AVALON [Wü96] ist ein System, das gemäß dem Schema in Abbildung 1 die Transformation sogenannter TGraphen in IMRA-Multimedia-Graphen ermöglicht. Dieser Abschnitt ist so aufgebaut, daß zunächst kurz TGraphen und das IMRA-Modell vorgestellt werden. Anschließend werden die Basiskonzepte des AVALON-Systems erläutert und die Funktionsweise von AVALON an einem kleinen Beispiel skizziert.
TGraphen sind gerichtete Graphen, die um die Eigenschaften der Typisierung, der Attributierung und der Angeordnetheit erweitert sind [EF94]. Graphen mit gemeinsamen Eigenschaften können in Graphklassen zusammengefaßt werden. Die Graphklasse legt dabei die Anforderungen fest, denen die konkreten Graphen dieser Klasse genügen müssen. Viele bekannte graphbasierte Modelle bzw. Diagramme, wie Petri-Netze, Entity-Relationship-Modelle oder Datenflußdiagramme lassen sich als spezielle TGraphklasse beschreiben.
Die Definition von TGraphklassen kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Bei der Beschreibung mittels Graph-Grammatiken [Nag79] werden zweidimensionale Produktionsregeln angegeben, mit deren Hilfe aus einem Startsymbol Graphen abgeleitet werden können. Die Menge ableitbarer Graphen bildet die durch die Graphgrammatik beschriebene Graphklasse. In deklarativen Beschreibungsansätzen erfolgt die Definition von Graphklassen durch die Spezifikation eines Typsystems für Knoten und Kanten sowie durch die Angabe von weiteren Bedingungen, denen ein Graph dieser Graphklasse genügen muß.
AVALON kann Graphen aus TGraphklassen transformieren, die mittels einer speziellen deklarativen Spezifikationssprache beschrieben sind. Die Spezifikationssprache ist eine Kombination von Elementen der Sprache GRAL [CF91] sowie sogenannter Schemadiagramme [CEW95]. GRAL ermöglicht die Definition von TGraphklassen über die Angabe von Knoten- und Kantentypen sowie deren Attribute. Zusätzlich können zur Beschreibung von Inzidenz- und Invariantensystem Constraints in Form von Prädikaten über Mengen von Knoten und Kanten bzw. Pfadausdrücke angegeben werden. Schemadiagramme verwenden Entity-Relationship-Diagramme zur Beschreibung von Graphklassen.
Das IMRA-Modell [Bol95a] ist ein objektorientiertes Modell zur Spezifikation interaktiver multimedialer Anwendungen. Es besteht aus einem Formalismus zur Beschreibung des strukturellen Aufbaus multimedialer Anwendungen sowie einem Präsentationsalgorithmus, der das Verhalten modellierter Anwendungen definiert. Im IMRA-Modell wird eine multimediale Anwendung in Form eines Beziehungsgraphen (IMRA-Multimedia-Graph) dargestellt. Zwischen Medienobjekten - wie Texten, Graphiken, Audios, Videos und Animationen - Interaktionsobjekten - wie Buttons, Menüs und Schiebereglern - sowie Applikationsobjekten, die externe Applikationen wie Datenbanken repräsentieren, können beliebige Beziehungen definiert werden, die sowohl den Kontrollfluß und das Layout der Anwendung als auch Interaktionsmöglichkeiten eines Benutzer und deren Auswirkungen und des weiteren Wechselwirkungen mit externen Applikationen festlegen. Als Grundlage der Beziehungsdefinition dienen dabei Attribute, die den Objekten zugeordnet werden und deren Eigenschaften repräsentieren. Die Beziehungsauswertung erfolgt ähnlich dem Triggerkonzept in aktiven Datenbanken. Die Media-Relationship-Diagramme, eine auf dem IMRA-Modell aufbauende graphische Notation, ermöglichen eine übersichtliche graphische Modellierung.
Das AVALON-System unterstützt den Entwurf strukturierter multimedialer Anwendungen. Dazu wird die Transformation von TGraphen in IMRA-Graphen in mehrere Teilphasen aufgeteilt. In der ersten Transformationsphase wird zunächst die globale (Navigations-) Struktur der Multimedia-Anwendung - ein Hypergraph - generiert. Die generierten Hyperknoten entsprechen dabei komplexen Informationsobjekten und die Links sogenannten Navigationsbeziehungen im IMRA-Modell. In der zweiten Transformationsphase werden die Hyperknoten dann gefüllt, d.h. ihnen werden abstrakte Medien-, Interaktions- und Applikationsobjekte zugeordnet, die über beliebige zeitliche, räumliche, applikationspezifische oder durch Interaktionen ausgelöste Beziehungen miteinander verbunden werden.
Die Transformationen werden dabei durch eine Regelbasis gesteuert. Regeln bestehen aus einem Bedingungsteil und einem Spezifikationsteil. Der Bedingungsteil beschreibt in der GRAL-Notation, welche Strukturen im Quellgraphen aufgefunden werden sollen. Im Spezifikationsteil wird in der IMRA-Notation festgelegt, welche Objekte und Beziehungen bei der Ausführung der Regel im Zielgraphen erzeugt werden sollen. Beim Ausführen des Transformationsalgorithmus wird für jede gegebene Regel untersucht, ob in dem gegebenen Quellgraphen Strukturen existieren, die zu der im Bedingungsteil der Regel beschriebenen Struktur isomorph sind. Ist dies der Fall, so werden für jede gefundene Struktur genau einmal die im Spezifikationsteil der Transformationsregel angeführten Objekte und Beziehungen erzeugt.
Im Anschluß an die zweite Transformationsphase kann der Entwickler den noch abstrakten Objekten konkrete vorproduzierte Inhalte wie Musikstücke, Videos, Interaktionsformen oder externe Applikationen zuordnen. Danach kann eine dritte Transformationsphase angestoßen werden, in der mit Hilfe einer weiteren Regelbasis das Layout der Multimedia-Anwendung festgelegt wird. Im IMRA-Graphen werden dabei spezielle räumliche Beziehungen erzeugt. Eine Nachbearbeitung und Optimierung der generierten Anwendung ist anschließend mit Hilfe des Autorensystems FMAD möglich. FMAD unterstützt das Rapid Prototyping von multimedialen Anwendungen durch einen eingebauten Interpreter und ermöglicht die Generierung von Stand-Alone-Applikationen.
Die Vorgehensweise bei der Entwicklung multimedialer Anwendungen mit dem AVALON-System soll nochmal kurz zusammengefaßt werden (vergleiche auch Abbildung 1).
Im Vorfeld müssen folgende Aufgaben durchgeführt werden:
Ein Multimedia-Entwickler bekommt nun den Auftrag, eine multimediale Präsentation zu erstellen:
Dabei ist anzumerken, daß die definierten TGraphklassen und Regelbasen auch für andere Multimedia-Produktionen wiederverwendet werden können und daß die Spezifikationsgraphen im allgemeinen bereits existieren. Konkret heißt das, daß bspw. bei der Generierung multimedialer Firmenpräsentationen aus Geschäftsprozeßmodellen Fachexperten genau einmal TGraphklassen für die verwendeten Modelle, wie Organigramme oder EPKs, sowie Regelbasen definieren müssen. Diese können dann vom Multimedia-Entwickler für die Generierung von Präsentationen beliebig vieler Firmen genutzt werden.
Das Prinzip des AVALON-Systems soll an einem kleinen Beispiel aus dem
Bereich der Musik verdeutlicht werden.
Abbildung (a)
zeigt ein Schemadiagramm einer TGraphklasse BMA (Bands, Musiker und
Alben). Danach zeichnet sich ein konkreter Graph dieser Graphklasse
dadurch aus, daß er aus genau einem Band-Knoten besteht, dem mindestens
zwei Musiker-Knoten und beliebig viele Alben zugeordnet sind.
Abbildung (b)
stellt einen konkreten TGraphen der TGraphklasse BMA dar.
Für die TGraphklasse BMA sei nun eine Regelbasis definiert worden, nach der für Graphen der TGraphklasse in der folgenden Art und Weise eine multimediale Präsentationsanwendung generiert werden soll: Beim Start der Anwendung erscheinen ein Schriftzug mit dem Namen der Band sowie Bilder der einzelnen Musiker auf dem Bildschirm. Zusätzlich existiert für jedes veröffentlichte Album der Band ein Button. Wird der jeweilige Button aktiviert, so erscheint der Titel sowie Informationen über das Album. In einem separaten Fenster wird ein Videoclip gestartet, und synchron dazu ertönt als Hintergrundmusik ein Musikstück des Albums. Über einen Back-Button kann der Benutzer zum Ausgangsbild zurückkehren. Abbildung (c) zeigt ein Beispiel einer Transformationsregel in einer graphischen Notation. Über dem Strich befindet sich der Bedingungs- und unter dem Strich der Spezifikationsteil der Regel. Die gemäß der Regelbasis aus dem Beispielgraphen in Abbildung (b) erzeugte multimediale Anwendung wird in Abbildung (d) skizziert.
In Abbildung (e) werden die Ergebnisse der Transformationsphasen in der Notation der Media-Relationship-Diagramme dargestellt. Der linke Teil zeigt die in der ersten Transformationsphase erzeugte Hypergraph-Struktur in Form komplexer Medienobjekte und der rechte Teil deutet beispielhaft den in der zweiten Transformationsphase erzeugten Inhalt eines komplexen Medienobjektes an.
