【正文】 system use case model。 Finally, UML modeling to the process of using files in the form of record for reference and research in the future. Because of the lack of specific provisions of UML window view, the window frame design of this system is made. MFC framework of the restructuring of the system window interface framework for the establishment of virtual environment technology. MFC framework of the relevant content analysis, and interface design for the main content, include menu column Graphic tools, noting that the modeling and control area interface and the interface for the design and realization of the related program. Virtual 3D geometric modeling kernel module is platform independent modeling, Virtual model of the various and plex operation of the key. This paper analyzes the Open CASCADE geometric kernel and manifestations, it provides the basic working principle and the OC AF guides tools based on the use of its library design manifestations single file application framework。s ultimate goal. KEY：Engineering Drawing；CAI；UML；Open CASCADE；3D ModelingIII山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章 緒論《工程圖學(xué)》教學(xué)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 《工程圖學(xué)》的教學(xué)現(xiàn)狀 《工程圖學(xué)》教學(xué)的目的、特點(diǎn)人們可以用語(yǔ)言或文字來(lái)表達(dá)自己的思想，但是如果用語(yǔ)言或文字來(lái)表達(dá)物體的形狀和大小是很困難的。設(shè)計(jì)者通過(guò)圖樣來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象；制造者通過(guò)圖樣來(lái)了解設(shè)計(jì)要求，并依據(jù)圖樣來(lái)制造機(jī)器；使用者也通過(guò)圖樣來(lái)了解機(jī)器的結(jié)構(gòu)和使用性能；在各種技術(shù)交流活動(dòng)中，圖樣也是不可缺少的。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，制圖理論與技術(shù)等到得到很大的發(fā)展。隨著各種先進(jìn)的繪圖軟件的推出，工程制圖技術(shù)必將在我國(guó)的四個(gè)現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用［2］。本課程是高等工科院校各機(jī)類(lèi)和近機(jī)類(lèi)專業(yè)一門(mén)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，它研究繪制和閱讀機(jī)械圖樣的基本理論和方法。繪制工程圖樣的技能必須在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量的繪圖和讀圖實(shí)踐才能逐步掌握［3］。(2) 隨著教學(xué)改革的不斷深入，《工程圖學(xué)》課程的學(xué)時(shí)在不斷減少，如山東大學(xué)機(jī)械專業(yè)的學(xué)時(shí)從80年代的130學(xué)時(shí)減到現(xiàn)在的不足90學(xué)時(shí)，如何處理好教學(xué)學(xué)時(shí)少與課程內(nèi)容多、培養(yǎng)質(zhì)量高以及拓寬知識(shí)面之間的關(guān)系、提高學(xué)生空間想象能力，一直是教學(xué)中反應(yīng)較為突出的問(wèn)題。黑板、粉筆、教材、掛圖和實(shí)物模型展示等傳統(tǒng)教學(xué)手段, 因其表現(xiàn)力的貧乏和使用中的諸多不便已不能滿足教學(xué)的需求。 《工程圖學(xué)》教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)工程制圖課程是一門(mén)對(duì)教學(xué)的交互性、實(shí)踐性、自主性要求比較高的課程，除了應(yīng)具有學(xué)生自主的課程內(nèi)容學(xué)習(xí)外，還需要學(xué)生能有較好的空間想象能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供一個(gè)類(lèi)似真實(shí)世界的環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，可以多角度、交互式的觀察三維模型，這就解決了培養(yǎng)和提高學(xué)生空間想象能力的問(wèn)題。面對(duì)高等學(xué)校的擴(kuò)招，急需大量的高質(zhì)量的教師和其它教學(xué)資源，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的CAI軟件可以有效的提高學(xué)生的空間想象能力，還可以把這類(lèi)軟件讓同學(xué)自行學(xué)習(xí)，這樣可以節(jié)省大批人力和時(shí)間，擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及CAI技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR），是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說(shuō)，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)［8］。總的來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)充滿活力、具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍存在許多有待解決與突破的問(wèn)題。CAI(Computer Aided Instruction ，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué))是在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)，以對(duì)話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)［11］。綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式上單一、片面的缺點(diǎn)。 本課題的概述 本課題的背景隨著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐漸成熟，給《工程圖學(xué)》注入了新的活力。目前關(guān)于工程制圖的CAI軟件在提高學(xué)生空間想象能力方面大部分都是以某種三維造型軟件為建?；A(chǔ)來(lái)生成實(shí)體模型［14］[15]，這種CAI課件本身不具備建模能力，因此在模型的多樣性和軟件的交互性方面受到了約束。 本課題的目的在多年的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)初接觸《工程圖學(xué)》的學(xué)生遇到最困難的是空間感的建立及二維三視圖與三維立體的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換。為滿足《工程圖學(xué)》教學(xué)的發(fā)展，彌補(bǔ)當(dāng)前CAI課件的不足，讓學(xué)生能夠更好的提高空間想象能力。該軟件能夠建立虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)三維建模操作、三視圖生成等功能，另外，軟件還應(yīng)具有操作簡(jiǎn)便、接口良好等特點(diǎn)以方便學(xué)生使用及后續(xù)模塊的開(kāi)發(fā)。另外，本系統(tǒng)還可在校園網(wǎng)上發(fā)行，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，為學(xué)生提供了時(shí)間上、空間上學(xué)習(xí)的方便?？傊?，利用現(xiàn)代教育技術(shù)開(kāi)發(fā)具有高效、實(shí)用、具有特色的多媒體課件是教學(xué)改革的必然趨勢(shì)，是培養(yǎng)開(kāi)拓、創(chuàng)新人才的需要。即：對(duì)系統(tǒng)框架的總體設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括總體設(shè)計(jì)說(shuō)明、需求分析說(shuō)明、模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明、主要技術(shù)路線說(shuō)明等內(nèi)容；具體模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括對(duì)界面模塊和幾何內(nèi)核模塊的分析說(shuō)明及技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)的介紹。 標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML（Unified Modeling Language）UML是由世界著名的面向?qū)ο蠹夹g(shù)專家Grady Booch、Jim Rumbaugh和Ivar Jacobson發(fā)起，在著名的Booch方法、OMT方法和OOSE方法的基礎(chǔ)上，廣泛征求意見(jiàn)，集眾家之長(zhǎng)，幾經(jīng)修改而完成的[16]。2) 建立起從概念模型直至可執(zhí)行體之間明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。4) 創(chuàng)建一種對(duì)人和機(jī)器都適用的建模語(yǔ)言。它得到了工業(yè)界的廣泛支持，人們普遍認(rèn)為UML定將成為工業(yè)界廣泛接受的一種標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。（Object Management Group）批準(zhǔn)作為標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著近15年來(lái)面向?qū)ο蠹夹g(shù)中關(guān)于建模語(yǔ)言的爭(zhēng)論暫時(shí)告一段落[17] [18]。我們還認(rèn)為，采用UML作為我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言是完全必要的：首先是因?yàn)檫^(guò)去數(shù)十種面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言都是相互獨(dú)立地發(fā)展的，UML可以消除一些潛在的不必要的差異，以免用戶混淆；其次，通過(guò)統(tǒng)一語(yǔ)義和符號(hào)表示，能夠穩(wěn)定我國(guó)的面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場(chǎng)，使項(xiàng)目植根于一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言；同時(shí)也可大大拓寬相應(yīng)的支持工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境的應(yīng)用領(lǐng)域，從而可以加強(qiáng)領(lǐng)域分析和軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的能力[19]。 VC++ Visual C++是微軟公司推出的一種功能強(qiáng)大而復(fù)雜的C++編譯器，它是目前PC 機(jī)上最優(yōu)秀的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。它提供了功能最強(qiáng)大的Windows 應(yīng)用框架，微軟基本類(lèi)庫(kù)(MFC)封裝了Win 32 API 的函數(shù)，提供了大量編寫(xiě)好的代碼實(shí)現(xiàn)多數(shù)Windows標(biāo)準(zhǔn)操作。 VC++作為世界最為流行的編程工具[22]，許多其他類(lèi)型軟件都為它提供了相應(yīng)的接口及RAD(快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具)開(kāi)發(fā)向?qū)А?Open CASCADE幾何內(nèi)核Open CASCADE幾何內(nèi)核技術(shù)是一個(gè)免費(fèi)開(kāi)源的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它包括3D曲面和實(shí)體建模組件、可視化組件、數(shù)據(jù)交換組件和適合快速開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架（Application Framework ,AF）. Open CASCADE技術(shù)可以用于數(shù)字仿真軟件的開(kāi)發(fā)，包括CAD/CAM/CAE，AEC、GIS和PDM應(yīng)用程序。所謂幾何內(nèi)核實(shí)際上就是一個(gè)類(lèi)庫(kù)，里面定義了圖形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式以及大量的圖形算法， Open CASCADE類(lèi)庫(kù)是為了方便了精細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)用的快速設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮念?lèi)庫(kù)。Open CASCADE類(lèi)庫(kù)可以幫助開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)。7山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章 基于UML的虛擬三維建模平臺(tái)的總體設(shè)計(jì) UML概述從普遍意義上說(shuō),UML是一種語(yǔ)言。自然語(yǔ)言用于熟悉該語(yǔ)言的人群之間的交流，編程語(yǔ)言用于編程人員與計(jì)算機(jī)的交流。UML作為一種建模語(yǔ)言，則用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員之間、開(kāi)發(fā)人員與用戶之間的交流。標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML統(tǒng)一了面向?qū)ο蠼５幕靖拍?、術(shù)語(yǔ)及其圖形符號(hào)，為人們建立了便于交流的共同語(yǔ)言。UML是國(guó)際上先進(jìn)的用于軟件分析與設(shè)計(jì)的統(tǒng)一建模語(yǔ)言，在全世界得到了廣泛的支持和應(yīng)用，已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)了[25]。模型建立的好壞，直接影響著對(duì)于問(wèn)題的處理結(jié)果，所以建模是一個(gè)很重要的步驟，基于UML的虛擬三維建模平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)就是一個(gè)建模過(guò)程[26]。換句話說(shuō)，就是要好好地選擇模型。對(duì)于軟件而言，所選擇的模型將在很大程度上決定于開(kāi)發(fā)人員對(duì)該領(lǐng)域的看法。可執(zhí)行的模型對(duì)測(cè)試有很大幫助。在UML中匯入了面向?qū)ο箢I(lǐng)域中很多人的思想，這些思想是依據(jù)最優(yōu)秀的面向?qū)ο蠓椒ê拓S富的計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合提煉而成的；消除過(guò)去數(shù)十種建模語(yǔ)言之間的不必要的差異，以免用戶混淆；通過(guò)統(tǒng)一語(yǔ)義和符號(hào)表示，為人們建立了一個(gè)便于交流的語(yǔ)言。使用的開(kāi)發(fā)工具為VC++編程工具和Open CASCADE幾何內(nèi)核，它們都是面對(duì)對(duì)象技術(shù)的典型代表，具有封裝性，繼承性，多態(tài)性這三大特點(diǎn)。在任何情況下，最好的模型應(yīng)該是這樣的：它可以讓你根據(jù)誰(shuí)在進(jìn)行觀察以及為什么要觀察選擇它的詳細(xì)程度。這些人員都要在不同的時(shí)間以不同的詳細(xì)程度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化。用例圖的精度級(jí)別分為三層，系統(tǒng)層、事務(wù)管理層和事務(wù)層，在系統(tǒng)層中分析系統(tǒng)的總體需求，事務(wù)管理層用于管理和組織具體事務(wù)，事務(wù)層用于設(shè)計(jì)事務(wù)解決方案，即設(shè)計(jì)事務(wù)流程。在《工程制圖》中，單一視圖無(wú)法描述機(jī)件的所有細(xì)節(jié)，這就需要用三視圖來(lái)從不同角度來(lái)反應(yīng)同一機(jī)件。面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)也如此。UML提供了9種圖來(lái)從不同應(yīng)用層次和不同角度為軟件系統(tǒng)從系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)直至實(shí)現(xiàn)提供了有力支持，使用這9種圖可以描繪任何復(fù)雜的系統(tǒng)。用例視圖用以分析系統(tǒng)的需求情況，并以用例視圖驅(qū)動(dòng)生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)視圖，即類(lèi)圖；類(lèi)圖是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的物理層。[30]。由字組成詞，由詞組成句，由句組成段，由段組成篇。由模型元素或擴(kuò)展機(jī)制構(gòu)成圖，由圖構(gòu)成視圖。UML定義了9種不同的圖。以上是UML組成元件的大體介紹，我們就是通過(guò)這些UML規(guī)范化的符號(hào)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模的，本課題使用了UML的靜態(tài)圖（用例圖和類(lèi)圖）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)建模，用例圖是對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的起點(diǎn)，由用例圖來(lái)驅(qū)動(dòng)建模過(guò)程；類(lèi)圖是系統(tǒng)的核心部分，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。因此，本課題的用例圖部分的設(shè)計(jì)思路為：首先，用自然語(yǔ)言描述系統(tǒng)的功能需求；其次,把系統(tǒng)看作黑盒，從外部活動(dòng)者的角度來(lái)理解系統(tǒng)，描述活動(dòng)者所需要完成的事務(wù)；最后，用UML的模型元素來(lái)進(jìn)行用例圖的建模。類(lèi)圖的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，類(lèi)圖分為實(shí)體類(lèi)和接口類(lèi)兩部分，它們的設(shè)計(jì)思路如下：首先，類(lèi)圖是由用例圖驅(qū)動(dòng)的，通過(guò)一定的識(shí)別方法識(shí)別出實(shí)體類(lèi)和接口類(lèi)；其次，分析類(lèi)類(lèi)之間的關(guān)系，建立類(lèi)關(guān)聯(lián)表；最后，利用UML模型元素來(lái)制作類(lèi)圖[32]。利用UML工具來(lái)對(duì)虛擬三維建模平臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，在已產(chǎn)生的軟件過(guò)程中，Rational統(tǒng)一過(guò)程（Rational Unified Process, RUP）是目前最具有普遍意義的開(kāi)發(fā)過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)三維建模平臺(tái)的建模過(guò)程吸取RUP的思想，借鑒RUP的過(guò)程成分“需求分析”及“分析與設(shè)計(jì)”中的工作流程，將建模過(guò)程劃分為以下幾個(gè)活動(dòng)[33]。用例就是通過(guò)類(lèi)之間的交互實(shí)現(xiàn)的；實(shí)體類(lèi)為代表了應(yīng)用領(lǐng)域的核心內(nèi)容，它的作用是用來(lái)持久地保存應(yīng)用程序的實(shí)體，同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序中大多數(shù)的交互服務(wù)；接口類(lèi)模型描述系統(tǒng)活動(dòng)者與系統(tǒng)交互的界面。該平臺(tái)的主要用于三維模型的建立，同時(shí)具有觀察三視圖的功能，及其他不同的接口。管理者可以進(jìn)行模型庫(kù)的管理，即建立模型保存至模型庫(kù)中、把模型庫(kù)中的模型刪除、其他格式模型導(dǎo)入模型庫(kù)等操作，建立的模型庫(kù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供用戶使用；還可以修改系統(tǒng)密碼、退出系統(tǒng)等。 主界面包括菜單及圖形工具欄、顯示區(qū)、控制區(qū)；菜單中有用戶登錄、模型庫(kù)管理、修改密碼、退出系統(tǒng)等；管理者進(jìn)入系統(tǒng)后，菜單項(xiàng)中的模型庫(kù)管理可以實(shí)現(xiàn)如下操作：瀏覽模型、新建模型并保存至模型庫(kù)、刪除模型、導(dǎo)入模型，管理者還可以執(zhí)行修改系統(tǒng)密碼及退出系統(tǒng)操作；一般用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，菜單項(xiàng)中模型庫(kù)管理只能進(jìn)行瀏覽操作、新建模型（不可保存至模型庫(kù)），一般用戶不允許修改密碼，但是可以退出系統(tǒng)；圖形工具欄是三維環(huán)境的快捷控制菜單；顯示區(qū)包括主顯示區(qū)、第一視圖顯示區(qū)、第二視圖顯示區(qū)、第三視圖顯示區(qū)；控制區(qū)用于控制模型的生成過(guò)程的區(qū)域。其中模型庫(kù)管理細(xì)分為：瀏覽模型、新建模型、刪除模型、導(dǎo)入模型四個(gè)事務(wù)。 事務(wù)描述事務(wù)即系統(tǒng)所需要完成功能的處理過(guò)程，對(duì)事務(wù)的描述就是對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的流程描述，從上一小節(jié)的系統(tǒng)描述我們