一種關(guān)于Web端多種圖形引擎的標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計方法

朱歡麗 姚浩 陳哲

1. 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司 浙江 杭州 311122；2. 浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司 浙江 杭州 311122

引言

數(shù)字孿生是一種近年來快速發(fā)展的技術(shù)，它可以將實體物體的真實數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的虛擬模型，從而實現(xiàn)對其進(jìn)行仿真和分析。數(shù)字孿生圖形引擎作為數(shù)字孿生技術(shù)的重要應(yīng)用之一，可以提供精確、高效的圖形模擬和可視化效果，是數(shù)字孿生技術(shù)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

然而，面對數(shù)字孿生技術(shù)的快速增長和市場需求的變化，數(shù)字孿生圖形引擎的應(yīng)用程序越來越多，這些應(yīng)用程序和平臺之間存在互相獨(dú)立的特點(diǎn)，導(dǎo)致它們難以互相交互和兼容，這顯然會影響數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用效果和發(fā)展。因此，實現(xiàn)數(shù)字孿生多維融合圖形引擎中的標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計成為當(dāng)前的一個實用的研究方向。

1 背景與現(xiàn)狀

數(shù)字孿生圖形引擎是一種復(fù)雜的維數(shù)據(jù)的可視化引擎系統(tǒng)，它通常需要包含復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和大量的可視化技術(shù)。針對這種復(fù)雜性，相應(yīng)的應(yīng)用程序可能會使用不同的技術(shù)和算法，導(dǎo)致它們無法互相交互和兼容[1]。這使得數(shù)字孿生多維圖形引擎中的應(yīng)用程序很難被其他應(yīng)用程序所重復(fù)利用和擴(kuò)展。通過整合引擎接口的統(tǒng)一，可以在應(yīng)用層面解決以上問題。

2 關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)

實現(xiàn)多個圖形引擎之間統(tǒng)一，一般有如下5個步驟[2]：①定義接口標(biāo)準(zhǔn)：首先需要明確各個圖形引擎之間需要融合的共同點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)格式、功能、參數(shù)等，根據(jù)這些共同點(diǎn)定義接口標(biāo)準(zhǔn)。②實現(xiàn)適配器：針對不同的圖形引擎實現(xiàn)不同的適配器，將各個圖形引擎的接口轉(zhuǎn)化為通用的接口，以便實現(xiàn)融合。③實現(xiàn)橋接器：將適配器組合起來，形成一個橋接器，通過橋接器將多個圖形引擎適配器連接起來。④實現(xiàn)融合邏輯：根據(jù)實際需求，設(shè)計具體的融合邏輯，利用橋接器將多個圖形引擎的功能組合起來，實現(xiàn)多個圖形引擎的融合。⑤測試和優(yōu)化：進(jìn)行全面測試和優(yōu)化，確保融合接口的穩(wěn)定性、可靠性和性能。

總的來說，多個圖形引擎之間的融合需要進(jìn)行詳細(xì)的接口設(shè)計和實現(xiàn)，需要充分考慮各種因素，包括數(shù)據(jù)格式、功能、參數(shù)等。同時，需要進(jìn)行大量的測試和優(yōu)化工作，確保融合結(jié)果穩(wěn)定、可靠。

2.1 統(tǒng)一控制入口

一般情況下，如果要在不同的場景下執(zhí)行相同的代碼以獲取相同的功能輸出，可以使用條件判斷語句（如if-else或switchcase）在函數(shù)內(nèi)部根據(jù)場景執(zhí)行相應(yīng)的代碼。但隨著場景和功能模塊的增多，這種方式會導(dǎo)致代碼變得冗長且難以維護(hù)。

可以采用分模塊模式和適配器模式解決以上問題。按照引擎劃分模塊，每個模塊負(fù)責(zé)實現(xiàn)一個引擎的功能，模塊之間相互獨(dú)立，但是又遵循相同的規(guī)范（函數(shù)名、傳參、返回值）來實現(xiàn)對應(yīng)的功能[3]。這樣，每個模塊就可以獨(dú)立開發(fā)和維護(hù)。最后，通過一個控制類來進(jìn)行模塊控制和操作流程的控制。

具體實現(xiàn)中還會用到策略模式，即每個子模塊都有一個用來管理子模塊的策略類，每個策略類都實現(xiàn)了相同的接口。同時，還建議使用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，如JSON。通過使用JSON作為場景加載數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式，可以簡化數(shù)據(jù)的解析和處理。這樣，在不同的場景下，我們只需要使用不同的JSON數(shù)據(jù)來加載對應(yīng)的模塊即可。

在實際編程中，我們應(yīng)該注重代碼的可讀性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和可復(fù)用性?？刂祁怱ampleApp實現(xiàn)示例如下：

在控制類中，SampleApp.open()函數(shù)采用了策略模式，通過傳入標(biāo)準(zhǔn)化的場景加載參數(shù)，調(diào)用SampleApp.getScene()，獲取對應(yīng)的場景策略類，獲取該模塊的控制入口。然后將該控制入口交給SampleApp.Scene代理，最終通過代理執(zhí)行子模塊open()方法加載對應(yīng)場景。SampleApp.Scene作為子模塊的代理，使用了代理模式，在后續(xù)操作中可以很方便地操作子模塊，同時還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。

2.2 統(tǒng)一工具和統(tǒng)一API

引擎中的組成部分可以劃分為兩個部分：工具和API。API提供了執(zhí)行操作或返回所需內(nèi)容的接口，而工具則是通過鼠標(biāo)等輸入設(shè)備與場景進(jìn)行交互，以實現(xiàn)操作和輸出的交互方式。工具是API的一種應(yīng)用場景，例如測量、剖切等，使得與場景進(jìn)行交互更為便捷。

2.3 統(tǒng)一工具的處理方式

工具是指用于與場景進(jìn)行交互的功能模塊，如測量和剖切。這些工具可以啟動和銷毀，因此在工具的父類Tool中，我們可以定義抽象函數(shù)start和cancel，并由子類進(jìn)行繼承和重寫以實現(xiàn)工具的啟動和結(jié)束。為了在工具啟動前和結(jié)束后能夠執(zhí)行一些操作，我們增加了run和end函數(shù)，在這兩個函數(shù)中去執(zhí)行相關(guān)操作。這樣的設(shè)計可以采用模板方法模式，將具體實現(xiàn)交給子類，同時保證父類中的算法結(jié)構(gòu)不變。同時，將工具類抽象出來，利用工廠方法模式創(chuàng)建具體的工具實例，以實現(xiàn)靈活的工具管理和使用。示例代碼如下：

在實現(xiàn)具體工具時，除了繼承實現(xiàn)父類中定義的抽象函數(shù)：啟動和結(jié)束，還需要為該類添加一個靜態(tài)屬性toolId，用于標(biāo)識工具的唯一ID。這個ID將作為工具注冊和獲取的關(guān)鍵信息，可以通過工具注冊類實現(xiàn)注冊和獲取功能。工具代碼示例如下：

我們可以通過工具注冊類來管理工具。在這個類中，我們將所有的工具維護(hù)在一個映射集合中，使用工具的唯一標(biāo)識toolId作為映射的鍵值，將工具實現(xiàn)類作為映射的值記錄進(jìn)map集合中。當(dāng)我們需要運(yùn)行某個工具時，可以通過SampleApp.tools.run(toolId)方法獲取對應(yīng)的工具實例，然后執(zhí)行工具內(nèi)部的run方法，該方法默認(rèn)繼承自工具父類。使用工具注冊類的優(yōu)點(diǎn)在于可以動態(tài)添加和刪除工具，從而更好地管理和維護(hù)工具集合。另外，工具的具體實現(xiàn)和管理被分離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。工具注冊類實現(xiàn)示例如下：

2.4 統(tǒng)一API設(shè)計

在設(shè)計類似功能的API時，不同的引擎有不同的設(shè)計方式，例如參數(shù)和返回值，這將導(dǎo)致很大的差異。因此，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化API對提高Web端多維圖形引擎的效率和質(zhì)量至關(guān)重要。

在具體實施中，為了實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化接口，按照相同的函數(shù)名、參數(shù)形式和返回值來設(shè)計不同子模塊中的API。以三維引擎中常用的相機(jī)為例，即使每個引擎采用的坐標(biāo)系相同，但對API的開放程度和實現(xiàn)上也有很大差別。為了解決這一問題，在每個子模塊的Camera類中，需要統(tǒng)一實現(xiàn)獲取相機(jī)參數(shù)的方法getCameraParams。該方法不需要入?yún)?，但返回結(jié)果需要統(tǒng)一，使用通用的經(jīng)緯度作為坐標(biāo)的格式，并將弧度制作為角度的單位格式，以保證返回值數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。對應(yīng)的設(shè)置相機(jī)參數(shù)方法稱為flyTo，它只接收getCameraParams返回的數(shù)據(jù)格式，在函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為當(dāng)前引擎所需的數(shù)據(jù)類型。至此，在后續(xù)使用中，可以執(zhí)行同一行代碼來獲取或設(shè)置相機(jī)參數(shù)，不必考慮打開的是哪個引擎的場景。下面是相機(jī)類的實現(xiàn)示例：

3 結(jié)束語

在Web端對多種圖形引擎進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計對數(shù)字化項目的研發(fā)和實施有很多實際意義。通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，降低二次開發(fā)人員的引擎接口的學(xué)習(xí)成本，提高引擎接口的兼容性，提升開發(fā)效率和質(zhì)量。同時一致的接口，一致的前端組件，還可以統(tǒng)一系統(tǒng)的UI和交互，提高用戶體驗。