Концептуальное моделирование программного обеспечения графических систем

Актуальность проблемы. В настоящее время на различных программно-аппаратных платформах одновременно используется целый ряд международных и промышленных стандартов на графические библиотеки. Число одновременно используемых низкои высокоуровневых графических библиотек имеет тенденцию к увеличению. Ни один из графических стандартов не получил поддержки на всех программно-аппаратных платформах. Отсутствие раннего этапа проектирования программного обеспечения графических систем может сводить их реализацию на новой платформе к повторному кодированию или к повторной разработке.

Существующие системы проектирования графических приложений не решают эту проблему. Во-первых, большинство из них ориентировано на достаточно узкую предметную область — вывод элементов оконного интерфейса (пиктограмм и растровых файлов). Проектирование графических библиотек, интерпретаторов метафайлов и программ, осуществляющих построение сложных изображений на основе примитивов, не имеет поддержки в рамках рассматриваемых систем. Во-вторых, только часть систем имеет многоплатформенную поддержку. При этом текст программы генерируется на одном языке программирования, число поддерживаемых платформ ограничено и отсутствует возможность настройки системы проектирования на новый стандарт. В-третьих, системы проектирования позволяют заменить только часть этапа кодирования программы — кодирование статического изображения. Способы описания взаимодействия процессов вывода изображений сводятся к ручному кодированию на встроенном языке программирования либо вообще не поддерживаются.

Во многих подобных системах этап выявления ошибок полностью или частично выносится за рамки системы проектирования. Известно, что некоторые типы ошибок можно предотвращать или выявлять на более ранних этапах проектирования. Подобные способы предотвращения ошибок существуют в рамках методологий проектирования информационных систем и программ общего назначения.

Существующие методологии и модели описания предметной области на ранних этапах проектирования не имеют средств, которые позволяют описать особенности графических систем. Необходимо, чтобы модель описывала такие объекты как изображения, графические атрибуты и графические ресурсы. Поэтому весьма актуальной становится задача создания моделей для систем проектирования программного обеспечения графических систем, поддерживающих ранние этапы разработки программ и платформенную независимость проекта.

Цель диссертационной работы — создание моделей программного обеспечения графических систем, обеспечивающих автоматическую генерацию спецификаций программ в соответствии с требуемым графическим стандартом, что обеспечивает переносимость проектов.

Основные задачи.

Определить структуру концептуальной модели, включающую описание процессов, данных, изображений, графических атрибутов и графических ресурсов.

Разработать методы анализа корректности концептуальной модели графических приложений, обеспечивающих автоматическое выявление некоторых классов ошибок.

Разработать методы генерации спецификаций программного обеспечения графических систем, настроенных на соответствующие стандарты двумерной графики.

Разработать инструментальное средство, обеспечивающее концептуальное моделирование графических приложений и автоматическую генерацию спецификаций.

Показать на конкретных примерах практическую реализуемость разрабатываемого подхода.

Методы исследований.

В исследованиях были использованы: теория множеств, теория графов, теория формальных языков и грамматик, математическая логика.

Основные научные результаты.

Разработана концептуальная модель программного обеспечения графических систем, обеспечивающая переносимость проектов программ с учетом требований графических стандартов.

Разработаны методы анализа концептуальной модели графических приложений, обеспечивающие выявление некоторых классов ошибок.

Разработаны классы моделей, предотвращающие некоторые типы ошибок.

Разработаны методы настройки моделей на графический стандарт, обеспечивающие мобильность проекта и автоматическую генерацию спецификаций.

Новизна научных результатов.

Новизна предлагаемой концептуальной модели, в отличие от известных моделей предметной области, используемых в технологиях программирования, заключается в том, что в ней используются графические объекты и конструируются такие свойства, которые обеспечивают предотвращение и исправление некоторых классов ошибок, связанных с использованием графической библиотеки.

Предлагаемые методы анализа корректности являются специфическими в силу того, что при анализе корректности используются свойства модели.

Предлагаемые методы настройки отличаются от известных за счет использования специфики модели, которая позволяет производить гибкую настройку на графические библиотеки с отличающимися наборами функций вывода примитивов и установки атрибутов.

Практические результаты.

Разработано инструментальное средство для концептуального проектирования графических приложений. Данное средство предоставляет следующие возможности:

— интерактивное графическое редактирование модели программы,.

— проверку корректности модели,.

— настройку модели на графический стандарт,.

— предотвращение и исправление некоторых классов ошибок, связанных с использованием функций графической библиотеки,.

— генерацию процедурных спецификаций. Выполнено моделирование ряда графических приложений. Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Научно-техническая конференция «Диагностика, информатика и метрология -95» (ДИМ-95), СПб, 1995;

Научно-техническая конференция «Автоматизация процессов управления соединениями и частями ПВО, информационные технологии», СПб, 1996; Сессия аспирантов ГУАП, ГУАП, СПб, 1998;

Научно-техническая конференция «Совершенствование вооружения и военной техники. Способы боевого применения и технического обеспечения частей и подразделений РТВ», СПб, 1998; Международная школа-семинар «БИКАМП-98», СПб, 1998. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

ВЫВОДЫ.

1 .На основе научных результатов работы создано инструментальное средство, поддерживающее методику концептуального проектирования программного обеспечения графических систем.

2.Продемонстрирована практическая применимость методики концептуального проектирования на примере разработки программного обеспечения для систем отображения радиолокационной информации.

3.В результате применения предлагаемой методики может быть повышено качество проектируемых графических приложений и увеличена мобильность проектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе сформулирована и решена проблема автоматизации ранних этапов проектирования программного обеспечения графических систем. В процессе выполнения исследований в рамках диссертационной работы были получены следующие научные результаты: разработана концептуальная модель программ, осуществляющих вывод двумерной графической информацииразработаны методы анализа концептуальной моделиразработаны классы моделей, предотвращающие некоторые типы ошибок, связанные с использованием графической библиотекиразработаны методы настройки моделей на графический стандарт, обеспечивающие мобильность проекта и автоматическую генерацию спецификаций алгоритмов и данных.

Концептуальная модель позволяет представить на уровне предметной области следующую информацию: структуру выводимых изображенийструктуру процессов построения изображенийструктуру данных, используемых процессамиграфические атрибуты изображенийграфические ресурсы, используемые для вывода изображенийинформационные связи между процессамипорядок вывода изображений и порядок следования процессоввывод изображений процессамиустановку и запрос графических атрибутов процессамиинициализацию, использование и освобождение графических ресурсов процессами.

Модель системы не привязана к конкретной графической библиотеке или стандарту. Модель является декларативным описанием предметной области и не связана с конкретным языком программирования.

Класс моделей с регулярной структурой изображений и данных (класс регулярных КМ) позволяет упростить анализ свойств модели, сведя его к анализу отдельных фрагментов модели — шаблонов описания.

Подклассы моделей с регулярной структурой графических атрибутов и графических ресурсов позволяют производить детализацию фрагментов модели, обеспечивая заведомо корректное использование графической библиотеки и устранение некоторых классов ошибок на этапе детализации проекта.

Методы определения корректности использования графических атрибутов и ресурсов, которые дают возможность выявлять ряд типов ошибок использования графической библиотеки.

Настройка концептуального проекта на стандарт графической библиотеки может быть описана при помощи специального языка. Язык описывает преобразование типов объектов модели в типы объектов, соответствующих спецификациям реального графического стандарта.

Язык описания настройки и методы настойки позволяют изменять число и тип параметров вызовов процедур графической библиотеки. При этом модель автоматически перестраивается для добавления или удаления объектов.

В результате настройки модели на графический стандарт модель может потерять свойства регулярности структур изображений, данных, графических атрибутов и графических ресурсов. Регулярность модели может быть автоматически восстановлена при помощи разработанных алгоритмов.

Предложен метод, который позволяет осуществить переход от непроцедурного представления проектируемой программы к спецификациям алгоритмов и данных. Спецификации определяют структуру и типы переменных, алгоритмическую структуру программы, имена функциональных вызовов и фактических параметров.

Показана практическая применимость разработанных моделей для решения задач разработки графических приложений.

Основной эффект от использования предлагаемой методики проектирования заключается в повышении качества разрабатываемых приложений и увеличении мобильности проектов.