基于分層模型的古建筑文物展示平臺(tái)研究

梁 弼，劉篤晉

(四川文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 達(dá)州 635000)

基于分層模型的古建筑文物展示平臺(tái)研究

梁 弼，劉篤晉

(四川文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 達(dá)州 635000)

由于傳統(tǒng)古建筑文物展示方式無(wú)法滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)外參觀者的需求，因此文中源于MVC思想和經(jīng)典三層架構(gòu)提出了一種新的六層架構(gòu)分層模型，即表示層、控制層、域模型層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和數(shù)據(jù)層，并將S2SH輕量級(jí)框架技術(shù)和Ajax前端技術(shù)融合到各層構(gòu)建了古建筑文物展示平臺(tái)的架構(gòu)，然后結(jié)合Web3D等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了該平臺(tái)。實(shí)際開發(fā)表明，基于該分層模型所構(gòu)建的古建筑文物展示平臺(tái)具有良好的擴(kuò)展性、維護(hù)性和交互性，有效改變了古建筑文物的傳播方式，讓國(guó)內(nèi)外參觀者足不出戶就能欣賞到中國(guó)各地著名的古建筑文物。

六層架構(gòu)；古建筑文物；MVC思想；AS2SH；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言

古建筑文物是歷史文化的載體，也是歷史文明最真實(shí)的記錄，它作為中華民族五千年歷史的見證者，不僅具有較高的藝術(shù)價(jià)值和文化價(jià)值，還標(biāo)志著中國(guó)歷史的發(fā)展與進(jìn)步以及古人的智慧和才能，如綿延萬(wàn)里的長(zhǎng)城，建于隋代的安濟(jì)橋，明清兩代的故宮，成都的武侯祠，達(dá)州的渠縣漢闕等?？梢院敛贿^分地說,古建筑文物的造型在一定程度上體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的國(guó)力，自然應(yīng)該使用現(xiàn)代新興技術(shù)加以展示、推廣和傳承，讓更多國(guó)內(nèi)外人士了解和認(rèn)識(shí)中國(guó)各式各樣的古建筑文物及歷史文化[1]。

然而，傳統(tǒng)古建筑文物的展示方式由于受到時(shí)間和空間限制,已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代國(guó)內(nèi)外參觀者的需求。伴隨著現(xiàn)代信息傳播方式的發(fā)展，古建筑文物網(wǎng)站，數(shù)字化古建筑文物、虛擬古建筑文物以及智慧古建筑文物等正在被探索與實(shí)踐。

文中采用一種改進(jìn)的Web分層模型，并有效結(jié)合Ajax、S2SH和XML等主流技術(shù)，同時(shí)融合Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)構(gòu)建了古建筑文物展示平臺(tái)。其目的是使古建筑文物傳播方式有跨越式的進(jìn)步，讓國(guó)內(nèi)外參觀者足不出戶就能欣賞到中國(guó)各地著名的古建筑文物，并產(chǎn)生身臨其境的感受。

1 分層模型設(shè)計(jì)

目前主流的軟件體系架構(gòu)是三層架構(gòu)，即表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。這種典型的三層架構(gòu)只適用于小規(guī)模的軟件開發(fā)，而對(duì)于中大規(guī)模軟件研究及開發(fā)已經(jīng)顯得力不從心[2]。為了充分體現(xiàn)軟件分而治之的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)軟件高內(nèi)聚低耦合的目標(biāo)，文中將MVC思想和經(jīng)典三層架構(gòu)有效結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建了六層Web應(yīng)用架構(gòu)的分層模型，即表示層、控制層、域模型層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)層，具體如圖1所示。

圖1 分層模型

在此分層模型中，表示層負(fù)責(zé)與用戶交互，并把用戶提交的請(qǐng)求信息傳遞給控制層；控制層負(fù)責(zé)對(duì)傳遞過來(lái)的用戶請(qǐng)求進(jìn)行分發(fā)派遣，但它不包含任何業(yè)務(wù)邏輯處理；業(yè)務(wù)邏輯層專門用于實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯功能；數(shù)據(jù)持久層用于建立和管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接，完成對(duì)數(shù)據(jù)的CRUD操作；底層的數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)記錄的存儲(chǔ)管理；域模型層對(duì)傳遞在不同層之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)粗粒度傳遞。該分層模型融入Ajax的Web應(yīng)用模型設(shè)計(jì)思想，采用異步通信方式，有力提高了數(shù)據(jù)訪問效率[3]。同時(shí)，每一層對(duì)上層提供服務(wù)，對(duì)下層也是一個(gè)服務(wù)的對(duì)象，各層之間有條不紊地協(xié)助完成任務(wù)。

2 古建筑文物展示平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)層次架構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件體系架構(gòu)是構(gòu)建軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是一系列相關(guān)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抽象模式，用于指導(dǎo)軟件系統(tǒng)各個(gè)方面的設(shè)計(jì)[4-5]。文中基于上述分層模型，設(shè)計(jì)的古建筑文物展示平臺(tái)的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)層次架構(gòu)圖

其中通過Html或JSP來(lái)完成古建筑文物展示平臺(tái)的表示層，并將Css/Div、JavaScript、DOM、XMLHttp等Ajax前端技術(shù)融合進(jìn)來(lái)，實(shí)現(xiàn)了請(qǐng)求信息的異步處理和頁(yè)面動(dòng)態(tài)局部更新，進(jìn)而增強(qiáng)用戶體驗(yàn)[6]；而展示平臺(tái)的控制層使用Struts2輕量級(jí)框架技術(shù)來(lái)負(fù)責(zé)，完成對(duì)用戶請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)工作；業(yè)務(wù)邏輯層通過Spring的IoC容器來(lái)有效管理業(yè)務(wù)Bean，并簡(jiǎn)化JavaBean代碼的編寫；同時(shí)，展示平臺(tái)的數(shù)據(jù)持久層使用基于ORM思想的Hibernate來(lái)進(jìn)行，以純粹的面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；而數(shù)據(jù)層則通過常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)工具SQL Server來(lái)完成，最后的域模型層使用簡(jiǎn)單的POJO來(lái)封裝[7]。

這樣的分層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了軟件的合理分工，進(jìn)而使古建筑文物展示平臺(tái)后期的開發(fā)和維護(hù)工作更為方便、快捷。

2.2 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

該古建筑文物展示平臺(tái)主要由兩部分構(gòu)成：一部分是前臺(tái)，另一部分則為后臺(tái)。其中前臺(tái)是面向普通用戶提供的服務(wù)，主要有欣賞古建筑文物，漫游古建筑文物，在線觀賞古建筑文物視頻以及對(duì)古建筑文物進(jìn)行評(píng)論等功能；后臺(tái)主要完成對(duì)古建筑文物信息的管理，包括資料管理、場(chǎng)景漫游管理、視頻和新聞信息管理等，以及通過推薦算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)為不同用戶推薦其可能喜好的古建筑文物等。具體功能模塊設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)圖

其中，頁(yè)面基類子模塊包括了用戶基本信息、模塊權(quán)限驗(yàn)證和頁(yè)面錯(cuò)誤處理，模塊權(quán)限驗(yàn)證主要是驗(yàn)證不同模塊的權(quán)限，并將其分配給不同權(quán)限的用戶，而頁(yè)面錯(cuò)誤處理是對(duì)訪問出錯(cuò)的頁(yè)面進(jìn)行統(tǒng)一的跳轉(zhuǎn)處理。普通用戶子模塊中古建筑文物百科是對(duì)古建筑文物相關(guān)文化知識(shí)進(jìn)行介紹，使用戶對(duì)古建筑文物有初步的了解和認(rèn)識(shí)；古建筑文物欣賞是讓用戶多角度全方位來(lái)觀賞各種各樣的古建筑文物；古建筑文物查詢能實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)自己感興趣的古建筑文物查詢，可以進(jìn)行關(guān)鍵字查詢或者模糊查詢等；古建筑文物評(píng)論是指當(dāng)用戶觀賞完古建筑文物后可以通過文字或者語(yǔ)音方式來(lái)發(fā)表自己的評(píng)論等。管理員子模塊除了包含對(duì)古建筑文物相關(guān)內(nèi)容的管理外還包含了對(duì)用戶信息和權(quán)限的分配管理等。而且本平臺(tái)功能設(shè)計(jì)的最大特色在于加入了古建筑文物全景漫游功能以及主動(dòng)推薦服務(wù)功能，這樣使身處世界各地的參觀者足不出戶就能快速地在線欣賞甚至漫游自己喜好的中國(guó)古建筑文物，實(shí)現(xiàn)與中國(guó)古建筑文物及文化零距離的接觸。

3 古建筑文物展示平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

開發(fā)該古建筑文物展示平臺(tái)所需硬件配置主要包括高檔微機(jī)(CPU類型：酷睿I7處理器，主頻：2.0 GHz，內(nèi)存類型：DDR3，內(nèi)存容量：4 GB，獨(dú)立顯卡，且顯存容量獨(dú)立2 GB)、數(shù)碼相機(jī)(或全景拍攝器)、掃描儀(或數(shù)字化儀)等。軟件配置為Microsoft Windows 8，SQL Server 2008以及S2SH框架所需的環(huán)境，如JKD 1.7，MyEclipse 8.5，Struts2，Spring 2，Hibernate 3，jQuery 2.1，Tomcat 6.0等，還有其他一些軟件，如Microsoft Excel 2010，Photoshop 6，Dreamweaver 8，F(xiàn)lash 10，Panorama Studio Pro V2等。

平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)過程按照上述設(shè)計(jì)思路依次進(jìn)行，其中域模型層使用POJO類來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的封裝，該類只含有與之對(duì)應(yīng)的屬性及get/set方法，而數(shù)據(jù)層則使用傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server 2008來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。以下主要論述六層中關(guān)鍵的四層即表示層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層的具體實(shí)現(xiàn)。

3.1 平臺(tái)表示層實(shí)現(xiàn)

表示層主要通過Ajax及JSP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中Ajax是一種新的創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)，這種技術(shù)通過在客戶端和服務(wù)器間傳輸少量的數(shù)據(jù)，可以使網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)異步更新，這意味著可以在不重新加載整個(gè)頁(yè)面的情況下對(duì)網(wǎng)頁(yè)的某部分進(jìn)行更新，即所謂的局部更新，進(jìn)而為用戶提供更及時(shí)的體驗(yàn)。它本質(zhì)是一種RIA的應(yīng)用，但不是一種新的編程語(yǔ)言，其核心是JavaScript對(duì)象XmlHttp[8]。因此該平臺(tái)的前端頁(yè)面主要使用Ajax，并且使用jQuery.ajax()方法很好地實(shí)現(xiàn)前端和后臺(tái)的異步通信，避免了同步通信停滯等待的情況發(fā)生。而JSP是一種動(dòng)態(tài)頁(yè)面技術(shù)，它主要目的是將表示邏輯從Servlet中分離出來(lái)，其本質(zhì)是一個(gè)簡(jiǎn)化了的Servlet設(shè)計(jì)，所以該平臺(tái)后臺(tái)的表示邏輯則使用它來(lái)完成。為了讓參觀者能在線欣賞古建筑文物全景，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，文中有效融合Web3D前端技術(shù)實(shí)現(xiàn)了古建筑文物三維場(chǎng)景漫游，其核心代碼如下：

…………

3.2 平臺(tái)控制層實(shí)現(xiàn)

Struts2是Apache提供的一個(gè)開源框架，是在Struts1和WebWork的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行合并的全新的MVC框架，并允許使用普通的、傳統(tǒng)的Java對(duì)象作為Action，因此Action編寫簡(jiǎn)單且易于測(cè)試[9]。Struts2底層以WebWork為核心，采用基于AOP思想的攔截器機(jī)制來(lái)處理用戶請(qǐng)求。這樣的設(shè)計(jì)使得業(yè)務(wù)邏輯控制器能夠與Servlet API完全脫離開，因此該平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯控制部分即控制層使用Struts2來(lái)完成。而且Struts2具有更強(qiáng)大、更易用的輸入驗(yàn)證功能，并能很好地支持多種表示層技術(shù)(如Ajax、JSP等)，所以它能有效地將該平臺(tái)的表示層和控制層進(jìn)行集成，有機(jī)地實(shí)現(xiàn)兩層之間的數(shù)據(jù)通信，如表示層中用戶登陸時(shí)發(fā)送的身份校驗(yàn)信息進(jìn)入控制層后進(jìn)行處理的重要代碼如下[10]：

……public class UserAction {

@Resource private UserService userService;

@Resource private UserInfoService userInfoService;

private String userId,userPwd; 省略屬性的getter/setter方法……

public String LoginVerification(){

String loginMassage="";

if(userId.equals("")||userId.equals(null)|| userPwd.equals("")||userPwd.equals(null)){

loginMassage="賬號(hào)或密碼不能為空！";}

else{

int id=Integer.parseInt(userId);

User user= userService.getUserByIdAddPwd(id, userPwd); if(user!=null){

ActionContext.getContext().getSession().put("nowLoginUser",user);

return "index";}

loginMassage="賬號(hào)和密碼不匹配！";}

ActionContext.getContext().getSession().put("loginMassage",loginMassage);

return "login";

}……

}……

3.3 平臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)

Spring是目前主流的一種輕量級(jí)應(yīng)用程序框架，由Rod Johnson在其著作《Expert One-One J2EE Development and Design》中闡述的部分理念和原型衍生而來(lái)，它由Spring Core、Spring AOP、Spring Context、Spring DAO、Spring ORM、Spring Web和Spring Web MVC七個(gè)模塊組成，其中最核心的是Spring Core模塊。Spring框架目的是簡(jiǎn)化傳統(tǒng)J2EE開發(fā)過程，讓開發(fā)者只關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，而不是框架本身。其首要目標(biāo)是讓用戶使用POJO作為工作重心，而不是如EJB特殊對(duì)象等，通過使用POJO來(lái)完成以前只能由EJB完成的事情，因此它的重要精髓在于能夠使用POJO參與到企業(yè)服務(wù)當(dāng)中[11]。Spring最重要的作用是使用一致、高效的方法開發(fā)應(yīng)用程序，并整合各種優(yōu)秀的框架(如Struts2或Hibernate)，使之能夠在統(tǒng)一框架中開發(fā)優(yōu)秀的應(yīng)用程序。由于Spring是一種應(yīng)用程序框架，因此它貫穿于整個(gè)應(yīng)用程序的各個(gè)層面當(dāng)中，在整個(gè)展示平臺(tái)及六層架構(gòu)模型中都起到了舉足輕重的作用，其主要任務(wù)是簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)邏輯Bean的編寫及對(duì)它們的有效管理，其關(guān)鍵配置信息如下[12]：

…………

……

……

……

……

……

……

……

……

3.4 平臺(tái)數(shù)據(jù)持久層實(shí)現(xiàn)

Hibernate是一個(gè)開放源代碼的ORM框架技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)表、對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)庫(kù)表列的映射，并實(shí)現(xiàn)它們之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作[13]。Hibernate內(nèi)部其實(shí)輕量級(jí)地封裝了JDBC操作，實(shí)現(xiàn)底層對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫，上層提供了對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行保存、更新、刪除、檢索的面向?qū)ο蟮腁PI，這樣使得開發(fā)人員可以隨心所欲地使用對(duì)象編程思維來(lái)操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。而且Hibernate可以應(yīng)用在任何使用JDBC的場(chǎng)合，既可以在Java的客戶端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web應(yīng)用中使用，最具革命意義的是Hibernate可以在應(yīng)用EJB的J2EE架構(gòu)中取代CMP，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)持久化的重任[14]。由此可見，Hibernate成功地實(shí)現(xiàn)透明持久化，并以面向?qū)ο蟮腍QL封裝SQL，為開發(fā)人員提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔靈活且面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)訪問接口。所以本平臺(tái)使用Hibernate實(shí)現(xiàn)持久層，使得開發(fā)人員以面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行持久化工作，而不需在對(duì)象模型和關(guān)系模型之間轉(zhuǎn)換思維，而這種轉(zhuǎn)換則由映射文件自動(dòng)完成，其中古建筑文物AntiqueBuilding.hbm.xml核心配置如下：

……

……

……

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)古建筑文物進(jìn)行展示、保護(hù)及傳承是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作，目前文物工作者及研究人員主要通過手工人為的方式展開工作，這樣不僅消耗了大量的人力、物力，而且效果不明顯。文中利用分層設(shè)計(jì)思想，將傳統(tǒng)的Web三層架構(gòu)擴(kuò)展為六層模型，并有效結(jié)合AS2SH等主流技術(shù)構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)了古建筑文物展示平臺(tái)。實(shí)際開發(fā)證明，根據(jù)該分層模型得到的多層古建筑文物展示平臺(tái)與傳統(tǒng)的三層模型比較，具有更好的交互性、擴(kuò)展性和維護(hù)性，同時(shí)簡(jiǎn)化了程序代碼編寫，縮短了軟件開發(fā)時(shí)間，提高了軟件開發(fā)質(zhì)量，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 應(yīng)用兩種不同模型比較

而且，所開發(fā)的平臺(tái)符合當(dāng)前古建筑愛好者的需求，讓愛好者們足不出戶就能通過互聯(lián)網(wǎng)欣賞到自己喜歡的古建筑文物。這不僅對(duì)古建筑文物起到了推廣宣傳作用，而且也為保護(hù)和傳承古建筑文物奠定了基礎(chǔ)。

[1] 宋曉紅，袁 慧.三維激光掃描技術(shù)在古建筑文物保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪技術(shù)裝備,2014,16(3):40-42.

[2] 閆宏印，張衛(wèi)爭(zhēng)，劉超慧.開源框架下Web應(yīng)用分層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2008,29(23):6023-6025.

[3] 諶湘倩，狄文輝，孫 冬.基于SSH框架與AJAX技術(shù)的Java Web應(yīng)用開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009,30(10):2590-2592.

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[6] 周相兵，蘭青青，江瑜清.基于分層結(jié)構(gòu)的Web服務(wù)與Ajax整合的中間件實(shí)現(xiàn)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2008,25(11):97-99.

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[12] Song Hongwei,Liu Xuning,Lu Aiqin,et al.Design and development of practical course experiment management system[C]//Proc of the 8th international conference on computer science & education.[s.l.]:[s.n.],2013:1217-1220.

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Research on Platform of Ancient Architecture Heritage Exhibition Based on Layering Model

LIANG Bi，LIU Du-jin

(School of Computer Science,Sichuan University of Arts and Science,Dazhou 635000,China)

Because the traditional method of ancient architecture heritage exhibition cannot meet the needs of modern domestic and foreign visitors,a new six-layer architecture layering model based on the MVC idea and the classical three-layer architecture is proposed,including presentation layer,control layer,domain model layer,business logic layer,data persistence layer and data layer.It constructs the architecture for the platform of ancient architecture heritage exhibition by integrating the S2SH lightweight framework technology and Ajax front-end technology to each layers of the model in this paper,then combines with Web3D and other technologies to implement the platform of ancient architecture heritage exhibition.The actual development indicates the platform based on this model performs well in expansibility,maintenance and interactivity,which changes the method of transmission of ancient architecture heritage and makes the domestic and foreign visitors at home to appreciate the famous ancient architecture heritage in China.

six-layer architecture；ancient architecture heritage；MVC idea；AS2SH；design and implementation

2015-07-19

2015-10-20

時(shí)間：2016-03-22

2014年國(guó)家檔案局科技項(xiàng)目(2014-X-65)；2016年四川省教育科研一般項(xiàng)目(16ZB0362)

梁 弼(1982-)，男，講師，碩士，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚砼c應(yīng)用軟件。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160322.1522.086.html

TP311

A

1673-629X(2016)04-0127-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.04.028