一種基于Virtools平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)插件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李　瑞　徐承志

(湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院　湖北 武漢 430068)

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一種基于Virtools平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)插件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李瑞徐承志

(湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院湖北 武漢 430068)

摘要針對(duì)Virtools平臺(tái)中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案存在的配置Virtools Server復(fù)雜、開(kāi)發(fā)不便、維護(hù)困難等問(wèn)題，提出一種基于Virtools SDK和ADO技術(shù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫(kù)插件開(kāi)發(fā)方案。基于該方案開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)插件具有較強(qiáng)的可重用性，具備靈活的數(shù)據(jù)庫(kù)連接方式和完備的訪問(wèn)機(jī)制。實(shí)踐證明，該方案擴(kuò)展了Virtools訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，對(duì)比Virtools自帶的Virtools Server，具有更高的訪問(wèn)效率、更簡(jiǎn)潔的訪問(wèn)流程，使得數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作更加便利。

關(guān)鍵詞Virtools ServerVirtools SDKADO

0引言

Virtools是一款應(yīng)用廣泛的3D環(huán)境與事件交互的開(kāi)發(fā)軟件，Virtools平臺(tái)包括一個(gè)腳本編輯器、一個(gè)行為引擎、一個(gè)渲染引擎、一個(gè)Web播放器和一組軟件開(kāi)發(fā)包(SDK)[1,2]。Behavior Building Block(BB)是用來(lái)執(zhí)行特定動(dòng)作的可視化功能模塊，開(kāi)發(fā)人員透過(guò)可視化的開(kāi)發(fā)界面，以類似流程圖的方式拖放行為模塊BB到需要的對(duì)象上，最終可建構(gòu)起豐富的交互式應(yīng)用程序[3,4]。然而正是由于該軟件在多領(lǐng)域的適用性，造成該軟件在某些功能設(shè)計(jì)上無(wú)法精細(xì)，比如：Virtools自帶的操作數(shù)據(jù)庫(kù)BB就需要用戶具有較高的專業(yè)背景，和較高的操作技巧，導(dǎo)致用戶使用起來(lái)不太方便。這時(shí)可以通過(guò)Virtools SDK 開(kāi)發(fā)出輕量級(jí)的BB模塊來(lái)完成相同的工作。

本文作者參與國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目—“基于虛擬校園的軟件生態(tài)系統(tǒng)研究”，由于該項(xiàng)目中包含大量的建筑物、用戶、相關(guān)活動(dòng)等數(shù)據(jù)信息，處理數(shù)據(jù)的操作也相對(duì)復(fù)雜，因此根據(jù)項(xiàng)目需要，作者自主開(kāi)發(fā)了輕量級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)BB插件。

1Virtools自帶BB的缺陷

利用Virtools平臺(tái)自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)BB訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，要安裝自帶的服務(wù)器組件Virtools Server：這是架構(gòu)在TCP/IP協(xié)議上的C/S系統(tǒng)，專門(mén)針對(duì)Virtools軟件在網(wǎng)絡(luò)層上的應(yīng)用[5]。訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟：

① 配置Virtools Server。

② 將ODBC數(shù)據(jù)源綁定到Virtools Server端。

③ 通過(guò)“Connect to Server” BB連接Virtools Server；并用“getfromDatabase”, “ExecuteSQL Statement”等數(shù)據(jù)庫(kù)BB執(zhí)行相關(guān)操作。

Virtools Server工作的主要目的是給Virtools的開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)能夠與網(wǎng)絡(luò)上的其他用戶或是服務(wù)器溝通的界面，所有的資料交換動(dòng)作都必須通過(guò)Virtools Server來(lái)進(jìn)行。基于Virtools和Virtools Server的系統(tǒng)對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，安裝過(guò)程十分繁瑣，需要先進(jìn)行Virtools Server的安裝、配置和啟動(dòng)，系統(tǒng)才能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。這不僅會(huì)加重系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，降低人機(jī)的友好程度，使得系統(tǒng)的靈活性受到了一定的限制。為了解決這一問(wèn)題，可以利用Virtools SDK進(jìn)行自主BB插件開(kāi)發(fā)。

2Virtools SDK及BB插件開(kāi)發(fā)概述

2.1Virtools SDK

Virtools SDK處于Virtools的最底層，提供了Virtools軟件所有的底層函數(shù)，通過(guò)SDK開(kāi)發(fā)BB插件(Behavior Plug-in)，可以很容易地訪問(wèn)Virtools API，并可直接使用這些功能函數(shù)編寫(xiě)相關(guān)組件，同時(shí)還可以擴(kuò)展Virtools引擎[6]。其插件開(kāi)發(fā)架構(gòu)圖如圖 1所示。其中，Virtools SDK關(guān)鍵部分是行為庫(kù)(CK2)和數(shù)學(xué)庫(kù)(VxMath)。數(shù)學(xué)庫(kù)提供底層的函數(shù)；行為庫(kù)提供 SDK 開(kāi)發(fā)時(shí)的基本規(guī)范，并且負(fù)責(zé)組織和管理其他引擎模塊[7]。

圖1　插件開(kāi)發(fā)架構(gòu)圖

2.2BB插件的開(kāi)發(fā)過(guò)程

BB插件的開(kāi)發(fā)過(guò)程一共分3個(gè)步驟：

① 配置開(kāi)發(fā)環(huán)境。Virtools SDK的版本對(duì)編譯環(huán)境有不同的要求，首先選擇相應(yīng)的VS版本，然后導(dǎo)入Virtools SDK頭文件和類庫(kù)即可。

② BB的功能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)向?qū)葿B代碼框架，然后根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求在其中插入邏輯代碼。

③ 編譯生成BB。編寫(xiě)、調(diào)試完畢，生成Behavior Plug-in(.dll文件)，將其拷貝到項(xiàng)目工程中的Building Blocks目錄中即可使用[8]。

下面介紹BB插件的具體設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

3輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)插件開(kāi)發(fā)

3.1ADO技術(shù)

為了避免使用Virtools Server而產(chǎn)生的繁瑣過(guò)程，并使訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作更加簡(jiǎn)單靈活，可以采用封裝了ADO技術(shù)的BB來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

ADO是為Microsoft最新和最強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口OLE DB[9]而設(shè)計(jì)的，是一個(gè)便于使用的應(yīng)用程序?qū)印LE DB為任何數(shù)據(jù)源都提供了高性能的訪問(wèn)，但使用時(shí)候需要添加很多代碼，使用復(fù)雜。ADO 是高層數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，相對(duì)于ODBC來(lái)說(shuō)，具有速度快、面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)[10]。

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)插件框架設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)插件的框架共有三個(gè)模塊：Connection模塊(取得數(shù)據(jù)庫(kù)連接)，Operation模塊(操作數(shù)據(jù)庫(kù))，Disconnection模塊(斷開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)連接)。這三個(gè)模塊的關(guān)系框架如圖 2所示。

圖2　數(shù)據(jù)庫(kù)插件框架圖

為了提高訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)BB模塊操作的效率，需要這三個(gè)模塊可以共享_ConnectionPtr這個(gè)連接數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，而不必在每個(gè)BB中都要進(jìn)行一次數(shù)據(jù)源的連接。但是Virtools SDK只有類似String、Int、Float等基本類型的參數(shù)，并沒(méi)有_ConnectionPtr這個(gè)智能指針類型，因此用普通的參數(shù)輸出方法就無(wú)法達(dá)到這種效果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以將_ConnectionPtr對(duì)象存入線性容器——“連接池”。

連接池的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct

{_ConnectionPtr m_pConnection;

//智能指針對(duì)象

bool IsConnected;

//標(biāo)記數(shù)據(jù)源是否連接

}ConnectionPool;

ConnectionPool ConP[MAX];

//存放連接對(duì)象的一維數(shù)組

然后在每個(gè)BB工程文件中用共享變量的方式來(lái)申明這個(gè)連接池對(duì)象(使用external關(guān)鍵字)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)_ConnectionPtr智能指針在多個(gè)BB之間的共享，而且可以同時(shí)連接多個(gè)數(shù)據(jù)源。該連接池的效果如圖3所示。

圖3　_ConnectionPtr對(duì)象連接池

3.3插件的實(shí)現(xiàn)

(1) Connection模塊

Connection BB的功能是建立數(shù)據(jù)源的連接。其設(shè)計(jì)如圖4所示，其參數(shù)說(shuō)明如表1所示。

圖4　Connection BB

參數(shù)類型參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型參數(shù)作用InstrConString連接數(shù)據(jù)源的字符串InUIDString用戶名InPWDString密碼OutInfoString連接操作反饋后的結(jié)果OutIndexint生成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)源的索引

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

① 從輸入端(In)獲得數(shù)據(jù)源的連接字符串(strCon)，用戶名(UID)，密碼(PWD)這三個(gè)參數(shù)。

② 從連接池中取出一個(gè)斷開(kāi)狀態(tài)的_ConnectionPtr對(duì)象，調(diào)用Open()方法，并利用第一步中的三個(gè)參數(shù)建立目標(biāo)數(shù)據(jù)源的連接。

③ 如果連接成功，則返回該數(shù)據(jù)源的索引，設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息為”Success”，并觸發(fā)”Success”出口；否則設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息為”Failed”，并觸發(fā)”Failed”出口。

(2) Operation模塊

Operation模塊共包含兩個(gè)BB：ExecuteSQL BB和SelectSQL BB。ExecuteSQL BB執(zhí)行的是DDL(數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言)和DML(數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言)，其中DDL包括CREATE DATABASE、CREATE TABLE、ALTER TABLE等操作，DML包括UPDATE、INSERT、DELETE等操作；SelectSQL BB執(zhí)行的是DQL(數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言),包括SELECT等操作[11]。

ExecuteSQL BB的設(shè)計(jì)如圖 5(a)所示，其參數(shù)說(shuō)明如表2所示。

圖5　Operation模塊

參數(shù)類型參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型參數(shù)作用InIndexint目標(biāo)數(shù)據(jù)源的索引InDDL/DMLString執(zhí)行的SQL語(yǔ)句OutInfoString執(zhí)行操作反饋的結(jié)果

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

① 從輸入端(In)獲得要訪問(wèn)數(shù)據(jù)源的索引(Index)和待執(zhí)行的SQL語(yǔ)句(DDL/DML)。

② 利用索引在連接池中獲得與目標(biāo)數(shù)據(jù)源的連接對(duì)象(_ConnectionPtr)，調(diào)用此對(duì)象的Execute方法執(zhí)行SQL。

③ 如果執(zhí)行成功，設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息”ExecuteSQL success”，并觸發(fā)”Success”出口；否則，設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息”ExecuteSQL Failed”，并觸發(fā)”Failed”出口。

SelectSQL BB的設(shè)計(jì)如圖 5(b)所示，其參數(shù)說(shuō)明如表3所示。表中，DataArray是個(gè)類似數(shù)據(jù)庫(kù)中表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，列定義了數(shù)據(jù)類型，行包含對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型的值。

表3　SelectSQL BB參數(shù)說(shuō)明

(3) Disconnection模塊

Disconnection BB的功能是斷開(kāi)數(shù)據(jù)源連接，避免資源浪費(fèi)。其設(shè)計(jì)如圖6所示，其參數(shù)說(shuō)明如表4所示。

圖6　Disconnection BB

參數(shù)類型參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型參數(shù)作用InIndexint目標(biāo)數(shù)據(jù)源的索引OutInfoString執(zhí)行操作反饋的結(jié)果

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

① 從輸入端(In)獲得要斷開(kāi)數(shù)據(jù)源的索引(Index)。

② 利用索引在連接池中獲得目標(biāo)數(shù)據(jù)源的連接對(duì)象(_ConnectionPtr)，調(diào)用此對(duì)象的Close()方法。

③ 如果執(zhí)行成功，設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息”This datasourse has already disconnected”，并觸發(fā)”Success”出口；否則，設(shè)置輸出參數(shù)(Out)的反饋信息”Unknown Error”，觸發(fā)”Failed”出口。

4實(shí)現(xiàn)效果及對(duì)比分析

4.1插件應(yīng)用

圖7所示為“基于虛擬校園的軟件生態(tài)系統(tǒng)研究”項(xiàng)目中加載數(shù)據(jù)庫(kù)中建筑物信息到Array中的腳本程序。設(shè)置數(shù)據(jù)源的連接字符串為“Provider = Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source = VirtualSchool.mdb”; 因?yàn)锳ccess數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有用戶名和密碼，所以UID和PWD都設(shè)置為空。這樣就可以取得VirtualSchool.mdb數(shù)據(jù)源連接，同時(shí)Connection BB就將得到的數(shù)據(jù)源索引傳入到SelectSQL BB的Index輸入?yún)?shù)，將SQL語(yǔ)句設(shè)為“select * from BuildingInfo”，就可以得到BuildingInfo表中所有的內(nèi)容，并將其保存到TargetArray中，圖8所示為T(mén)argetArray中的數(shù)據(jù)。

圖7　加載數(shù)據(jù)庫(kù)信息腳本程序

圖8　TargetArray中保存BuildingInfo表中數(shù)據(jù)

4.2對(duì)比分析

下面進(jìn)行改進(jìn)前后訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作優(yōu)劣的綜合分析：

(1) 數(shù)據(jù)庫(kù)加載方式的比較

① Virtools Server：Virtools自帶的建立數(shù)據(jù)源連接模塊需要配置Virtools Server和綁定ODBC(如圖9、圖10所示)，同時(shí)在Virtools中建立與數(shù)據(jù)庫(kù)表中字段一一對(duì)應(yīng)的數(shù)組Array，最后通過(guò)”Connect to Server” BB(指定連接數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù))加載數(shù)據(jù)源。

圖9　配置virtools Server界面

圖10　綁定數(shù)據(jù)源界面

② 自帶插件：改進(jìn)后只需將.dll文件拷貝到插件目錄下即可使用，在”Connection” BB中設(shè)置對(duì)應(yīng)連接數(shù)據(jù)源字符串。

Virtools Server是獨(dú)立的中間件，購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用十分昂貴，同時(shí)Virtools Server安裝配置過(guò)程十分繁瑣。由此可見(jiàn)改進(jìn)后的數(shù)據(jù)庫(kù)插件技術(shù)更加簡(jiǎn)易、靈活。

(2) 數(shù)據(jù)源選擇的比較

① Virtools Server：只支持ODBC訪問(wèn)接口，此數(shù)據(jù)源需要用戶手動(dòng)配置。

② 自帶插件：結(jié)合Virtools SDK在BB插件中封裝ADO的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)支持可以多種數(shù)據(jù)源訪問(wèn)接口。

ODBC訪問(wèn)接口的可擴(kuò)展性差，而且只支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)；而由于ADO訪問(wèn)接口的可擴(kuò)展性強(qiáng)，能統(tǒng)一訪問(wèn)關(guān)系和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，使得改進(jìn)后BB能夠讀取更多種類的數(shù)據(jù)源。

(3) 數(shù)據(jù)操作的比較

① Virtools Server：自帶的”Execute SQL Statement” BB不能執(zhí)行DDL等SQL語(yǔ)句。

② 自帶插件：改進(jìn)后的操作數(shù)據(jù)模塊可以執(zhí)行所有的SQL語(yǔ)句。

自主開(kāi)發(fā)的操作數(shù)據(jù)庫(kù)插件擴(kuò)展性強(qiáng)，功能完整，降低了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和Virtools應(yīng)用的耦合度。

(4) 數(shù)據(jù)源管理的比較

① Virtools Server：在Virtools Server中能夠設(shè)置并顯示允許連接Server最大的數(shù)量，響應(yīng)的最長(zhǎng)時(shí)間，甚至是某段范圍內(nèi)IP的訪問(wèn)權(quán)限。

② 自帶插件：改進(jìn)后的插件技術(shù)缺少對(duì)數(shù)據(jù)源管理的功能。

利用Virtools Server訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)方便數(shù)據(jù)源的管理與監(jiān)控，安全性較高。

表5所示為兩種訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的4個(gè)方面的比較。Virtools Server主要用于網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，功能雖然強(qiáng)大，但繁瑣受限。由此可以看出，自主開(kāi)發(fā)的插件對(duì)于輕量級(jí)的應(yīng)用是十分方便可行的。

表5　兩種訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)方式的比較

5結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)方案利用Virtools SDK和ADO技術(shù)開(kāi)發(fā)了更加方便的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)BB插件。該插件在訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)避開(kāi)了Virtools Server的配置，使得代碼實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)易；同時(shí)還擴(kuò)展了數(shù)據(jù)庫(kù)連接方式，增加了對(duì)數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL)的支持，使得開(kāi)發(fā)操作更加靈活方便。有別于其他解決方案，該方案成功引入_ConnectionPtr對(duì)象連接池的概念，使得自主開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)BB可以共享數(shù)據(jù)源的連接，提高了BB的利用率，減輕了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，特別在多數(shù)據(jù)源的情況下，優(yōu)勢(shì)更為明顯。然而，該方案依然存在改進(jìn)的空間，即以共享變量來(lái)實(shí)現(xiàn)不同BB間的數(shù)據(jù)共享會(huì)破壞對(duì)象的封裝性，不利于對(duì)象的管理。在今后的工作中，怎么更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型在Virtools的共享仍然值得探索。

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收稿日期：2014-10-02。國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61170025)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201310500004)。李瑞，本科，主研領(lǐng)域：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。徐承志，講師。

中圖分類號(hào)TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10.3969/j.issn.1000-386x.2016.07.012

DATABASE PLUG-IN DEVELOPMENT AND APPLICATION BASED ON VIRTOOLS PLATFORM

Li RuiXu Chengzhi

(SchoolofComputerScience,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068,Hubei,China)

AbstractOn Virtools platform, traditional database solution has the problems of complex in Virtools Server configuration, inconvenient in development and difficult in maintenance. In order to solve these problems, we proposed a database plug-ins development scheme which is based on the combination of Virtools SDK and ADO. The database plug-ins developed based on this scheme have strong reusability and possess the flexible databases connection means and the complete access mechanism. It is proved by the practice that the scheme extends the function of Virtools in accessing databases. Compared with Virtools Server built-in by Virtools, this new scheme has higher access efficiency and more compact access process, these make the database-correlated development project more convenient.

KeywordsVirtools ServerVirtools SDKADO