Методические основы технологий создания программного обеспечения

Визуальное моделирование

На сегодняшний день одной из важнейших процедур в информационных технологиях является отображение данных. Зрение является наиболее активным органом чувств человека. Поэтому процедуры отображения информационных данных, преследуют цель как можно лучше представить информацию для визуального наблюдения и анализа.

С помощью графического режима представления данных проще анализировать любую информацию, кроме этого, появляется возможность изменять масштаб, проекцию, цвет и т. п. изображения.

Визуальное моделирование возникло как синтез визуализации других направлений.

Визуальное моделирование использует в своей основе изображения. Изображение обычно обладает большей информативностью (на 2−3 порядка больше чем текст) и меньшей степенью абстрактности, то есть является более гибким каналом, чем текст или цифра.

Поэтому в настоящее время возрастает роль изображения в современном коммуникативном процессе. Визуальное моделирование развивается, опираясь, прежде всего, на иконические знаки. Поэтому при создании систем визуального моделирования необходимо учитывать специфику этих процессов.

Визуальная модель как знаковая система первична по отношению к символическим знакам, в том числе и к печатному слову. Первоначально знак, обозначающий определенный предмет, представлял собой всего лишь изображение этого предмета и включал две функции: изображения и понятия (значения).

В процессе эволюции человечества и коммуникативных процессов понятие все более отделялось от изображения, что привело к письменным (символическим) знакам, которые с одной стороны абстрагировались от обозначаемых ими предметов, а затем преобразовались в специальные системы (алфавиты). В этих системах понятия объектов отображались словами, состоящими из знаков алфавита.

На этих принципах построено лингвистическое моделирование, цифровое моделирование, математическое моделирование, экономико-математическое моделирование, и другие виды, работающие с символическими знаками. Только картографическое моделирование сохранило в себе два первоначальных свойства: изображения и символа.

В современных условиях актуальна задача исследования комплексного взаимодействия различных знаковых систем в процессе визуального моделирования. Наиболее часто приходится сталкиваться с одномоментным использованием иконических знаков и вербальных элементов, при помощи которых и формируется визуальная модель.

Под моделью программного обеспечения в общем случае понимается формализованное описание системы программного обеспечения на определенном уровне абстракции. Каждая модель определяет конкретный аспект системы, использует набор диаграмм и документов заданного формата, а также отражает точку зрения и является объектом деятельности различных людей с конкретными интересами, ролями или задачами.

Графические (визуальные) модели представляют собой средства для визуализации, описания, проектирования и документирования архитектуры системы. Разработка модели системы программного обеспечения промышленного характера в такой же мере необходима, как и наличие проекта при строительстве большого здания. Хорошие модели являются основой взаимодействия участников проекта и гарантируют корректность архитектуры. Поскольку сложность систем повышается, важно располагать хорошими методами моделирования. Хотя имеется много других факторов, от которых зависит успех проекта, но наличие строгого стандарта языка моделирования является весьма существенным.

Состав моделей, используемых в каждом конкретном проекте, и степень их детальности в общем случае зависят от следующих факторов:

сложности проектируемой системы;

необходимой полноты ее описания;

знаний и навыков участников проекта;

времени, отведенного на проектирование.

Визуальное моделирование (visual modeling) является методом, применяемым в разработке программного обеспечения, который:

использует графовые модели для визуализации программного обеспечения;

предлагает моделировать программное обеспечение с разных точек зрения;

может применяться в разработки и эволюции программного обеспечения, а также в различных видах деятельности по его созданию.

Визуальные модели, как правило, не составляют «сплошных» спецификаций, подобно программам, но часто являются, скорее, фрагментами, формально не связанными друг с другом. Эти модели описывают отдельные аспекты программного обеспечения, которые нужно прояснить в определенной ситуации для той или иной категории лиц, участвующих в проекте или как-либо с ним связанных. В целом визуальное моделирование служит для повышения понимания решений проекта людьми — разными категориями задействованных в проекте специалистов (инженеров-электронщиков, менеджеров, заказчика и т. д.).

Визуальное моделирование может применяться как при разработке, так и при сопровождении программного обеспечения. При разработке — главным образом при проектировании и анализе системы, которые предшествуют непосредственному программированию. При сопровождении — когда новые разработчики изучают доставшееся им программное обеспечение. Визуальное моделирование может также использоваться в разных видах деятельности процесса разработки программного обеспечения: главным образом при анализе и проектировании, но также и при документировании, тестировании, разработке требований и т. д.

Визуальное моделирование применяется на практике с помощью методов, языков и соответствующих программных инструментов (Приложение В).

Средства, реализующие языки и методы визуального моделирования, бывают двух видов — универсальные и предметно-ориентированные.

Универсальные инструменты являются коробочными и многофункциональными пакетами, предназначенными для анализа и проектирования программного обеспечения, то есть без какой-либо специализированной ориентации. Как правило, сегодня такие пакеты строятся на базе языка UML и называются CASE-пакетами. Самыми известными CASE-пакетами являются IBM Rational Rose, Borland Together, Telelogic Tau, Microsoft Visio/UML Add-on. Эти средства поддерживают различные виды диаграмм, удобную среду их разработки с такими функциями, как печать и копирование диаграмм, различные способы редактирования графических символов, средства просмотра и поиска в визуальной модели, различные режимы отображения диаграмм и многое другое. Они также обеспечивают генерацию программного кода в разные целевые платформы программирования, версионный контроль визуальных моделей, часто являются кросс-платформенными (например, работают под управлением операционных систем Windows и Linux), обеспечивают интеграционные «мосты» с другими средствами разработки программного обеспечения, например, со средствами управления требованиями. Как правило, все современные CASE-пакеты имеют открытые программные интерфейсы и позволяют расширять свою базовую функциональность.

Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) появился в индустрии разработки программного обеспечения в начале 1980;х годов. Довольно быстро он стал обозначать графические средства анализа и проектирования программного обеспечения, отражая надежды и упования создать на основе визуального моделирования универсальный процесс разработки программного обеспечения. Пик развития этих средств приходится на начало 1990;х годов, когда они стали использоваться на базе платформы IBM Mainframe для автоматизации бизнеса крупных компаний. CASE-системы предоставляли мощные средства генерации кода, являясь не только инструментами анализа и проектирования, но и средами разработки программного обеспечения. CASE-средства интегрировали многообразные и разрозненные средства разработки под Mainframe-платформой — инструменты разработки пользовательского интерфейса и баз данных, средства взаимодействия основного приложения с операционной системой и пр. Типичное крупное Mainframe-приложение состояло из тестов примерно на 3−5 разных языках программирования, для которых существовало (и активно использовалось в других приложениях) множество альтернативных вариаций. Одна из самых известных систем такого рода — ADW (Application Developing Workbench). В итоге было разработано много промышленных информационных систем с использованием этих CASE-средств, успешно работающих и по сей день. В результате данные CASE-системы до сих пор поддерживаются и развиваются, чтобы созданные на их основе информационные системы могли успешно функционировать и модернизироваться под современные бизнес-потребности. Почти все подобные CASE-системы и, в частности, ADWб, в настоящее время куплены компанией Computer Associates International.

С середины 1990;х годов, в связи с прекращением распространения Mainframe-платформ, развитие этих CASE-систем прекратилось, и стали появляться CASE-системы для персональных компьютеров. Современные CASE-пакеты не являются комплексными средами разработки, а заняли нишу средств анализа и проектирования, и в основном используются без средств кода генерации, а лишь как инструменты для построения проектных спецификаций.

Предметно-ориентированные (domain-specific) программные инструменты поддержки визуального моделирования предназначены для определенных областей разработки программного обеспечения и тоже могут быть коробочными, как, например, пакет WebRatio для моделирования web-приложений. Однако предметно-ориентированные инструменты могут создаваться и отдельными компаниями для своих собственных проектов, особенно в рамках линеек программных продуктов (product lines). Это особенно удобно, поскольку во-первых, такие средства могут хорошо решать задачи именно того процесса, той компании, для которых они создаются. А во-вторых, сейчас на рынке имеются развитые среды для разработки средств визуального моделирования, самые известные из которых — Microsoft Visio, Microsoft DSL Tools и Eclipse/GMF. Эти и другие пакеты делают задачу создания собственного графического редактора посильной для обычных, рядовых компаний-разработчиков.