Диссертация (Платформа для создания специализированных визуальных сред разработки программного обеспечения), страница 2

Среди них, например, визуальные интерпретаторы и отладчики создаваемыхмоделей,средствазаданияиосуществлениярефакторинговнадними,синтаксическая подсветка элементов диаграмм, средства версионирования моделей.В связи с этим крайне актуальной видится задача переноса всех этих инструментовна уровень DSM-платформ, т.е. возможность быстрого автоматизированногосоздания полноценных визуальных интегрированных сред, поддерживающихполный цикл разработки ПО.Среди существующих открытых metaCASE-систем лучше всего описаннуюпроблему решает проект Eclipse Modeling Project (EMP) [9], развиваемый силамимножества исследовательских групп и промышленных компаний по всему миру.Включая в свой состав десятки специализированных проектов, EMP предоставляетинструментарий для создания мощных CASE-систем, однако требует длительногообучения для полноценного использования своих возможностей. Такая ситуация6указывает на необходимость продолжения исследований в этой области с цельюсозданияболее простыхв использованииилегковесныхDSM-платформ,позволяющих быстро создавать современные полнофункциональные DSM-решениядля разработки ПО в различных предметных областях.Целью диссертационной работы является ускорение процесса разработкиинструментальныхсредствподдержкивизуальныхязыковпутёмсозданияпрограммной платформы, позволяющей разрабатывать полнофункциональныевизуальные среды, поддерживающие все основные этапы жизненного циклапрограммного обеспечения, даже неспециалистам в короткие сроки без специальнойподготовки.Для достижения цели были сформулированы следующие задачи.1.

ПредложитьпроектировщикамПОсредстваповышенияскоростивыполнения типовых задач при работе с диаграммными редакторами иразработать метод для реализации подобных средств для новых языков.2. Предложить метод формальной спецификации исполнимой семантикимоделей с целью ускорения создания интерпретаторов и отладчиковвизуальных языков.3. Спроектировать DSM-платформу, реализующую предложенные методы.4.

Реализовать и провести апробацию созданной DSM-платформы напрактических задачах.Цели и задачи диссертационной работы соответствуют области исследованийпаспорта специальности 05.13.11 «Математическое и программное обеспечениевычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»: пункту 1 (модели,методы и алгоритмы проектирования и анализа программ и программных систем, ихэквивалентных преобразований, верификации и тестирования) и пункту 2 (языкипрограммирования и системы программирования, семантика программ).Объектомисследованияявляютсявизуальныеязыки,предметом7исследования являются технологии для разработки инструментальных средстввизуальных языков.Методология исследования типична для решения задач в области предметнойинженерии и сводится к последовательной идентификации и анализу проблемы,проектированию её возможного решения, выбору подходящих средств и технологийпрограммирования, реализации и применения созданного решения, а такжепроведения инженерных экспериментов с целью обоснования эффективностиполученного решения.

В качестве методов исследования используются теорияформальныхязыков,теорияграфов,методыобъектно-ориентированногопрограммирования, эмпирические методы (анализа литературы, постановки ипроведения инженерных экспериментов).Научная новизна данной работы заключается в следующем.1. Предложенныйметод,позволяющийавтоматическигенерироватьсредства распознавания жестов для графического редактора создаваемогоязыка по описанию конкретного синтаксиса этого языка, является новым.2.

Созданная на базе разработанной платформы система программированиядиаграмм машин состояний для задачи распознавания жестов в проектекомпьютерного зрения является оригинальной.3. Разработаннаяпрограммнаяплатформадлясозданияпредметно-ориентированных решений превосходит существующие аналоги пообъему функциональных возможностей, предоставляемых разработчикаминструментальныхсредствспомощьюединогопрограммногоинтерфейса.Восновуразработаннойпредметно-ориентированнойинструментальнойплатформы и технологии, предложенной на ее основе, положены следующиепринципы.●Конечныесредыразработкисоздаютсянаосновеобобщенной8инструментальной платформы, в каждом конкретном случае расширяя ееспецификой выбранной области.

Это позволяет реализовывать различныефункциональныесредствамаксимальноабстрактнонауровнеDSM-платформы и с минимальными усилиями переиспользовать их междуразличными DSM-решениями.●Числошагов,необходимыхспециализированнойсредыдлясозданияразработкисготовойкминимальнымработекомплектомфункциональности, должно быть относительно небольшим, что позволитразработчику языка как можно быстрее получить работающую первую версиюDSM-решенияипродолжитьсозданиеостальныхинтересующихегоинструментов итеративно.

Технология не должна заставлять разработчикавыполнять действия по созданию инструментов, которые в данный момент емуне интересны или не понятны.●Создаваемые с помощью предлагаемой платформы интегрированные средыразработки по функциональности должны быть сравнимы с существующими внастоящее время CASE-средами, разработанными «вручную».●Создаваемые с помощью предлагаемой платформы интегрированные средыразработки должны удовлетворять повышенным требованиям к удобству ихиспользования, предоставляя своим пользователям подходящие средствамоделированияиавтоматизируякакможнобольшерутинныхиповторяющихся действий.Положения, выносимые на защиту.1. Предложен метод для создания инструментов распознавания жестов длядиаграммных редакторов предметно-ориентированных языков.2.

Разработанметодформальногопредметно-ориентированныхзаданиявизуальныхоперационнойязыков,семантикипозволяющийавтоматически создавать для них интерпретаторы и отладчики.93. Предложена модель (архитектура) программного комплекса (DSMплатформы), позволяющего автоматизированно создавать большинствотиповых компонентов современных CASE-систем.4. Выполнена реализация и апробация созданной DSM-платформы напрактических задачах, подтвердившая работоспособность созданныхинструментов и предложенных решений.Степень разработанности темы исследования.Исследованиями процесса разработки DSM-платформ занимается целый ряднаучных коллективов: группа под руководством S. Kelly и J.-P. Tolvanen изуниверситета г.

Jyväskylä (Финляндия), группа под руководством J. de Lara изАвтономного университета Мадрида (Испания), международная некоммерческаяорганизация Eclipse Foundation и другие. В России вопросами визуальногомоделированиязанимаетсяисследовательскиегруппыподруководствомЛ. Н. Лядовой, Ф. А. Новикова, А. А. Шалыто, В. П. Котлярова и другие. Результатынекоторых из этих исследований были воплощены в инструментальных средствах,как коммерческих (MetaEdit+, Microsoft Modeling SDK), так и открытых (EclipseModelingProject,GenericModelingEnvironment,AToM3,MetaLanguage).Коммерческие системы недоступны для модификации и настройки стороннимпользователям, а самая зрелая открытая система EMP представляет собойобъединение более десятка других проектов, которые активно развиваются, но частобывает непросто наладить их взаимодействие друг с другом.Среда QReal [3, 7, 53, 111] разрабатывается в рамках деятельности научноисследовательской группы по изучению модельно-ориентированного подхода кразработкеПО.Коллективданнойгруппыработаетподруководствомпроф.

А. Н. Терехова с 2007 года и базируется на более чем двадцатилетнем опытеколлективакафедрыгосударственногосистемногоуниверситетавпрограммированияобластисозданияСанкт-Петербургскогоивнедрениясредств10программирования, основанных на графических языках (см., например, работы [2628, 51-52]). Проект имеет открытый исходный код, разработка ведется силамистудентов, аспирантов и преподавателей кафедры [6]; автор данной диссертации —создатель первых прототипов QReal, разработчик и технический руководительпроекта.

Хочется особо отметить вклад студентов, работавших над данным проектомпод руководством автора диссертации: Мордвинова Дмитрия Александровича,Полякова Владимира Александровича, Подкопаева Антона Викторовича, ТаранаКирилла Сергеевича, Еварда Вадима Евгеньевича, Колантаевской Анны Сергеевны,Соболева Артёма Александровича, Новожилова Евгения Алексеевича, СамаринаАлексея Владимировича, Агаповой Татьяны Юрьевны, Терешина Романа Юрьевича,Шквиро Ирины Алексеевны, Семеновой Анастасии Владимировна, Сенина ИванаИгоревича,ГлазачеваВладимираАлександровича,АзимоваРустамаШухратулловича, всех студентов, работавших под руководством Литвинова ЮрияВикторовича, а также вклад Никандрова Георгия Александровича и СимоновойАлександры Андреевны. На момент начала работы над данным исследованием впроекте QReal были разработаны первые прототипы графо-графической библиотеки,средств быстрой разработки языков в тот момент создано не было. На данныймомент среда существует в виде работающего прототипа.Теоретическаяипрактическаязначимостьработы.Теоретическаязначимость диссертационного исследования заключается в создании методаавтоматическогоредакторов,асозданиятакжевмеханизмовразработкераспознаванияархитектурыжестовпрограммнойдиаграммныхплатформы,позволяющей гибко настраиваться под требуемый набор функциональности,формируя среду разработки для выбранного визуального языка.

Практическаязначимость определяется использованием полученных результатов для разработкиDSM-платформы QReal, а также создания на ее основе ряда DSM-решений дляразличных предметных областей: среды визуального программирования роботов11QReal:Robots, используемой для обучения школьников основам программирования икибернетики, редактора диаграмм машин состояний и генератора кода по нему дляприложений компьютерного зрения, использовавшихся в проектах ЗАО «ЛАНИТТерком», а также нескольких исследовательских сред разработки для апробацииразличныхаспектовтехнологиииинструментальныхсредствплатформы:визуальной среды разработки, основанной на языке блок-схем, среды для разработкимобильных приложений для платформы Ubiq Mobile [37].Среда QReal:Robots демонстрировалась на Открытых состязаниях СанктПетербурга по робототехнике в 2012, 2013, 2014 и 2015 году, на робототехническихфестивалях «Робофест 2012» и «Робофест 2013» в Москве.

На базе QReal:Robots былпроведен ряд мастер-классов, в том числе и на международных конференцияхSkolkovo Robotics 2014 и 2015. В настоящий момент среда QReal:RobotsпереименованавTRIKStudioииспользуетсякакосновноесредствопрограммирования кибернетической платформы ТРИК, в ряде робототехническихкружков России, применяется для обучения студентов Поволжской государственнойсоциально-гуманитарной академии (г.

Самара), а также на мастер-классах,проводимых ООО «КиберТех».ПроектподдержангрантомСанкт-Петербургскогогосударственногоуниверситета 6.39.1054.2012.Степеньдостоверностииапробациярезультатов.Достоверностьиобоснованность результатов исследования опирается на использование формальныхметодов исследуемой области и инженерные эксперименты. По результатам работыбыли сделаны доклады на второй всероссийской научно-практической конференции,посвященной памяти заслуженного деятеля науки РФ, профессора В.Ф. Волкодавова(Самара, 2009); на второй научно-технической конференции молодых специалистов«Старт в будущее» (Санкт-Петербург, 2011); на конференции SYRCoSE 2012(Пермь, 2012); на межвузовском конкурсе-конференции студентов, аспирантов и12молодых ученых Северо-Запада «Технологии Miscrosoft в теории и практикепрограммирования» (Санкт-Петербург, в 2011 и 2013 году); на международнойконференции «Информационные технологии в образовании и науке» (Самара, 2011);на III Всероссийской конференции «Современное технологическое обучение: откомпьютера к роботу» (Санкт-Петербург, 2013); на Девятой независимой научнопрактической конференции «Разработка ПО 2013» (CEE SEC(R)-2013, Москва); намеждународной конференции «10th Conference of Open Innovations AssociationFRUCT» (Тампере, Финляндия, 2011); международной конференции «Evaluation ofNovel Approaches to Software Engineering» (ENASE 2013, Анже, Франция).Личный вклад автора.