (Textured model) 的转换工作, 即纹理映射工作, 通过融合技术、纹理拼接、各向同性、纹理捆绑等技术来实现[5]。首先, 在模型表面利用纹理贴图产生图像逼真效果。其次, 通过材质模仿现实中物体表面对光源的反射和传播, 表现出物理材质特性。
材质和纹理贴图结合后可以制作如水面、镜子、玻璃、钢铁等等效果, 结合虚拟现实技术表现出物体的真实性。制作纹理贴图, 应以实际拍摄图片为基础, 纹理贴图通常调整为2的幂次方大小, 该方法运算的过程中计算速度最快, 也就是渲染时最快捷的方式。使用带有通道贴图的格式文件, 可以直接使用alpha透明贴图通道结合Refraction折射效果表现出通过透明或半透明物体所看到的景象, 制作出透明或半透明反光材质。给三维模型添加材质和纹理贴图是表现效果是否逼真的关键步骤。
3 数字模型库系统中虚拟展现采用的关键技术
在数字模型库的基础上, 需要进一步通过图像渲染、碰撞检测等关键技术来实现古籍文献三维数字模型库系统。其中, 虚拟漫游系统使用Web3D实现网络上的虚拟现实展示, 通过GUI界面和鼠标键盘实现参与者与古籍仿真环境相互作用, 借助人本身对所接触事物的感知和认知能力, 帮助启发参与者的思维, 以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。一般情况下由以下几个关键技术及模块来实现。
3.1 图像渲染引擎模块
显卡是物理基础, 在显卡之上是各种图形API函数, 主流的是Direct X和Open GL。图像引擎是建立在这种API之上, 控制着实现不同的效果。而在引擎之上, 则是引擎开发商提供给开发者的SDK开发套件, 这样程序员和美工就可以利用SDK建立画面效果。目前主流图像引擎模块都支持凹凸贴图 (Bump mapping) , 反射贴图 (Reflection mapping) , 动态阴影效果, 实时图形化界面, Shader代码的动态合成, 地形系统。当把材质贴图赋予模型完成贴图模型之后, 相当于为骨骼蒙上皮肤, 最后再通过渲染引擎把模型、动画、光影、特效等所有效果实时计算出来并展示在屏幕上。
3.2 碰撞检测模块
碰撞检测是计算机图形学和虚拟现实中最基本且非常重要的组成部分。碰撞检测 (Collision Detection) 返回两个或多个物体是否发生碰撞的布尔判断, 然后找到物体之间的实际相交位置, 针对两个物体之间的碰撞决定采取何种操作, 当发生接触时, 运动可以停止不前或平滑移动到其它位置。主要是应用于检测摄像机或角色人物模型同三维虚拟场景中的其它模型, 如地形、建筑物、绿植等各种物体模型是否接触的情况。在某些应用中, 可能希望检测物体与环境之间的距离来判断做出新的动作指令。
3.3 声音特效控制模块
人能够很好地判定声源的方向。声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同, 在水平方向上, 我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的, 所以会有一种方向感。声效控制模块主要是来触发三维虚拟场景中是否出现声音和声音的强弱、声道以及远近等, 其作用是来模拟真实自然环境中的声音效果, 如控制摄像机或者角色人物接近虚拟物体时, 会触发控制事件从而声音随着距离的接近声音会逐渐变强, 反之则声音又逐渐减弱, 声效模块同样加强了使用者的沉浸感。配上解说还可以让一些抽象的解说变得浅显易懂。
3.4 物理系统模块
由于物体与物体之间的动力学特性, 物体的运动遵循固定的规律。运动物体具有密度、质量、速度、加速度、旋转角速度、冲量等各种现实的物理动力学属性, 在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中, 不同的动力学属性能得到不同的运动效果。例如, 当角色跳起的时候, 系统内定的重力值将决定他能跳多高, 以及他下落的速度有多快, 子弹的飞行轨迹、车辆的颠簸方式也都是由物理系统决定的。
3.5 粒子系统模块
粒子系统设计是利用粒子自动机的方法描述粒子的运动, 粒子特效模块主要是在三维虚拟场景中用来模拟和控制各种天气状况, 如雨、雪、雾等。它能够更为真实的反应出场景的环境效果, 使其更加逼真可信。
3.6 动画功能模块
目前所采用的动画系统可以分为两种:一是骨骼动画系统, 一是模型动画系统, 前者用内置的骨骼带动物体产生运动, 比较常见, 后者则是在模型的基础上直接进行变形。例如, 拆卸和组装的动作, 可以用动画帧的方式播放。
3.7 GUI背景与系统控制模块
GUI来制作浏览界面、漫游模式、按钮、滚动条、对话框等对象, 沟通程序的时间回调机制将最终用户在GUI窗口中执行的操作, 比如鼠标按钮触发等送到应用系统中去, 应用系统在得到这些消息和事件后可以根据自己的系统需要做灵活处理。利用GUI控制漫游模式, 实现不同视点和不同的运动方式的切换, 它是整个系统的集成, 用于控制系统功能的主程序。
4 结语
论文将数字技术和文献保护两者结合起来构建三维数字模型库, 该模型库能推动学术研究, 有利于文献遗产的数字化保护, 有利于建设图书馆数字化和知识化服务平台, 对图书馆的资源建设与知识服务有积极的促进作用。随着数字技术的不断发展, 虚拟现实技术也将随着网络时代宽带大规模应用的到来得到更高的突破, 古籍文献三维模型的建立会更快捷和精准, 古籍文献三维数字模型库将得到更广阔的应用。
摘要：利用信息技术进行文献数字化保护是保存与利用民族文献遗产的重要手段。本文以虚拟现实技术为基础, 结合图书馆的古籍文献特点及应用情况, 构建古籍文献三维数字模型库系统, 并对该系统的优势, 及实现该系统所涉及的关键技术作以探讨。该方法为古籍文献保存和利用提供了新的思路。
关键词：古籍文献,三维数字模型库,虚拟现实
参考文献
[1]梁爱民, 陈荔京.古籍数字化与共建共享[J].国家图书馆学刊, 2012, (5) .
[2]李辉熠, 钟山, 张立里.基于用户体验的旅游景点虚拟现实项目设计研究[J].数字技术与应用, 2013, (3) .
[3]石梅, 数字图书馆古籍文献资源库建设的思考[J].数字与缩微影像, 2012, (4) .
[4]王继阳, 李德仁等.建筑物三维重建方法综述[J].遥感技术与应用, 2009. (06) .
[5]程效军, 朱鲤, 刘俊领.三维建模中的纹理处理[J].遥感信息, 2004, (2) .
数字库 篇2
加拿大10岁男童发现超新星
据香港《文汇报》4日报道, 加拿大新斯科舍省10岁男童格雷是天文发烧友, 他上周如常翻看网上天文照片时, 发现一颗超新星, 成为全球最年轻发现者, 较姐姐凯瑟琳创下的纪录早33天。
该超新星位于约6亿光年外的天龙座PGC 61330星系, 暂名为PSNJ18032459+7013306。加拿大皇家天文学会已肯定格雷的发现, 但仍须待国际天文学联合会使用天文望远镜观测后, 才获官方确认。 (来源:中新网)
21000000人
中国女性科研员超2100万
10月31日, 从中国妇女第十一次全国代表大会上传来消息, 中国女性科研人员达到2100多万, 约占科研人员总数的40%。从数量上说, 中国的女科学家已开始撑起科技界的“半边天”。
中国现代科学起步较晚, “女子无才便是德”的传统观念更是长时间束缚着中国女性, 导致其很难在以高、精、类著称的科研领域崭露头角。但新中国成立以来, 从“核物理女王”吴健雄到中国的“居里夫人”何泽慧, 从我国现代妇产科学奠基人之一的林巧稚到中国半导体物理学主要开拓者谢希德, 一批批女科学家以巾帼不让须眉之志, 照亮了中国的科技史。 (来源:中国科学报)
8800000000个
银河系中或存88亿个“地球兄弟”
仰望夜空, 你看到的除了恒星, 还有大量行星, 它们中有多少类似地球?天文学家现在给出了一个答案:银河系中的“地球兄弟”可能达到88亿个。
研究人员说, 银河系中类太阳恒星至少400亿颗, 因此“地球兄弟”可能超过88亿个。按照地球70亿人口算, 每人可以分配一个以上的“地球兄弟”, 其中最近的“地球兄弟”可能离我们只有12光年。 (来源:中国科学报)
99.998%
2032年小行星撞地球几率几乎为零
最近, 有关“一颗小行星或将在2032年引爆地球”的消息在网络上快速流传。但多位专家近日接受采访时澄清说, 没有必要为此担忧或恐慌, 因为刚刚发现的小行星2013 TV135轨道尚未完全确定, 目前有99.998%的几率可以排除它与地球相撞的可能性。
这颗所谓的“杀手”小行星上周由乌克兰克里米亚天文台天文学家发现, 今年9月16日刚刚与地球“擦肩而过”。计算表明, 这颗小行星将于2032年再次回归。尽管目前还无法彻底排除相撞的可能性, 但此前已发生过多次类似的先示警再排除事件。 (来源:人民网)
1.6千米
地下1.6千米氙气探测器未发现暗物质粒子
据国外媒体报道, 位于南达科他州的大型地下氙气暗物质探测器是地球上最先进的暗物质探测设备之一, 科学家在30日宣布了对暗物质研究结果, 最新的数据暗示暗物质可能是大质量弱相互作用粒子。虽然暗物质占据了宇宙80%的质能组成, 但是到目前为止我们从来没有发现暗物质粒子的行踪。 (来源:腾讯科技)
53个
53个国家批准肺癌基因新技术用于临床
中国国家食品药品监督管理总局日前批准瑞士罗氏诊断全球首款肺癌全自动免疫组化检测技术VENTANA ALK IHC, 可以在中国用于临床鉴别适合克唑替尼治疗的癌症患者。该检测于2012年获得欧盟认证并已在法国、德国等53个国家获得批准用于临床。来自复旦大学附属肿瘤医院的研究显示, 该技术具有判读标准简单、敏感性高、可重复性好等特点。 (来源:中国科学报)
30次
“雪龙”号南极科考起航
“雪龙”号极地科考船将于11月7日从其母港——位于上海浦东外高桥港区的中国极地科考码头起航, 开始其第30次南极之行。目前, “雪龙”号出征万事俱备, 蓄势待发。
据了解, 此次南极科考是“雪龙”号首次环南极航行任务, 将执行30项科学考察任务, 15项后勤保障及工程建设项目, 重中之重便是在伊丽莎白公主地新建我国第四个南极科考站——中国南极泰山站。泰山站为夏季站, 位于中山站和昆仑站之间, 海拔2621米, 今后不仅是昆仑站科学考察的前沿支撑, 将成为格罗夫山地区南极科考的重要平台, 进一步拓展我国南极科考的领域和范围。 (来源:新华网)
1000000吨
日本巨型“垃圾岛”漂向美国
据美国中文网11月5日消息, 2011年日本海啸后产生了大量垃圾, 而现在, 这个巨型“垃圾岛”正漂向美国西海岸。有英国媒体报道称, 该“垃圾岛”重量可能超过一百万吨, 覆盖面积与得克萨斯州相同。据美国福克斯新闻报道, 这个“垃圾岛”被称为“有毒的怪物”, 现在位于夏威夷和加利福尼亚州之间, 距海岸1700英里 (约2735千米) 。此外, 还有几百万吨其他的海啸残留物碎片分散在太平洋中。 (来源:环球网)
369项
369项方案获人居经典建筑规划设计奖
近日, 记者在中国建筑学会年会暨成立60周年纪念大会上获悉, 2013年第十三届全国人居经典建筑规划设计方案竞赛获奖方案于近日在北京揭晓, 这些获奖项目在中国建筑学会成立60周年成就展中进行了展示、展播。据主办方介绍, 此次竞赛经过8个多月的组织征集和专家评选, 共有369个项目获得奖项。据了解, 全国人居经典建筑规划设计方案竞赛自2001年创办以来, 已连续成功举办13届。 (来源:光明网)
64.3分
中国睡眠指数发布
2013世界睡眠日暨中国睡眠指数发布活动日前在京举行, 调查显示, 2013年“中国睡眠指数”为64.3分, 刚逾及格线;四分之一的居民在睡觉这件事上“不及格”;超九成公众的睡眠与“良好水平”存在差距。不同城市之间的睡眠状况差别较大。其中, 中原城市郑州以65.4分领衔排行榜, 而东莞以59.5分排名垫底。调查还显示, 有超过五成的中国公众认为工作压力对睡眠造成了影响, 同时56.9%的公众表示生活压力令睡眠受到影响。调查报告认为, 中国人睡的时长并不少, 但睡得并不好。 (来源:人民网—人民日报海外版)
5人
传微软CEO候选人名单已缩减至5人
微软已经缩减了新任CEO的候选人名单。该名单目前包括福特汽车总裁Alan Mulally, 诺基亚前CEO Stephen Elop。内部高管包括现在负责微软商业开发的钱Skype CEO Tony Bates以及微软云业务和企业部门主管Satya Nadella。虽然目前该名单上还只有这四位候选人的名字, 但据知情人士透露, 该名单至少还有一位候选人没有列出, 总共的候选人应该为5名。 (来源:凤凰科技)
10个
我国成为拥有“金钉子”最多国家
油田站库通用数据模型设计 篇3
一是数据采集方式多样, 由于近年来信息化建设不断推进, 站库信息化设备水平不断提高, 如物联网, 站库自控系统等在各联合站中得到应用, 但由于各站建设时期不同, 信息化设备参差不齐, 各站的数据采集方式不同, 老站基本完全为手工录入, 而新站有上自控系统;有上手持终端, 情况不同, 没有统一规划。
二是报表复杂多样, 由于各站大小不同, 岗位不同, 设备不同, 还存在人为习惯问题, 导致各站报表复杂多样, 难于统一设计。
三是数据项后续需求不断增多, 随着地面工艺水平不断提高, 站库中的设备在不断改进, 随着油田采油技术的不断发展, 也将导致站库设备的更新数据项的增加 (如三采注聚合物、三元等) 。由于数据库设计无法预估未来的发展需要, 无法一次建全所有数据项, 未来还存在数据扩充的需求。
四是数据产生频率不同, 站库各岗位要求两小时巡检一次记录数据, 每天数据产生频率为12次, 记录各仪器的温度、压力、流量等监测数据;有些数据如外输流量计数据为每四小时采集一次数据, 每天数据产生频率为8次;输油泵、污水泵等班运数据为8小时录入一次, 每天数据产生频率为3次;外输油量、污水处理量、自耗气等数据每天录入一次数据, 每天数据产生频率为1次。
由于油田站库存在以上特点, 以报表式的建库方法很难满足所有站库的应用需求。目前应用的数据库如地面工程动态系统数据库无法满足站库后续的需求。面向对象的数据库设计方法也同样不能满足需求, 各站的设备不同, 各设备的属性不同, 无法一次健全所有设备对象数据库。
二、数据库模型设计思路
数据库模型设计思路是能够灵活通用的存储站库所有数据。
针对站库数据采集方式多样、数据项后续需求不断增多、报表复杂多样、数据频率不同等特点, 面向对象的数据库设计思想进行设计数据库, 将设备、站库等作为对象进行设计数据库, 由于设备差异性比较大, 设备比较复杂, 设备分类较多, 需建立很多设备数据库, 而且对于后续建立的站库, 存在不同的设备还需要进行站库设备数据库进行扩充, 无法一次性建全设备数据库。如地面泵存在油泵、污水泵、收油泵等, 加热炉有的站还存在两用炉的情况。因此采用面向对象的数据库设计方法无法满足应用。
那么如何设计站库数据库, 完整统一存储站库数据, 满足各站不同应用需求呢?采用元数据的思想能够将站库复杂多样的数据进行描述清楚, 描述各数据的关系, 形成完整的数据根与树干, 能够形成树叶的各系统应用。树根与树干建立好了之后, 即使树叶掉落了也可以重新生成。
源数据 (树根) 可以接收手工、工控、手持等不同采集方式的数据, 而树干代表各源数据关系, 通过设备、站库、岗位、组织关系将各数据源连接起来, 将杂乱无章的数据组织形成为站库整体数据。各数据源通过数据连接关系能够派生形成统计分析的各项数据, 自动计算汇总日报、月报等各类报表, 形成树叶的各项应用。
关系数据库以元数据思想进行设计, 数据表包括数据之间的上下级关系、实体类型、计量单位等信息描述此节点的信息;而源数据数据库为存储叶子节点的数据, 数据以键值对的形式存储, 以item_id、时间作为主键与数据值。
数据库设计存在三大范式:第一范式:当关系模式R的所有属性都不能在分解为更基本的数据单位时, 称R是满足第一范式的, 简记为1NF;第二范式:如果关系模式R满足第一范式, 并且R得所有非主属性都完全依赖于R的每一个候选关键属性, 称R满足第二范式, 简记为2NF;第三范式:设R是一个满足第一范式条件的关系模式, X是R的任意属性集, 如果X非传递依赖于R的任意一个候选关键字, 称R满足第三范式, 简记为3NF。本数据库设计符合数据库设计三大范式, 冗余较小。能够将站库所有数据关系进行定义, 能够存储不同频率的数据, 不需更改数据库结构满足后续数据扩充需求, 能够统一存储站库所有数据。
三、结论和建议
采用元数据数据库设计方法设计的通用站库数据模型, 解决手持终端、自控系统和计算机录入数据统一存储;解决各站数据报表复杂多样, 站库设备多样等问题。该模型能够保存全面的站库数据, 支持多套系统应用, 有效避免信息重复建设, 信息孤岛的产生, 为物联网建设等油田信息化建设奠定基础。
参考文献
[1]王珊.数据仓库与数据挖掘技术[M], 1998.
三维机械虚拟模型库的研究 篇4
关键词：三维模型库,虚拟现实,Web,X3D
1. 引言
工程制图学是工科类院校一门重要的专业基础课程,但该门课学习起来比较抽象、难度大,并且工程制图学中的机械零部件结构复杂,给学生的学习造成了很大的困难。现今高校使用的多媒体教学,多采用三维动画的方式来表达机械模型的内部结构关系,该种方式只是简单的动画播放,动画文件大,不利于在网络中上传和下载,不能建立起用户和模型之间的交互操作,从而不能达到学生对机械零件的深刻理解。因此建立一个基于网络的、可实施用户和模型之间实时交互功能的三维模型库意义重大。
现代的网络已经步入Web2.0时代,互联网从Web1.0发展至今已成为一个更加开放、交互性更强、由用户决定内容并参与共同建设的可读写网络阶段。虚拟现实技术作为计算机的核心语言已被广泛应用于社会的各个领域,从最初的VRML1.0、VRML2.0和VRML97发展到第二代三维立体网络程序设计语言(X3D),虚拟现实技术已成为21世纪计算机的最前沿技术。计算机网络和虚拟现实技术的飞速发展为建立基于网络的三维机械虚拟模型库提供了强大的技术支持。
2. 三维模型库系统的总体设计思路
三维机械虚拟模型库是以网络技术为平台,模型库开发涉及到三维建模技术、网络技术、数据库技术及虚拟现实技术四大方面。模型库以《工程制图》中的机械零件为原型,首先使用三维建模软件进行三维模型的创建,确定模型所包含的信息和数据结构;其次进行模型管理、设计关系型数据库;然后通过网页制作软件及ASP技术制作动态可交互的三维模型网站;最后利用虚拟现实建模语言实现用户对三维模型的在线交互操作。本系统结构采用网络浏览器-服务器(B/S)体系结构,包含了客户端部分和服务器端部分,系统结构如图1所示。客户端部分是指用户使用Web浏览器查看三维模型,由于模型是基于虚拟现实的,在客户端用户需下载安装虚拟现实浏览器(BS Contact);服务器端部分是通过TCP/IP协议与客户端相连,它包括Web服务器和数据库服务器,通过它可以完成客户端和服务器端的信息交流,还可以完成客户端与数据库服务器端的数据通信。
3. 采用的关键技术
3.1 三维建模技术
模型是设计的基础,三维模型有三种基本构建方法。一种是用记事本或VRMLPAD/X3DEidt(VRML/X3D编辑器)直接进行虚拟现实文件的书写。这种方法建模只适合构建简单的模型,对于复杂的模型,建模效率非常低,不适用于大型机械零件建模。第二种是3ds MAX/MAYA,这是一类集成建模、动画和渲染于一体的三维动画制作软件,主要应用与制作室外景效果图、建筑漫游动画、电影游戏和3D游戏等领域。最后一种是利用三维构型软件Pro/E、Solidworks、UG等直接构建三维实体模型。POR/E是专业的机械零件建模软件,操作简单,构型能力强,高效省时。论文采用Pro/E建模,Pro/E具有拉伸、旋转、扫描等特征,绘制二维草图后,可直接使用这些特征建立机械零件。零件绘制完成可以直接保存为*.wrl格式,转化为vrml文件后,Vrml浏览器BS Contact将默认新导入的Pro/E模型颜色为白色。为了增强模型表现力,需用3DMAX对其进行渲染,再利用Vrml Pad/X3DEdit中的Background节点的sky Color域设置场景的背景颜色,场景背景颜色设置如下:
3.2 数据库技术
3.2.1 二维关系表设计
三维模型数据库的设计是系统设计的关键。数据库设计的主流产品有My SQL、Access、SQL Server,本系统采用SQL Server 2000进行数据库设计。SQL Server 2000支持C/S架构和B/S架构、Transact-SQL语言及视图索引等。数据库的设计重点在于二维表的设计,根据模型的数据信息,每个零件应包含以下信息:零件三视图、零件立体图、零件图地址、零件材料、国标代码字段名称等。为了便于查询和灵活检索,应制作存储零件信息的表,零件图库索引表和用户表,其中用户表应包括:用户ID、用户名、密码、真实姓名、电子邮件等字段名称。
3.2.2 数据的访问设计
ADO是较通用的数据访问基础部件,它支持COM组件,ADO是基于数据存储的标准;ADO是OLEBD数据接口为访问多种数据库类型而设计的,是一种可扩展的程序模型,使用它可以建立起和SQL Server完美的连接。
3.3 网页制作技术
HTML是一种网站建设语言,使用HTML可建立静态网页。这种网页不包含任何服务器端脚本,要建立具有交互功能的动态网页可以使用ASP服务器应用程序开发技术,它可以将HTML语言、脚本语言和Active控件组合在一起,产生动态、交互且高效率的基于Web的应用程序。HTML语言在记事本中就可以编辑静态网页,所有网页上的元素均需使用程序设计,操作性差。Dreamweaver是专业的网页设计软件,具备方便实用、可视化操作特点,其界面分为代码区和设计区,可随时查看页面设计的效果和代码编写进度。论文网页使用Dreamweaver+ASP来制作动态交互三维模型库网页。三维机械模型库网页分为用户登陆模块、二维视图模块、三维视图模块、上传下载模块四大部分。
3.4 VRML/X3D技术
X3D(Extensible 3D)是互联网3D图形国际通用软件表准,定义了如何在多媒体中整合基于网络传播的动态交互三维立体效果。在网络上创建逼真的立体场景,发开与设计三维立体网站和网页程序,可以通过运行X3D程序直接进入Internet,从而改变目前网络与用户交互的三维平面局限性,使用户在网络立体场景中实现动态交互感知和交流,体验身临其境的感觉。节点是X3D文件中的基础,X3D通过大量的节点来实现2D、3D图形、动画和影视的制作。X3D使用Shape节点来直接制作三维模型,也可导入由三维软件制作的模型,导入X3D后的三维模型通过BS Contact浏览器直接查看,可实现旋转、平移,放大及缩小全方位地观看。
4. 结束语
论文通过计算机网络技术和虚拟现实技术实现了三维虚拟模型库的建立,学生通过使用模型库,增加了学习《工程制图》课程的兴趣。通过查看模型详细了解模型的内部结构,提高了学生对模型的空间想象能力。本模型库的建立方法亦可用于工科类其它课程中,如建筑学中的模型建造等,建库技术可随着计算机软件的发展不断更新提高。
参考文献
[1]张金钊等.三维立体网页立体设计[M].北京:中国水利水电出版社,2009.
[2]陈益才,李睦芳.DreamweaverCS+ASP[M].北京:机械工业出版社,2008.
[3]王启美,王玲.工程制图多媒体网络教学系统若干问题的探讨[J].工程图学学报,2005(3):179—183.
基于纯面向对象的海战模型库研究 篇5
随着计算机仿真技术的飞速发展,对海军作战仿真模型研究的日益深入,我军广大科研人员研制开发了大量的作战仿真模型,随之而来,模型开发费用、开发效率、开发质量、开发可信性及可靠性的控制等变得越来越困难了。对相同或相似的军事问题,研发人员做着大量重复的工作,多数研制开发都是从零开始,无法或很少重用已有的成果,模型的研制开发始终不能摆脱这种手工作坊的研发方式。为了更加有效地对已有海战模型进行管理和重用,同时也为了加快建模速度,需要建立一个模型库管理系统来对海战模型进行管理,军内外已对此类问题进行了大量的研究工作,但多数研究的可操作性小,问题没有得到很好的解决。考虑到数据库及其管理系统技术中的完美重用结构,我们决定借用数据库的重用思想,来建立海战模型库管理系统,然而对于与现实世界紧密联系的模型,目前在数据库领域占据绝对优势的关系数据库则显得无能为力,本文通过使用纯面向对象数据库及其管理技术建立海战模型库管理系统,以求解决海战模型的表示、存储、使用和运行等问题。
二、纯面向对象数据库技术
2.1面向对象数据库
面向对象是一种认识方法学,也是一种新的程序设计方法学。把面向对象的方法和数据库技术结合起来可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致。20世纪80年代已开始出现一些面向对象数据库的商品和许多正在研究的面向对象数据库。多数这样的面向对象数据库被用于基本设计学科和工程应用领域。与关系数据库不同,面向对象数据库不因数据类型的增加而降低处理效率。
面向对象数据库从面向程序设计语言的扩充着手使之成为基于面向对象程序设计语言的面向对象数据库。例如:ONTOS、ORION等,它们均是C++的扩充,熟悉C++的人均能很方便地掌握并使用这类数据库。
2.2纯面向对象数据库的特点
本文使用的面向对象数据库是美国加州硅谷的开源面向对象数据库公司db4objects研制的db4o,它是纯面向对象的数据库,具有如下良好性能:
(1)支持面向对象数据模型
面向对象数据库系统支持面向对象数据模型,简称OO(Orient Object)模型。也就是说,一个面向对象数据库系统是一个持久的、可共享的对象库存储和管理者;而一个对象库是由一个OO模型所定义的对象的集合体。面向对象数据库模式是类的集合。面向对象的数据模型提供了一种类层次结构。在面向对象数据库模式中,一组类可以形成一个类层次。一个面向对象数据库可能有多个类层次。在一个类层次中,一个类继承其所有超类的全部属性、方法和消息。
面向对象的数据库系统在逻辑上和物理上从面向记录上升为面向对象、面向可具有复杂结构的一个逻辑整体。允许用自然的方法,并结合数据抽象机制在结构和行为上对复杂对象建立模型,从而大幅度提高管理效率,降低用户使用复杂性。
关系数据库是一种很灵活而且使用简便的数据库。但是,它不能表示复杂的对象,也不具备定义复杂操作的能力。面向对象的数据模型由于可以表示复杂的数据类型,它能适用于一些关系模型不能适用的复杂应用领域,如一些要表示抽象的数据类型像海图、水源、建筑物等的领域。而且它对实体的描述比关系模型更加现实、自然,更加直观。因此,面向对象的数据模型更适合描述海战模型。
(2)支持对象嵌套
在同一个面向对象数据库模式中,对象的某一属性可以是一个对象,这样对象之间就产生一个嵌套的层次结构。例如:设Obj1和Obj2是两个对象,如果Obj2是Obj1的某个属性的值,称Obj2属于Obj1,或Obj1包含Obj2。一般的,如果对象Obj1包含Obj2,则称Obj1为复杂对象或复合对象。
对象嵌套概念是面向对象数据库系统的一个重要概念,它允许不同的用户采用不同的粒度来观察对象。对象嵌套层次结构和类层次结构形成了对象横向和纵向的复杂结构。
(3)真正的原生查询
db4o是真正的原生面向对象数据库,直接使用编程语言来操作数据库。程序员无需进行OR映射来存储对象,大大节省了程序员在存储数据的开发时间,同时带来高效的数据查询,根据官方公布的基准测试数据,db4o比采用Hibernate/MySQL方案在某些测试线路上速度高出44倍之多,并且安装简单,仅仅需要400Kb左右的jar或dll库文件。
db4o能实现真正的原生查询,查询语句用实现语言(Java或C#)完全表达,并完全遵循实现语言的语义,db4o查询语句能运行在自己的实现语言中,允许未经优化执行普通集合而不用自定义预处理。db4o查询还实现了100%的类型安全查询,能完全获取现代IDE的特性,比如语法检测、类型检测、重构等。
三、纯面向对象模型库管理系统设计
3.1模型的原子化处理
海战模型是研究海军军事问题模型。能否充分有效地运用、组织和管理好众多海战模型,也是能否充分提高海战决策高效、科学的关键,也是构造可重用海战模型结构的关键因素。而模型结构是解决这些关键问题的基础,通过对海战的各类模型进行深入研究发现:无论哪类模型都是用某些特定的方法对描述问题的一组特征数据进行处理,给出有价值的处理结果,提供给决策者并辅助其进行有效的决策,从而海战模型可以表述为:描述或解决某个问题所需的一组特征数据与解决这个问题所需的操作或方法的结合。由于此模型概念具有对象的特征,很容易以OOP技术进行实现,称之为模型对象。
为了能够实现对海战模型的高效管理,需要对模型进行原子化处理,原子化包括层次化和组件化。层次化要求对模型进行详细的分类,组件化要求将模型最终划分为不需要进一步分解的原子模型,然后在此基础上组合成用户所需要的组合模型,具体步骤如下:
首先对模型的类型进行层次化的分类,将海战模型根据应用层次进行进一步的分类,然后在类型分类的基础上可以提出具体可应用的模型,接着对应用模型进一步分解,最终得到不能够或不必要进一步分解的模型称为原子模型。这样就将模型分为了三个层次,分别为模型类型层、应用模型层和原子模型层,便于存储管理。对于单个模型,本系统采用面向对象的模型表示。
模型可以表示成一个三元组的形式:{M_id,M_attribute,M_operation}。
其中M_id是模型的标识符,相当于身份确认;
M_attribute用于描述模型的各类属性。对于组合模型还需要增加两类属性(子模型列表和子模型参数信息)。子模型列表包括组成该组合模型的各子模型的顺序信息,子模型参数信息是组成组合模型时子模型的接口信息;
M_operation描述模型的操作,包括模型的集成、调用、运行等操作。之所以采用这个方法是因为很多大型装备有共同之处,可以用少数子模型组合出大量整体模型,减少了库中的储存量。本文是以航空兵的装备为主要研究对象,例如实体可分为武器、飞机等。在飞机中的模型有歼击机、侦察机、轰炸机等。歼击机模型与轰炸机模型可以通用一种动力系统,所以存储时只用存储动力系统和两个武器系统。行为有机动行为、起飞行为、降落、发射导弹等行为。
3.2模型重构的实现
模型重构是指一些简单的子模型组合成所需的复杂模型。这个过程是由模型管理系统通过对模型进行组合分解完成的。接口间的关系是模型进行组合的依据,是模型组合信息的重要内容,通过关系的改变可以完成对模型的组合。组合之后的新模型要进行测试验证。功能属性符合要求、运行正常的模型就可以注册运行。重构技术减少了库中模型的存储量还可以让战场仿真中的指挥员查看装备的某些部分,即子模型的情况。
本文的模型定义将明确地区分属性与方法,例如,某舰艇对空防御模型由描述舰艇的实体模型(描述舰艇的基本属性,如物理属性、动力性能、装备配载等)和一系列动作模型(预警探测、机动行为、对空抗击、电子干扰等)组成。其中既有元模型也有组合模型,如图1所示。
3.3模型库接口设计
模型库管理系统中,模型库与其他系统紧密联系,需要建立接口关系,以便接收到访问请求,调用请求,进行模型传输等。接口类型有:模型库与内部数据库的接口,模型库与外部系统的接口。对于不同的系统接口设计不同。接口关系在模型库系统中起着重要的作用,只有通过这些接口模型库系统才能够与其它模拟系统进行交互,没有这些接口,模型库管理系统将无法提供服务。对于不同的模拟系统,由于服务的要求有所不同,所以接口的设计也会不同。其与外界建立联系的过程大致如下所述:应用系统调用模型库中模型时,向模型库管理系统发出请求命令,在模型库管理系统接收到应用系统的请求后,向内部数据库和实体模型库发送相应命令,实体模型库收到命令后在库中进行相应配置,然后通过接口向应用系统发送模型,向应用系统发送与最终输出模型相关的数据,应用系统在接收到模型和与模型相关的数据后,向模型库管理系统发送一个确认。上述过程是由模型库提供的接口函数实现的。接口函数又可分为与内部数据库接口的数据接口函数和与实体模型库接口的模型接口函数两种,是通过链接动态链接库完成。
例如:实现接口调用的类class CDbModel有一个函数GetComponent功能是得到实体的一部分,函数int GetModelIndex功能得到实体模型号
3.4模型存储设计
模型库是系统的核心部分,在逻辑上模型库是各种模型的集合,在内容上则由许多概念模型和仿真程序模型组成。根据本系统的需要,模型的存储采用“文件+模型字典”的方式,即模型主要以文件形式存储,但把模型的主要信息抽取出来放入模型字典中,通过模型字典对模型库中的模型进行管理。
模型库中存储的文件包括文档和代码文件,代码文件由源码库、目标代码库两部分组成。源码库存储的内容包括模型详细文档、模型程序源码文件;目标代码库存储编译完成的动态链接库、COM组件文件和可执行文件等。
模型字典用来存放有关模型的描述信息(如功能、性能、限制、约束、参数等)和模型的数据抽象。这里所谓模型的数据抽象是模型关于数据存取的说明,这部分是系统管理模块对数据库存取数据的需要。模型字典中有关模型的详细说明可作为用户和系统人员查询模型库内容之用,也是模型查询的数据来源。
此外,模型字典中有关模型的详细说明可作为用户和系统人员查询模型库内容之用,也是模型查询的数据来源。
3.5模型字典设计
模型字典是模型库管理系统的核心,模型库管理系统通过模型字典有效地组织和管理各种模型元数据以及其他相关文件,从而实现对模型资源的有效管理。在本系统中,设计的模型字典主要包括如下信息:
(1)模型名、模型类型、模型原理、适用条件、使用方法、所属模型库、开发信息、使用信息、相关模型;
(2)源程序文件、中间目标文件、可执行文件、实现语言、编译系统;
(3)函数编号、函数名、函数功能、函数类型、实际变量数;
(4)变量序号、变量名、变量含义、变量类型。
模型库有关文献讨论了基于关系数据库的模型库管理系统,提出用关系数据库进行管理模型,考虑到模型字典的内容和形式,模型字典作为模型描述信息的特殊数据库,用面向对象数据库进行管理无疑是非常合适的,事实上模型库管理系统是通过以上形式的模型字典对各种模型元数据和相关文件进行有效的组织和管理的。
四、模型库管理系统实现
我们在Windows xp操作系统环境下,使用Microsoft Visual C#和DB4O作为开发工具,研制开发了海战模型库管理系统,它由模型库服务端程序和客户端程序两部分组成。
模型库服务端程序主要实现模型的维护、调用、查询、运行等的集中控制,由存取管理、运行管理两大模块组成。存取管理模块实现对模型的组织、入库、更新、删除、检索、验证等,而运行管理模块则实现对模型的调用、运行等的功能。模型服务器以科学、合理、切实可行的方式完成对本地或异地的各模型所在的服务器及服务器中所具有的模型的注册、维护、组织、管理、调度、使用与控制,同时在为用户提供服务过程中兼顾模型封闭运行和专家参与两个方面。
模型库客户端程序主要实现用户输入界面和结果信息的输出,是用户和模型库交流的窗口。
海战模型库管理系统的信息流程见图2。
五、结束语
数字模型库 篇6
决策支持系统 (decision support system, DSS) 是支持分析结构化或半结构化数据以提高决策效率的软件系统。Power认为不同类型的DSS有着不同的框架[1], 根据DSS的优势组件将DSS分为数据驱动DSS、模型驱动DSS、知识驱动DSS、文本驱动DSS和通信驱动DSS。模型驱动DSS由设计者提供数据和参数来帮助他们使用DSS中的一种或多种模型来解决某一问题, 以模型的存储为核心, 而不是数据的存储, 因此, 通常不需要大型数据库的支撑。
本文构建的卫生决策支持系统 (health decision support system, HDSS) 是决策支持技术在医药卫生领域的具体应用, 即利用决策支持相关理论和技术, 面向医疗卫生领域的半结构化和非结构化决策问题, 支持医疗卫生人员决策活动的具有智能作用的人机交互式信息系统[2]。HDSS是模型驱动的DSS, 医药卫生领域的决策者根据所需解决的问题选择最优模型或模型组合, 输入正确的参数、变量或约束条件, 从而利用模型驱动的HDSS来执行决策过程。因此, 设计和构建面向卫生决策支持的模型库是研究的核心问题。
1 模型库设计与构建的研究进展
目前模型库系统还没有成熟的产品工具, 也没有一种通用的模型表示方法, 需要系统开发者根据各自的领域应用和决策需求来自行设计。通过文献调研, 一般可以总结为以下几种模型库及其技术方法。
1.1 基于Agent的模型库机制
杨劲松等提出基于Agent的DSS模型库运行机制[3], 该模型应用在乒乓球、羽毛球比赛技战术智能处理与决策支持系统。该模型表示定义为一个六元组描述的实体, 即Ma=
1.2 以LDAP来组织的模型库目录管理系统
郑晓薇等针对网格环境下决策模型库信息存储分布异构性, 设计了轻量目录访问协议 (lightweight directory access protocol, LDAP) 决策算法数据模型来存储模型库信息[5], 采用两层目录服务器组织方式, 结合网络访问与Java命名和目录接口 (Java naming and directory interface, JNDI) 技术来实现分布决策模型库目录管理系统。模型库的数据是按照树形结构来组织的。该系统根据LDAP的存储机制使用层次化的树形结构对元信息条目进行组织, 将信息条目分别放在树的根到叶的位置上, 进而从不同的方面表现出目录信息记录之间的从属逻辑关系。
1.3 面向对象的模型库
赛英等基于面向对象的技术提出将具有相同求解方法的模型封装成模型类[6], 该模型库认为DSS的模型可以表述为:描述或解决某个问题所需的一组特征数据与解决这个问题所需的操作或方法的结合。
1.4 通过UML动态建模方法
李楠等使用UML的动态建模技术, 设计并实现了基于C/S模式下的DSS模型库管理系统的模型访问[7]。UML是面向对象开发中一种通用的、统一的图形模型语言。采用UML语言可以借助标准的图形元素来显示模型中的信息, 对于人机交互以及信息交流方面有很好的优势。王桐等采用UML方法从系统需求、静态建模、动态建模等方面对导弹作战模型库内部构造进行概念分析[8]。通过图形的描述, 全面、细致地勾勒出导弹作战模型库的雏形, 较大幅度地提高了导弹作战模型库仿真开发的进度与质量。
综上所述, 不同的DSS系统有着不同的模型库和模型库管理系统设计, 每个DSS系统模型库的设计需要根据具体的应用情况、数据情况来选择合适的相关技术。
2 卫生决策模型库设计与构建
根据卫生决策需要, 本文设计的模型库是根据具体的医药卫生领域应用情况、数据情况来选择合适的相关技术, 构建模型驱动的卫生决策支持系统。这需要大量的支持管理决策的模型, 大量集成医药卫生战略决策与管理的量化方法, 以模型为主体, 通过人机交互功能, 创建、修改、选择、组合、运行模型, 形成医药卫生决策问题的解决方案。可见, 模型技术的使用是HDSS能否真正发挥效用的关键, 是为决策者提供合理的问题解决方案的前提。
模型驱动HDSS的重点在于明确卫生决策支持的模型需要、设计模型的表示方法、模型的组织和存储方法以及模型获取和管理。
2.1 以模型库为核心的HDSS结构
模型是模型驱动HDSS的核心组件。模型运行的过程中要从数据库检索需要的数据作为输入参数;在运行后, 又要将输出结果存储于数据库中, 以便进一步处理, 或作为其他模型的输入, 因此, 设计模型库与数据库的接口是必须的。调用数据进入模型库, 有所选择的模型或模型组合完成定量计算和定量推理后, 完整的DSS流程还需由知识库完成最终的决策判断和推理, 所以需要设计模型库与知识库的接口。HDSS还需要获取用户的输入数据, 返回中间数据或将执行结果返回给用户, 或通过决策者设置条件参数干预决策执行, 因此, 人机交互界面在HDSS中也是必须的。模型库作为HDSS的核心, 管理模型的存储和使用需要有一个集中管理部件对模型的生成、修改、删除、查询、分配等维护工作进行管理, 即模型库管理系统。
本文设计的HDSS以模型库为核心, 通过接口与数据库和知识库建立通信, 由模型库从数据库和知识库中提取数据和决策知识, 进行决策。总体架构如图1所示。
2.2 支持卫生决策的模型选择
经过对卫生决策过程常用的定量分析方法的分析、归纳和总结[9], 支持卫生决策的模型通常有以下选择原则和主要的模型种类。
2.2.1 选择原则。
卫生决策模型的选择应根据决策者的实际需要确定, 作为医药卫生领域的专业模型库, 应重点纳入卫生决策活动中的模型类型, 而且除了典型的卫生决策模型外, 还应与部分规划模型、推理模型、综合模型等相结合, 便于扩充模型辅助决策的能力。
卫生决策模型的选择还应优先采用成熟、经典的医药卫生领域量化模型, 同时为了比较多个同种模型模拟之间的相互差别, 也应使多个同类模型同时并存, 在一些特殊需求下, 还应当根据任务目标进行数学建模, 并自行编写算法和模型程序, 构建模型, 便于增加模型在专业领域的适用性。
2.2.2 辅助卫生决策的模型类型。
综合来看, 模型驱动HDSS是为特定的卫生决策目标而设计的, 每个目标都要应用不同的模型。从卫生决策支持的活动需求来看, 辅助卫生决策的模型主要涉及以下类型: (1) 管理类模型。盈亏平衡分析模型、数理统计分析模型、价值分析模型、投入产出分析模型等, 主要用于卫生经济计量分析、医疗设备投入分析、卫生服务质量管理、卫生服务价格管制等。 (2) 预测类模型。回归预测模型、确定性时间序列预测模型、随机事件序列预测模型、概率预测模型、经济生命周期预测模型、趋势分析模型等, 主要用于卫生资源的需要量和供给量预测、卫生人力资源需求预测、医疗服务成本核算、医疗保险基金的测算、生产或经营规模的预测、市场趋势预测等。 (3) 评价类模型。专家评价模型、模糊评价模型、分配模型、主因素分析模型、层次分析模型、加权分析模型等, 主要用于医院绩效评价、医疗服务人员考核、卫生机构资产评估等。 (4) 扩充模型和专业模型。扩充模型是为了弥补以上模型不能完全满足医药卫生领域的应用而增加的成熟模型, 专业模型是为了满足某项特殊的医药卫生决策需求而设计的专业性较强的模型。
卫生决策模型库的模型结构如图2所示。
2.3 面向对象的卫生决策模型库设计
模型库设计的关键是如何有效地组织和存储模型, 以及如何实现对模型的管理, 模型库中的模型应当是可以重复使用的, 无冗余的。目前, 模型库系统尚无统一的标准和规范。运用面向对象技术可以较好地解决复杂的模型管理问题, 因此, 本文选取面向对象作为卫生决策模型库设计与构建的核心技术思想。
2.3.1 面向对象的模型表示。
在面向对象的模型表示方法中, 把模型看成是对象的集合, 通过单继承、多继承、聚合等途径使模型组织层次化, 利用多态性和重载方便地修改模型等[10]。将模型的属性、构造函数、数据存取接口函数、知识存取接口函数封装起来, 成为一个对象, 面向对象的模型表示方法支持模型与数据的独立性。
本文在描述卫生决策模型时, 借鉴了赛英等[6]提出的面向对象的模型对象结构, 模型对象中动态地存放含有的模型名称及模型的描述等文本信息, 模型数据描述文件包括: (1) 模型描述, 包括模型名称, 模型类型, 模型功能等; (2) 参数定义, 包括输入参数, 输出参数; (3) 求解方法定义, 包括求解方法列表, 构造函数等。
模型的字段说明如下:
int Model ID;//模型编号
String Model Name;//模型名称
String Model Type;//模型类型
String Model Description;//模型功能描述
String Model Apply Area;//模型应用领域
String Input Value;//输入参数
String Onput Value;//输出参数
String Constraint;//约束变量
list method[];//本模型求解方法列表, 构造函数
2.3.2 面向对象的模型管理技术。
面向对象的模型管理技术中, 基于Ma Jian[11]提出的面向对象的框架, 将各模型组织管理起来, 本文设计的卫生决策模型库管理系统 (图3) 中主要功能包括: (1) 模型维护功能, 包括模型的建立、验证、查询、修改、删除、插入等功能。 (2) 模型调用功能, 包括单个模型的调用, 多个模型的拼接和组合功能, 实现部分模型的顺序组合、选择组合、循环组合或组成复杂模型等, 系统需要提供灵活方便的调用机制, 支持不同模型在逻辑层面上的有机组合。 (3) 模型的运行控制, 包括通过与数据库的接口从数据库或其他数据源获取输入数据, 配置参数, 传给模型并使模型运行, 最后把输出结果返回给用户界面。 (4) 模型字典更新。模型字典用来对模型建立索引, 并对模型进行分类, 还存储模型的一部分管理参数。模型字典应随着模型的更新而动态更新, 其中主要包括索引更新和参数更新。 (5) 用户管理。根据HDSS系统的实际运行情况, 至少可以设立卫生决策者、建模者、算法实现者、数据管理者、模型管理者等不同的用户类型, 并赋予相应的权限。
3 卫生决策模型库的应用
对于医药卫生领域的决策应用来说, 卫生决策模型库应当能够便于调用, 方便灵活扩展, 避免过于复杂且支持多层次的应用等。因此, 对卫生决策模型库的调用过程和应用领域分别进行阐述。
3.1 卫生决策模型库的调用过程
首先需要明确一个待解决的问题, 选择模型库中适用的单个或多个模型, 通过模型库管理系统调用模型库中的模型, 对选取的模型进行初始化、通过数据源读取数据, 数据源可能是关系数据库, 也可能是模型支持格式的文本, 配置运行参数、运行模型, 运行完毕后复位模型, 判断是否需要HDSS的知识库进一步判断和推理, 但这一步不是必须的, 最后与知识库推理的结果一同作为结果输出或形成报告。调用模型库中的模型进行辅助决策的典型过程如图4所示。
3.2 卫生决策模型库的应用领域
本文设计的卫生决策模型库主要服务于医药卫生领域的政策制定者、管理人员和科研人员。使用者可以借助卫生决策模型从量化分析的角度获取对决策制定的建议, 还可以使用卫生决策模型库对决策实施后产生的效果进行评估。目前来看, 本文设计的卫生决策模型库的应用领域主要集中在以下方面, 包括宏观卫生政策和长期战略决策的辅助制定, 卫生管理过程中的量化分析, 卫生相关资源、效果、质量评估等。
随着卫生决策应用需求的不断增加, 卫生决策模型库则基于可扩展机制进行动态更新。
4 结语
卫生决策模型库的建立有利于整合现有的成熟的医药卫生领域的量化模型, 在决策者面对大量数据的决策过程中, 以提高决策的准确率, 减少决策失误, 缩短决策的流程, 降低决策成本等。本文对卫生决策模型库体系结构的设计研究, 基于可重用性和面向对象的设计理念, 可以有效减少重复建设和开发, 灵活实现模块调用和集成, 这些研究为进一步研究和开发卫生决策支持系统奠定基础。
参考文献
[1]Power DJ.Specifying an expanded framework for classifying and describing decision support systems[J].Comm Assoc Info Syst, 2004, 13 (13) :158-166.
[2]Poirier TI, Giudici RA.Drug interaction microcomputer software evaluation:drug therapy screening system (DTSS) [J].Hosp Pharm, 1990, 25 (8) :738-741, 744.
[3]杨劲松, 凌培亮, 孟宪明.基于Agent的DSS模型库运行机制研究[J].计算机仿真, 2009, 26 (12) :141-143, 181.
[4]何瑞波, 陈立云, 万博, 等.基于Agent的面向DSS的模型库系统研究[J].计算机与数字工程, 2011, 39 (12) :54-57.
[5]郑晓薇, 卢文晖.分布决策模型库目录管理系统设计与实现[J].计算机工程与设计, 2010, 31 (1) :75-77, 117.
[6]赛英.面向对象的模型库与数据库接口技术[J].计算机工程与设计, 2007, 28 (1) :13-15, 188.
[7]李楠, 郑晓薇.UML动态建模方法在DDSS模型访问中的应用[J].计算机工程与设计, 2007, 28 (1) :230-233.
[8]王桐, 杨萍, 赵海龙, 等.基于UML的导弹作战模型库的设计方法研究[J].舰船电子工程, 2011, 31 (11) :46-48.
[9]程晓明, 罗五金.卫生经济学[M].人民卫生出版社, 2010:133.
[10]邓苏, 张维明, 黄宏斌, 等.决策支持系统[M].电子工业出版社, 2009:59.
数字模型库 篇7
美国在改进软件过程方面进行了几十年的研究, 于1997年提出了能力成熟度模型 (CMM:CapabilityMaturity Model) , 现进一步发展成为能力成熟度模型集成 (CMMI:Capability Maturity Model Integration) 。
CMMI基于逐步改进的管理思想, 通过提炼业界的最佳实践形成体系, 以大量的开发管理实践为基础, 具有强大的生命力和适应能力。
1. 模型描述
CMMI目前已成为软件业界主要的过程管理模型, 定义了软件组织达到一定能力成熟度所需的过程域 (PA, Process Area) , 分为5个等级。
初始级 (initial) 。软件过程无序, 无关键过程域, 混乱的。可重复级 (Repeatable) 。初步实现标准化, 开发工作比较好地按标准实施。变更依法进行, 做到基线化, 稳定可跟踪, 新项目的计划和管理基于过去的实践经验, 具有重复以前成功项目的环境和条件。已定义级 (Defined) 。开发过程, 包括技术工作和管理工作, 建立了完善的培训制度和专家评审制度, 全部技术活动和管理活动均可控制, 已将软件管理和工程文档化、标准化, 并综合成该组织的标准软件过程。已定量管理级 (Managed) 。产品和过程已建立了定量的质量目标。优化级 (Optimizing) 。可集中精力改进过程, 防止出现缺陷及薄弱环节, 可取得过程有效性的统计数据并进行分析, 采用过程的量化反馈和先进的新思想、新技术促进过程不断改进, 从而得出最佳方法。
从上可以了解到, 一个企业从CMMI2级成熟度成熟度转变的重要途径是建立一种共享机制, 这种共享可以将组织优秀的成熟的经验应用于新项目, 新项目在运行过程中又可以提取经验完善共享, 这种共享机制在CMMI2级走向CMMI3级过程中被称为组织资产库。
2. 组织资产库
2.1 组织资产库的定义
组织过程资产是一些有关描述、实施和改进过程的产品, 这些产品是为了满足组织的商业目标而开发, 可以使整个组织参照和维持一致的过程性能, 使组织具有累积长期性效益的潜力。在组织资产库中, 汇集了组织采用的标准、指南、准则、规程、最佳实践、优秀文档模板、历史数据和经验值等。
2.2 组织资产库的形成
组织资产库的形成与项目的开发是一个迭代的过程, 项目初始时从现有的组织过程资产中获得标准过程和生命周期模型, 然后项目根据自己的特点, 依据裁剪指南对这些标准过程进行修订, 与此同时还要选择合适的生命周期, 从而得出项目定义的过程及其体系结构。在项目执行这些过程时所得到的相关成功经验、文档和测量数据等又以历史数据等形式返回到组织资产库中, 更新原有的过程资产, 用于今后的项目开发。
2.3 组织标准过程集
组织的标准过程用于指导组织的活动, 是组织中所有项目开发和维护的共享内容, 是项目定义过程的基础, 组织的标准过程集通常应包含组织和项目所需要的所有过程。
2.4 生命周期模型
生命周期模型是描述项目开发全部过程、活动和任务的结构框架。常用的生命周期模型如:瀑布式、螺旋式、进化式、增量式、迭代式。
在组织资产库中, 组织提供生命周期模型的选择方法, 项目按照该方法从组织提供的几个生命周期模型中选择项目适用的生命周期模型。
2.5 裁剪指南
组织标准过程和生命周期模型是从通用性角度描述的, 项目采用时, 可能有不适合之处, 为了满足不同项目的需要, 在裁剪指南中规定对所选择的标准过程定义和生命周期模型可以有变更的部分, 指出变更的准则和形式。根据裁剪指南的允许范围, 最终形成项目定义的软件过程描述。
对于标准过程的裁剪指南, 列出该组织中规定的哪些组织级的标准过程和相关的活动在项目级应用时可以裁剪, 在什么条件下可以裁剪, 裁剪的内容是什么, 即裁剪的原则和依据, 项目按照裁剪指南的要求, 按照标准过程的定义, 对于标准过程和活动进行适当的裁剪。
2.6 测量库
测量库中存放组织标准过程和产品的测量元及其相应的理解和解释信息, 存放有价值的历史项目的数据, 比如:组织公共测量集、历史项目测量数据、测量相关资料
组织根据组织的商业目标, 定义组织的一组公共测量, 为项目级测量提供指南, 测量集的类型如规模、工作量、进度、V&V缺陷、REQM等, 测量项如文档规模偏差值= (实际规模-计划规模) /计划规模×100%, 人员工作量偏差值= (所承担任务实际工作量-所承担任务计划工作量) /所承担任务计划工作量×100%, 组织提供的测量集中一般会比较全面, 具体项目应用时可以进行个性话剪裁, 得到适合自己项目的测量集。
2.7 模板库
在项目开发中会产生各种各样的文档, 比如:各种标准、规程, 计划、需求分析设计文档、测试文档、培训材料, 以及各种日常生产文档 (如SQA周报告、月报告) 等。高质量的文档作为模板有助于今后提高产品质量, 对于充分发挥软件产品的效益起着重要作用。
2.8 组织资产库的作用
组织过程资产库中存放着企业的各种过程文档、组织级标准、规范、指南、模板、项目的经验教训和项目开发过程中产生的各种数据。这些信息在规范化管理项目开发、内部培训、
信息交流等方面都发挥着重要的作用。
2.9 组织资产库的使用
项目根据自己项目的特点从资产库中选择生命周期和标准过程, 按照裁剪指南进行裁剪, 得到项目定义过程, 这些项目定义过程和项目的需求决定了项目计划的内容, 按照项目计划模板确定项目将要进行的各种活动, 在项目计划中规定的活动会产生相应的文档和数据, 这些内容将被存入资产库中, 成为项目历史数据, 使之进一步更新资产库的内容, 这一循环往复的过程促使资产库得到丰富, 也使企业的过程能力逐步得到提高。
3. 结束语
基于CMMI的组织资产库为企业实施CMMI提供参考, 便于企业在项目中选择、裁剪、实施、管理和改进过程, 有利于企业不断的积累财富, 降低成本, 从而到达过程改进的目的。
本文对CMMI模型结构作了详细描述, 基于某企业建立组织资产库的成功经验, 对其的创建和维护作了阐述, 对于准备实施CMMI的企业在建立组织资产库方面的实施起到了指导作用。
摘要：阐述了CMMI模型结构, 以及对于现代软件企业实施CMMI的必要性, 并基于CMMI重点论述了组织资产库的建立, 并从组织级标准过程、生命周期模型、裁剪指南、测量库和模板库等方面着重进行了说明。
关键词：CMMI,组织资产库,生命周期模型,标准过程,裁剪指南,测量库,模板库
参考文献
[1]美国卡耐基梅隆大学软件工程研究所.能力成熟度模型 (CMM) 软件过程改进指南[M].刘孟仁等译.北京:电子工业出版社, 2004
[2]CMMI精粹 (第2版) [美]Dennis M.Ahern编著, [美]Aaron C清华大学出版社2005
[3]能力成熟度模型集成及其应用[M]龚波北京:中国水利水电出版社, 2003
[4]CMMI软件过程改进与评估罗运模电子工业出版社2004