Transformationelle Softwareentwicklung

 

Grundprinzip

Ein großes Problem traditioneller Vorgehensmodelle des Software-Engineerings wie dem Phasenmodell ist der immense zusätzliche Arbeitsaufwand bei Änderungen der Produktdefinition in späten Phasen der Softwareentwicklung. Die transformationelle Softwareentwicklung ist ein modernes Vorgehensmodell des Software-Engineerings, das dieses Problem dadurch beseitigt, daß aus einer formalen Produktdefinition mittels eines Transformators, der auf einer Menge von Wissens- bzw. Regelbasen operiert, ein lauffähiger Prototyp generiert wird [PS94]. Änderungen der Produktdefinition bedingen somit lediglich einen erneuten Einsatz des Transformators, der eventuell sogar ausschließlich die geänderten Daten bearbeiten muß.

Neben dem oben genannten Vorteil der Verringerung der Wartungsproblematik - nicht das System sondern ausschließlich die Produktdefinition muß gewartet werden - liegen weitere Vorteile eines solchen automatisierten Verfahrens auf der Hand:

• Erhöhte Produktivität durch automatisierte Entwicklungsprozesse.
• Verbesserung der Qualität der Programme, da durch die automatisierte Transformation Fehlerquellen weitgehend ausgeschaltet werden können.
• Konsistenz zwischen Produktdefinition und Programmcode.
• Automatische und konsistente Dokumentation der aktuellen Version des Systems.
• Nutzung von durch Experten aufgebauten qualitativ hochwertigen, wiederverwendbaren Wissensbasen.
• Wiederverwendung von gewonnenen Erfahrungen bei der Entwicklung eines Systems in anderen Projekten, indem die Erfahrungen als Wissen automatisch gespeichert werden.

Ein bekanntes existierendes System, das das Vorgehensmodell der transformationellen Softwareentwicklung zur Benutzungsoberflächengenerierung einer Applikation einsetzt, ist das JANUS-System [Bal94]. Ein in einer OOA-Notation (Objektorientierte Analyse) spezifiziertes Modell der Applikation wird vom JANUS-System analysiert. Anhand von Transformationsregeln wird der Programmcode für die Benutzungsoberfläche der Anwendung generiert. Dieser Code kann anschließend noch mit Hilfe eines UIMS (User-Interface Management System) manipuliert werden. Ein transformationeller Ansatz zur Entwicklung multimedialer Präsentationsanwendungen wird in [And95] vorgestellt. Hauptziel dieses Ansatzes ist die Erzeugung nutzerspezifischer und situationsangepaßter Präsentationen. Dabei wird die Erstellung multimedialer Präsentationen als Planungsproblem aufgefaßt.

Multimedia-Softwareentwicklung als Graphtransformationsproblem

Das Prinzip der transformationellen Softwareentwicklung ist - wie im letzten Abschnitt erläutert wurde - die Transformation einer (formalen) Spezifikation des Anwendungsproblems in ein ausführbares System, d.h. eine ausführbare Multimedia-Anwendung im speziellen Fall von Multimedia-Software. Zur Spezifikation bzw. Modellierung von realen Sachverhalten haben sich nicht nur in vielen Bereichen der Informatik sondern auch in anderen Wissenschaften graphbasierte Modelle bzw. graphbasierte Diagramme bewährt:

• Beim Datenbankentwurf werden Entity-Relationship-Modelle eingesetzt.
• In nahezu allen objektorientierten Analysemethoden werden graphbasierte Notationen verwendet, in der OMT [RBP91] bspw. Objektdiagramme für das Objektmodell, Zustandsdiagramme für das dynamische Modell und Datenflußdiagramme für das funktionale Modell.
• Die Geschäftsprozeßmodellierung stützt sich u.a. auf Organigramme, Struktogramme, Vorgangskettendiagramme, Funktionsbäume und EPKs (ereignisgesteuerte Prozeßketten).
• In der Chemie dienen Graphen zur Beschreibung von Strukturformeln bzw. auch komplexen Reaktionsmechanismen.
• Ökologische Kreisläufe und Stoffwechselprozesse in der Biologie werden durch Graphen repräsentiert.
• Weitere Beispiele zum Einsatz von Graphen sind die musikalische Komposition, Stammbäume in der Ahnenforschung, Kommunikationsnetze in der Sozialpsychologie, Verkehrsnetze, Schaltkreise, Regelgraphen bei strategischen Spielen, ...

Auf der anderen Seite weisen Hypertexte eine inhärente Graphstruktur auf und auch vielen Beschreibungsmodellen für multimediale Anwendungen liegen graphbasierte Modelle zugrunde (siehe Übersicht in [VCI96]). Dies gilt auch für viele Autorensysteme (siehe [Bol95b]).

Diesem Zusammenhang versuchen wir nun dadurch Rechnung zu tragen, daß wir die Entwicklung spezieller Typen von Multimedia-Anwendungen wie multimediale Präsentationen und multimediale Dokumentationen auffassen als ein Graphtransformationsproblem: der Spezifikationsgraph des Anwendungsgebietes wird unter Zuhilfenahme von Wissens- bzw. Regelbasen in einen Hypermedia- bzw. Multimedia-Graphen transformiert; Strukturen des Quellgraphen werden gemäß vorgegebener Regeln in Strukturen des Zielgraphen abgeleitet.

Daß diese Art der Multimedia-Softwareentwicklung durchaus praktischen Nutzen haben kann, sollen die folgenden Beispiele verdeutlichen:

• Die bei einer Geschäftsprozeßmodellierung entstandenen Modelle können genutzt werden für die Entwicklung interaktiver multimedialer Firmenpräsentationen.
• Auf der Grundlage von Graphen, die ökologische Kreisläufe oder biologische Stoffwechselprozesse beschreiben, können multimediale Lernprogramme entwickelt werden, die Schülern oder Studenten die komplexen Zusammenhänge verdeutlichen. Dasselbe gilt bspw. auch für chemische Formel- und Reaktionsmechanismengraphen.
• Aus Entity-Relationship-Diagrammen lassen sich WWW-Dokumente ableiten, die eine Navigation in der entsprechenden Datenbank gestatten.
• Regelgraphen strategischer Spiele können als Grundlage für eine multimediale Spielanleitung dienen.
• Die bei einer objektorientierten Softwareentwicklung anfallenden Diagramme lassen sich für eine multimediale Dokumentation des erstellten Produktes verwenden.

Die Vorteile, die sich aus diesem Verfahren ergeben, wurden im letzten Abschnitt bereits genannt. Die Generierung interaktiver multimedialer Firmenpräsentationen aus Geschäftsprozeßmodellen ist Hauptziel des AVALON-Systems, das im nächsten Abschnitt vorgestellt wird. In einer weiteren Arbeit untersuchen wir zur Zeit die Transformation von Entity-Relationship-Modellen in datenbankgestützte WWW-Dokumente. Generelles Ziel unserer Arbeiten ist die Entwicklung eines allgemeinen Ansatzes zur Generierung multimedialer Anwendungen aus graphbasierten Spezifikationen gemäß Abbildung 1.

 
Abbildung 1:  Multimedia-Softwareentwicklung mit Hilfe von Graphtransformationen

Der Spezifikationsgraph des Anwendungsgebietes wird mit Hilfe von Transformationswerkzeugen in einen Multimedia-Graphen transformiert. Falls notwendig kann dieser anschliessend noch mit Hilfe eines Autorensystems weiter bearbeitet werden. Die Transformationswerkzeuge werden prinzipiell durch von Fachexperten (Pädagogen, Psychologen, Ergonomen, ...) entwickelte Regelbasen gesteuert, allerdings kann der Entwickler jederzeit interaktiv in den Transformationsprozeß eingreifen. Als Beschreibungsgrundlage des Multimedia-Graphen wird zur Zeit das IMRA-Modell [Bol95a] eingesetzt. Als Autorensystem dient das Autorensystem FMAD [Bol95c], das auf dem IMRA-Modell basiert. Prinzipiell liesse sich das IMRA-Modell jedoch durch andere Beschreibungsmodelle bzw. -sprachen für Multimedia-Anwendungen, wie MHEG, HyTime oder das Amsterdam Hypermedia Model, ersetzen.