1 引言 设计活动不仅具备创造性和智能性, 而且具备群体性和协作性. 目前以交互式图形系统和分析计算为主的CAD系统, 仅能支持单个设计者的独立设计和人机交互. 随着计算机支持的协同工作(CSCW)的出现和快速发展, CAD不仅是一个设计计算, 图形处理和智能推理工具, 而且又是一个支持群体间通讯和协作的”人人交互”工具, 从而跨越CAD技术的鼻祖,MIT的I. E. Sutherland博士在其具有里程碑意义的Sketchpad系统中所提出的”人机图形通讯”的CAD基本框架[1].

本文在分析了协同设计中相关协作支持技术研究现状和现有协作支持工具和协同图形编辑/设计系统存在的问题和不足的基础上, 提出了一种用协作支持工具软件CoCADToolAgent改造商品化CAD系统来开发CSCD系统的新思路和总体技术路线, 并给出有效的关键实施技术. 作为本方法的一个应用实例, 成功地将传统人机交互式CAD系统AutoCAD转变为网络环境下支持人人交互的CSCD原型系统, 直接支持工业标准的矢量图形的协同设计, 从而兼顾了协作性能和应用功能.

2 相关协作支持技术分析

1959年MIT在开始对CAD技术进行研究时, 提出传统CAD系统的三大目标: 人机对话, 基于图形的人机对话和模拟人类设计专家. 从CAD技术40年的发展来看, 人机对话的基本目标已经完全实现, 模拟人类设计专家的高级目标在特定领域部分或者简单实现, 而基于图形的人机交互则得到广泛应用, 并不断发展. 同样, 在计算机支持协同设计(CSCD)领域, 基于图形的人人交互协作技术也是现阶段一个重要的研究方面, 这是由于: ①基于知识共享的协作模式来模拟人类设计专家群体. 有些初步的探索[2], 用认知式Agent模拟和取代人类设计专家群体, 目标相当高, 还有待人工智能和协同科学的的突破; ②基于场景和多媒体人人交互[3]. 采用最自然的方式来支持人人交互, 更依赖于高速多媒体通讯网络等硬件的支持; ③基于文本和超文本的人人交互[4]. 主要采用半结构化方式来支持人人交互. 由于WWW的快速发展, 正向超媒体发展, 一些研究虽然采用了Web交互界面, 但已经不属于超文本半结构类型, 而应归于基于图形的人人交互领域; ④基于图形人人交互. 采用结构化的方法支持人人交互, 虽有一些以Distributed Sketchpad为代表的CSCD原型系统,协同图形编辑/设计系统等[5], 但仍然缺乏将CSCW系统优良的协作性能同传统CAD系统强大的图形处理能力,兼容性和开放性结合起来的方法, 有待深入研究.

现有协作支持工具可以分为两类: ①通用协作支持工具. 例如Microsoft的NetMeeting, 利用应用共享机制对单用户应用程序进行共享, 截取单用户系统输入/输出界面, 严格地按照"WYSIWIS"方式提供显示级的界面共享, 仅支持发言权协作模式, 协作性能差; ②专用协作支持工具. 例如密西根大学的DistEdit仅能支持协同文本编辑, 而且需要特定第三方通讯软件和编辑器源代码的支持[6]. We cope公司基于web的CAD协作支持工具, 具备无线因特网连接能力, 但它需要把CAD对象(3D模型/2D工程图形)转换成JAVA对象. AutoDesk公司为适应WWW的快速发展所推出的DWF数据格式及其配套的浏览工具WHIP!, 仅能在web浏览器上进行单向的CAD图形发布,浏览和打印, 不能有效支持实时交互协同图形设计.

现有协同编辑/绘图系统基本上可以划分为三种类型: ①协同文本编辑系统又称合著系统. 通常集成了文本,简单图形,语音,视频等多媒体信息; ②白板类系统. 例如CATIA公司提供的白板工具只能支持对CATIA模型所转换的图像进行同步观察和注解(viewing and a otating). 这类系统在将图形格式转换成图象格式时, 不仅矢量化信息彻底丢失, 而且原有图形数据库的数据结构和各种扩展数据信息也不复存在, 只适用于草拟和批注; ③协同绘图系统或者改进型白板等系统支持自定义的矢量图形格式. 但是所支持的图形对象的类型,对象的属性和图形对象的编辑操作等图形应用功能比起图形CAD系统有明显差距, 而且与目前流行CAD系统图形数据库格式不兼容, 还是难以适应复杂的CAD图形设计任务.

3 协作支持工具的总体技术路线与关键实施技术

Fig. 1 Total technique method
图1 总体技术路线

鉴于这种现状, 本文提出了直接基于流行商品化CAD系统上利用协作支持工具CoCADToolAgent开发CSCD系统的新思路, 其总体技术路线见图1, 关键实施技术如下.

3.1 协作框架及其通讯支持

当前CSCW/CSCD系统主要采用两类基本协作框架: 透明协作和明确协作 [7]. 前者复用了单用户CAD系统的图形处理功能, 兼容了现有CAD系统的数据格式, 但协作性能差. 后者虽然强调了协作性能, 但是应用功能弱. 因此, 本文提出了一种协作性能与应用功能并重新的协作框架及其通讯支持方法.

(1) 该协作框架采用一种偏复制式混合体系结构, 与完全意义上的分散式体系结构和严格意义上Client/Server结构均不同, 是一种偏复制式的混合体系结构, 将数据,应用和并发控制加以配置. 服务器端采用多服务器结构, 由全局信息服务器¸通讯转发服