CN101359432A

CN101359432A - 交互式三维虚拟物流仿真集成方法及系统

Info

Publication number: CN101359432A
Application number: CNA2008101206862A
Authority: CN
Inventors: 李仁旺; 张鹏举; 李耀辉; 刘海霞; 张志乐; 杨贵; 李东龙; 陈翔; 张绪
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: CN101359432B

Abstract

本发明公开了一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法及系统。包括集成服务器、三维虚拟物流仿真系统、物流设备模型文件数据库系统和客户端计算机群。三维虚拟物流仿真系统部署在本地服务计算机中；集成服务器通过调用WEB服务集成多个虚拟物流仿真系统；物流设备模型文件数据库系统封装了物流设备模型文件；客户端计算机群通过页面和WEB服务两种方式请求服务；除了直接访问本地的三维虚拟物流仿真系统，也可通过WEB服务访问集成服务器的三维虚拟物流仿真集成系统。本发明通过虚拟现实技术和WEB服务的集成方法，实现了基于以太网的虚拟物流设备模型资源集成和共享，造就了交互式三维虚拟物流仿真集成系统。

Description

交互式三维虚拟物流仿真集成方法及系统

技术领域

本发明是关于一种交互式三维虚拟物流仿真系统在以太网环境中动态集成系统和方法，可应用于高校物流实验教学、企业物流仿真、超市物流仿真。

背景技术

随着计算机技术和以太网络技术的发展以及先进制造技术的不断完善，产品更新换代的速度是越来越快，生产周期也是越来越短，而用户尤其是学校在资金投入上却没有那么大的空间。在这种形势下，高校方面，为了增强自身竞争力，适应高速发展的社会，应该培养有较强动手能力的学生，许多高校也在积极筹备自己的物流实验室。由于目前物流设备价格比较昂贵，普通的院校在建立物理的物流实验室时会存在空间和资金的困难，但为了物流教学的开展，必须开设物流方面的实验；企业和超市方面，为了在构建自己物流设施的同时，达到物流路径最优、构建成本最少、运转效率最高，而苦于没办法在构建之前进行仿真测试。因此，基于虚拟现实技术的三维虚拟物流仿真系统应运而生，这样的虚拟设备不受时间、空间和人员的限制，本发明可以代替真实的物流系统实现多种功能，在真正意义上实现虚拟物流仿真的集成。

基于虚拟现实技术的三维虚拟物流仿真系统为操作人员提供了虚拟物流的仿真平台，并且对物流中各个环节的部件进行详细描述。操作人员能够通过该平台根据自身的需要对物流设备进行动态重组进行仿真测试，并看到三维虚拟仿真效果动画以及测试评价结果，然后将满意结果的物流系统方案存储到本地计算机上，以供教师评阅或设计人员参考。对于高校来说，可以节省开支和空间去教育学生；对于设计人员来说，可以加快设计、提高质量。

以实际物流实验室作为研究背景，基于以太网环境建立交互式三维虚拟物流仿真系统并实现一套有效的重组、仿真、集成和应用方法，对于提高设计过程中设备资源的沉浸性和重用性、缩短物流系统开发设计周期、降低成本、提高质量等具有重要意义。

从技术发展看，交互式三维虚拟物流仿真系统依托于虚拟现实技术，虚拟现实技术的发展，是在网络技术前进基础上，融合多种技术的结果随着网络时代宽带大规模应用的到来，市场对虚拟现实技术的应用越来越迫切。Web语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)，是一种比较常用的网络三维技术，具有平台无关的特点，即VRML的访问方式是基于B/S结构的，其中SERVER端提供VRML文件以及其文件所用到的资源，如声音、图像、动画。客户端可以通过网络下载希望访问的文件，并可以通过本地平台上的VRML浏览器生成虚拟现实场景。VRML文件的数据量小，它和HTML一样是用ACSII文本格式来描述场景。这一特点是他保证在各种平台上通用的同时也降低了数据量的传输，从而在网络上可以很方便地实现虚拟现实。而Web服务(即Web Service)现已经成为网络应用的热点，正在改变软件开发和应用部署的模式，Web服务本质上是一个松散耦合、可复用的分布式计算模型。通过程序自动启动和处理事务，能够在一个分布式的计算环境中被动态地描述、发布、发现和调用。

相对于DCOM、CORBA和RMI，Web服务是开放的，使用自由的传输绑定，可以依托HTTP等众多网络通讯协议传输信息；可以使用任何语言进行Web服务编程；使用XML进行数据描述；标准的制定完全中立，不受制于具体技术和企业。Web服务能够统一封装各种信息、行为、数据表现以及业务逻辑流程，而无需考虑应用所在的环境使用何种系统和设备。总的来说，Web服务独立于任何编程语言、对象模型和操作系统。

发明内容

基于上述应用需求和技术支持，本发明的目的在于构建了一套既可以独立运行仿真，又可以动态集成多个物流系统的交互式三维虚拟物流仿真集成方法和系统。

本发明采用的技术方案是：

一、一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法

集成服务器通过以太网络用于对多个三维虚拟物流仿真系统的集成；三维虚拟物流仿真系统部署在本地服务计算机中，用于包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示操作的服务端支持；物流设备模型文件数据库系统用于存储物流设备模型文件，包括物流设备模型的分类信息、物流设备模型的特征信息和设备模型的编码信息；客户端计算机群用于客户端访问本地服务计算机或集成服务器的三维虚拟物流仿真系统进行操作，包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示。

所述的集成服务器使用WEB服务方式集成本地服务计算机的三维虚拟物流仿真系统，得到一个集成三维虚拟物流仿真系统，然后获取各个物流设备模型文件数据库系统的XML文件，并合成这些XML文件，整合数据库，形成一个集成物流设备模型文件数据库系统。

二、一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统：

包括集成服务器、以太网络、多个三维虚拟物流仿真系统和客户端计算机群；其中集成服务器通过以太网络与多个三维虚拟物流仿真系统相连接；客户端计算机群通过以太网络与集成服务器相连接，或客户端计算机群直接连接到本地服务计算机的三维虚拟物流仿真系统。

所述的集成服务器包括集成三维虚拟物流仿真系统和集成物流设备模型文件数据库系统，两者相互连接，相互通信。

所述的三维虚拟物流仿真系统包括由JAVA技术实现的控制模块、由VRML技术实现的模型模块、由Java3D技术实现的视图模块、Servlet接口、Web Service接口和物流设备模型文件数据库系统；其中控制模块与模型模块相连接，模型模块与视图模块相连接，控制模块与视图模块相连接，Servlet接口和WebService接口分别与控制模块、模型模块和视图模块相互连接。

所述的物流设备模型文件数据库系统：包括系统库存数据库、优化算法库、基本模型分类库和模型属性库；其中系统库存数据库和优化算法库组成了仿真数据库系统，完成对三维虚拟物流仿真系统库存的记录和设计优化；仿真数据库系统与基本模型分类库和模型属性库相连接，基本模型分类库和模型属性库相互连接；基本模型分类库记录的物流设备基本的分类信息；模型属性库记录物流设备详细的属性特征信息。

所述的控制模块：包括仓储物流系统配置、JDBC数据接口和物流设备模型文件数据库系统的仿真数据库系统；其中仓储物流系统配置包括了仓储物流系统的配置信息，有仓储出入库系统、输送链系统、电子标签分拣系统、RFID控制系统、监控系统；JDBC数据接口与物流设备模型文件数据库系统的仿真数据库系统相连，根据控制的需求，实时改变数据库信息。

所述的模型模块：包括物流设备模型库、物流设备模型文件数据库系统的基本模型分类库和模型属性库，在模型库中包含属于仓储出入库系统的多层货架、堆垛机，也包含属于输送链系统的滚筒输送链、传送带，还包含电子标签分拣系统、RFID控制系统及监控系统的设备模型。

本发明具有的有益效果是：

1、在方法上：采用了开放的Web Service技术和VRML虚拟现实技术，除了加强了系统集成，还为用户提供了三维立体的虚拟物流环境，给用户第一人称的感觉，并能够交互地操纵物流系统各个环节，达到了沉浸性、交互性和构想性的效果。

2、在功能上：交互式虚拟物流仿真系统主要是实现物流仿真的虚拟现实操作演示，仿真运行效果评价；并采用规则的模型库、灵活优化算法库和稳定可靠的库存数据库系统；基本完成物流系统中的仓储出入库系统、输送链系统、电子标签分拣系统、RFID控制系统、监控系统的子系统功能。

附图说明

图1是交互式三维虚拟物流仿真集成网络模型。

图2是交互式三维虚拟物流仿真系统结构框图。

图3是集成服务器及客户端计算机服务请求过程图。

图中：1、集成服务器，2、以太网络，3、本地服务计算机，4、物流设备模型文件数据库系统，5、客户端计算机群，6、集成三维虚拟物流仿真系统，7、集成物流设备模型文件数据库系统，8、三维虚拟物流仿真系统，9、模型模块，10、视图模块，11、Servlet接口，12、Web Service接口，13、仓储物流系统配置，14、JDBC数据接口，15、物流设备模型库，16、控制模块，17、系统库存数据库，18、优化算法库，19、基本模型分类库，20、模型属性库，21、集成服务器Servlet接口，22、集成服务器Web Service接口，23、本地服务计算机Servlet接口，24、本地服务计算机Web Service接口，25、WEB容器，26、WEB SERVICE容器，27、集成服务器过程，28、客户端计算机服务请求过程，29、物流场景配置请求，30、数据库连接请求，31、设备模块组成请求，32、虚拟仿真运行请求。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，作为交互式三维虚拟物流仿真集成网络模型，包括集成服务器1、以太网络2、三维虚拟物流仿真系统8和客户端计算机群5；其中集成服务器1通过以太网络2用于对多个三维虚拟物流仿真系统8的集成，形成集成三维虚拟物流仿真系统6，也包括对物流设备模型文件数据库系统4的集成，形成集成物流设备模型文件数据库系统7；三维虚拟物流仿真系统8部署在本地服务计算机3中，用于包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示操作的服务端支持；物流设备模型文件数据库系统4除了用于存储物流设备模型文件，包括物流设备模型的分类信息、物流设备模型的属性特征信息和设备模型的编码信息，还用于记录操作过程中的库存信息及优化算法的调用；客户端计算机群5用于客户端直接访问本地服务计算机3的三维虚拟物流仿真系统8，或通过以太网络访问集成服务器1的集成三维虚拟物流仿真系统6进行操作，包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示。

如图2所示，作为交互式三维虚拟物流仿真系统结构框图，包括由JAVA技术实现的控制模块16、由VRML技术实现的模型模块9、由Java3D技术实现的视图模块10、Servlet接口11、Web Service接口12和物流设备模型文件数据库系统4；用户登录后，根据需要在控制模块16中，首先完成仓储物流系统配置13，选择要进行的虚拟仿真场景，再通过动态重组技术，对模型模块9进行调度，模型模块9根据物流设备模型文件数据库系统4的基本模型分类库19和模型属性库20两级请求得到XML文件描述，从物流设备模型库15中将对应编码和参数的模型找到，放到视图模块10的虚拟仿真场景中去，待到仿真模型体系构建完整，控制模块16运用时间和事件驱动机制控制视图模块10演示仿真动画，并通过JDBC数据接口14对仿真数据库的系统库存数据库17进行实时更新，还可以调用优化算法库18中的算法例程进行仿真测试。

如图3所示，集成服务器及客户端计算机服务请求过程图，描述了集成服务器过程27和客户端计算机服务请求过程28，图中的实现表示系统内部链接，点划线表示使用SOAP通讯进行的连接；

在集成服务器过程27中主要通过Web Service完成的，其中集成服务器有两个服务接口，一个是由WEB容器25支持的集成服务器Servlet接口21，主要执行集成三维虚拟物流仿真系统6中控制模块16的控制操作，包括系统配置、数据库连接，同时负责与浏览器的Applet进行交互，完成视图控制；另一个是WEB SERVICE容器26支持的集成服务器Web Service接口22，提供3个Web服务，包括获取模型分类及属性特征信息、获取设备模型体信息、获取设备模型的运动轨迹和时间，其中获取模型分类及属性特征信息的结果是返回包含模型分类及属性特征信息的XML文件，根据这个XML文件，获取设备模型体信息的结果会返回一个设备模型的WRL文件并下载放置到虚拟场景中，而获取设备模型的运动轨迹和时间的结果是返回控制模块16对该模型在视图模块10运动轨迹和时间的控制XML文件信息，这3个Web服务可以单独使用，适应于不同的情况；在本地服务计算机3上也有两个服务接口，分别是本地服务计算机Servlet接口23和本地服务计算机Web Service接口24，它们与集成服务器的两个服务接口一一对应，在集成过程中相互通信；

在客户端计算机服务请求过程28中，客户端计算机可以向本地服务计算机3请求使用系统，也可以向集成服务器1请求使用系统，这里以向集成服务器1请求为例；在请求过程中基本分为4个阶段，包括物流场景配置请求29、数据库连接请求30、设备模块组成请求31、虚拟仿真运行请求32；在物流场景配置请求29中，通过集成服务器Servlet接口21接收请求信息，集成服务器1中的集成三维虚拟物流仿真系统6运用控制模块16启动物流系统配置13，在视图模块10中初始化虚拟场景发送给客户端计算机；接下来客户端计算机再次通过集成服务器Servlet接口21发送数据库连接请求30，集成服务器1中的集成三维虚拟物流仿真系统6运用控制模块16启动JDBC数据接口14对仿真数据库进行连接，将连接信息发送至客户端计算机；然后客户端计算机向集成服务器WebService接口22发送第三次请求——设备模块组成请求31，经过2个Web服务得到了设备模型文件；最后发送虚拟仿真运行请求32，通过集成服务器WebService接口22的第3个Web服务得到设备模型的轨迹和时间，集成服务器1中的集成三维虚拟物流仿真系统6运用控制模块16对视图模块10进行仿真控制，并实时更新仿真数据库。

Claims

1、一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法，其特征在于：集成服务器通过以太网络用于对多个三维虚拟物流仿真系统的集成；三维虚拟物流仿真系统部署在本地服务计算机中，用于包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示操作的服务端支持；物流设备模型文件数据库系统用于存储物流设备模型文件，包括物流设备模型的分类信息、物流设备模型的特征信息和设备模型的编码信息；客户端计算机群用于客户端访问本地服务计算机或集成服务器的三维虚拟物流仿真系统进行操作，包括登录、浏览、物流系统设计、仿真和演示。

2、根据权利要求1所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法，其特征在于：所述的集成服务器使用WEB服务方式集成本地服务计算机的三维虚拟物流仿真系统，得到一个集成三维虚拟物流仿真系统，然后获取各个物流设备模型文件数据库系统的XML文件，并合成这些XML文件，整合数据库，形成一个集成物流设备模型文件数据库系统。

3、按照权利要求1所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：包括集成服务器(1)、以太网络(2)、多个三维虚拟物流仿真系统(8)和客户端计算机群(5)；其中集成服务器(1)通过以太网络(2)与多个三维虚拟物流仿真系统(8)相连接；客户端计算机群(5)通过以太网络(2)与集成服务器(1)相连接，或客户端计算机群(5)直接连接到本地服务计算机(3)的三维虚拟物流仿真系统(8)。

4、根据权利要求3所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：所述的集成服务器(1)包括集成三维虚拟物流仿真系统(6)和集成物流设备模型文件数据库系统(7)，两者相互连接，相互通信。

5、根据权利要求3所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：所述的三维虚拟物流仿真系统(8)包括由JAVA技术实现的控制模块(16)、由VRML技术实现的模型模块(9)、由Java3D技术实现的视图模块(10)、Servlet接口(11)、Web Service接口(12)和物流设备模型文件数据库系统(4)；其中控制模块(16)与模型模块(9)相连接，模型模块(9)与视图模块(10)相连接，控制模块(16)与视图模块(10)相连接，Servlet接口(11)和Web Service接口(12)分别与控制模块(16)、模型模块(9)和视图模块(10)相互连接。

6、根据权利要求5所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：所述的物流设备模型文件数据库系统(4)：包括系统库存数据库(17)、优化算法库(18)、基本模型分类库(19)和模型属性库(20)；其中系统库存数据库(17)和优化算法库(18)组成了仿真数据库系统，完成对三维虚拟物流仿真系统(8)库存的记录和设计优化；仿真数据库系统与基本模型分类库(19)和模型属性库(20)相连接，基本模型分类库(19)和模型属性库(20)相互连接；基本模型分类库(19)记录的物流设备基本的分类信息；模型属性库(20)记录物流设备详细的属性特征信息。

7、根据权利要求5所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：所述的控制模块(16)：包括仓储物流系统配置(13)、JDBC数据接口(14)和物流设备模型文件数据库系统(4)的仿真数据库系统；其中仓储物流系统配置(13)包括了仓储物流系统的配置信息，有仓储出入库系统、输送链系统、电子标签分拣系统、RFID控制系统、监控系统；JDBC数据接口(14)与物流设备模型文件数据库系统(4)的仿真数据库系统相连，根据控制的需求，实时改变数据库信息。

8、根据权利要求5所述的一种交互式三维虚拟物流仿真集成方法的系统，其特征在于：所述的模型模块(9)：包括物流设备模型库(15)、物流设备模型文件数据库系统(4)的基本模型分类库(19)和模型属性库(20)，在模型库中包含属于仓储出入库系统的多层货架、堆垛机，也包含属于输送链系统的滚筒输送链、传送带，还包含电子标签分拣系统、RFID控制系统及监控系统的设备模型。