WebGL的煤矿机械装备数字平台设计

摘要：为了解决煤矿机械设备制作难的问题，以矿山机械设备为研究对象，利用一系列软件实现了数字平台3D模型的展示，使用户在无需安装任何插件的前提下对矿山机械设备模型结构、参数、模型运行及模型装配进行观看，建立了矿山机械设备数字模型平台，并对数字平台进行检测，验证了煤矿机械数字模型平台的稳定性，为煤矿机械设备的设计提供参考。

关键词：数字平台；WebGL技术；煤矿机械；模型装配

1煤矿机械装备数字模型平台的设计

煤矿机械数字平台主要是一种资源共享平台，在此可以清楚地展示采煤机、刮板输送机、掘进机、矿井提升机、液压支架等煤矿机械设备的模型内部结构和工作情景，同时也可以有效展示机械设备的装配过程及其功能。在建立矿山机械设备数字平台时首先需要确定数字平台能够实现的效果。建立的数字平台应当为公共服务平台，使用者直接通过网页进入查看，无需任何插件进入平台，同时建立的数字平台可以实现远程资源的共享[1-2]。根据如上的要求首先进行总体框架的建立。如图1所示，设计的矿山机械设备数字平台选择由HTML5语言、Java及WebGL图形函数库制成，同时利用HS服务器，用于服务器与客户端信息的交流。C/S结构是服务器模式，是一种较为传统且较为常见的模式，它可以按照工作类型分为数据的采集、数据的处理、数据库服务器及辅助服务器的安装等。客户机可以将系统的任务在客户机上运行，使得其成本降低，但由于服务机工作载荷较大，后期的维护所需的成本仍是一笔高额的费用。所以本次平台设计选定为B/S模式。B/S相较于C/S模式具备如下的优势：B/S模式在进行服务器的访问时，可以基于一台计算器实现远程访问，而C/S模式在进行访问时需要安装特定的软件及配置的设置，造成操作人员的操作十分复杂；相较于C/S模式，B/S模式的升级较为方便，且升级能够在服务器内部完成，并不需要在客户端进行升级。所以本文选定的B/S模式可以分为表达层、传递层和数据功能层三层结构。其中表达层是用户通过服务器进行数据的查看，服务器根据用户输入信息进行反馈。传递层是整个客户端和服务器的连接层，它是数据转化的桥梁，在收到客户端的请求后，转化为请求数据传输至服务器，服务器根据请求进行数据的转化。数据功能层是整个数字平台的核心，它是整个系统运行的保障，只要用户发送请求，服务器就会响应，并将响应的数据进行及时的反馈[3-4]。在进行矿山机械设备数字平台建立时由于模型的资源数据较大，需要占据很大的空间，需要对数据资源进行合理的调用和存放，所以本文选择SQLServer2008实现数据的存储和调整。软件可以较好地实现平台的扩展性及可靠性，同时可以有效缩减所需的时间，平台的设计需要三张表的设计，三张表分别为模型分类信息表，用于展示平台包含的矿山机械设备类型；模型分解信息表是一种将模型分解后的信息表，例如采煤机的分级信息表为截割部、牵引部、机架及破碎部等；模型零件明细表用于展示机械设备所需的主要零件表。平台设计完成后由于后台数据储量较为庞大，在进行数据查询时较为复杂，所以需要借助Grid-View软件进行数据的二级联动查询，并利用相应的软件对矿山数字设备数字平台的页面、3D浏览器的方案、后台数据的查询等进行设计[5-6]。

2煤矿机装装备平台显示的设计

对数字平台的显示进行设计，选定WebGL三维展示技术进行平台显示，利用WebGL的三方软件Three.js对三维场景进行渲染，它包含了照相机、材质及光影等，不仅不会与WebGL冲突，还会大大简化WebGL的开发。同时利用HTML脚本进行模型展示，为了使展示的模型更加具备真实感，所以对展示的模型进行着色。由于该软件所建的模型多数较为简单，但建立的模型较为复杂时，该软件就不能够完成，所以此时必须借助辅助模型建立软件，例如3DMAX、Pro/E等软件，在三维建模软件中完成模型建立后通过不同的加载器将模型导入到数字模型平台，本文选定的加载器名为OBJLoader.js。设定浏览器的支持时考虑到原有的3D显示技术大部分选定借助插件Applet、Flash在IE浏览器显示，这就制约了一部分不适用IE浏览器的用户，所以使用WebGL显示技术可以较好地回避这些不足，较好地完成显示[7-8]。完成上述操作后利用DreamweawerCS5进行3D模板页面的展示，该软件优点在于其适用的浏览器环境较广、通用性能较强、网页制作较为简单，用户可以通过此页面了解设备的模型详细介绍及其各功能参数，同时可以点击对模型的装备过程进行动画展示。完成平台建立后，需要对平台进行测试，测试是建立或者设计一个平台的重要保障。在进行平台测试时需要了解平台测试的几个方面，首先需要制定测试的内容，其次需要制定测试的方案，最后需要对测试的结果进行判断，并对设计的平台进行修正。本文需要测试点分别为：平台的功能测试、用户使用界面的测试、平台稳定性测试、安全性测试及兼容性测试。制定测试方案，平台常见的测试方法有静态测试法和动态测试法，动态测试法是通过运行对比结果与期望之间的差距，而静态测试法是通过对代码的审查找出平台的错误。本文选定先进行动态测试，当动态测试出现错误后进行静态测试。通过上述过程的检查后发现平台可以较好地在手机端和电脑端进行查看，但在不同的浏览器环境中转配过程及运行过程的动画展示较为不同，这也说明WebGL技术对浏览器的要求较高。各个模块的运行均达到了设计前的预期。

3结论

以矿山机械设备为研究对象，利用WebGL软件建立了矿山机械设备数字模型平台。利用一系列软件实现了数字平台3D模型的展示，并使得用户在无需安装任何插件的前提下进行矿山机械设备模型结构、参数、模型运行及模型装配的观看，最后对设计的数字平台进行检测，验证了数字平台的可行性、稳定性及优越性，为矿山机械设备的设计提供了一定借鉴。

参考文献

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作者：史海昱 单位：西山煤电（集团）有限责任公司设备租赁分公司