DOSAR - Programarea vizuală

Interfeţe grafice utilizator, bazate pe agenţi.

Mediile de dezvoltare din ziua de astăzi sunt din ce în ce mai complexe. O parte din utilizatori nu mai fac faţă complexităţii mediilor de dezvoltare, iar alţii s-au săturat de bariera artificială creată între ei şi aplicaţiile software. Pentru înlăturarea acestor impedimente, trebuie introduse elemente din programarea vizuală, într-un context uşor de învăţat şi manipulat. Implementarea unor interfeţe grafice utilizator, care să se bazeze pe agenţi, este unul din răspunsurile la această problemă.
Având în vedere tendinţele din dezvoltarea de produse software, se poate spune, fără a greşi, indiferent de sistemul de operare ales sau de unelte software alese, că fereastra („window“) este elementul de bază în jurul căreia gravitează viaţă unui program software. Fereastra („window“) este suprafaţa de manipulare a informaţiei - afişare, introducere date, afişare date. Pentru implementarea unei interfeţe grafice utilizator uşor de manipulat, trebuie să se ţină cont de următoarele concepte:
1. Modelarea aplicaţiei ca un agent.
2. Folosirea agenţilor pentru menţinerea consistenţei vizuale GUI.
3. Modelarea paletelor cu unelte (tool box) ca un agent.
4. Modelarea zonei de lucru ca un agent.
5. Modelarea unui concept complex ca un agent.
6. Modelarea relaţiei părinte-fiu ca un agent.
7. Modelarea abstracţiei printr-un agent.
8. Menţinerea relaţiei semantice dintre două entităţi prin intermediul unui agent.

În perspectiva apariţiei noilor tehnologii, crearea interfeţei utilizator a unui sistem interactiv devine o sarcină din ce în ce mai complexă. Sistemele de operare care vor fi dezvoltate, trebuie să asigure un cadru de existenţă şi suport pentru implementarea sistemelor multi-agent.

Noţiuni introductive

Notaţiile vizuale au fost folosite, practic, de la inventarea programării, ele devenind tot mai complexe. Programatorii au realizat puterea pe care o pot oferi notaţiile vizuale, în contextul unei tehnologii sofisticate.

Programarea vizuală este caracterizată prin două aspecte: entităţile descrise şi modul de descriere a entităţilor amintite. Descrierea entităţilor se realizează, în general, prin sintaxa şi semantica limbajului de programare. Când o parte a terminalelor gramaticii limbajului sunt elemente grafice, atunci se poate spune că limbajul are o sintaxă vizuală. Modul vizual de specificare a sintaxei poate include informaţii complexe, ca, de exemplu, informaţii referitoare la relaţiile dintre entităţile din scena de obiecte a aplicaţiei, poziţia spaţială a entităţilor, proprietăţi sau atribute ale entităţii (culoare, denumire etc.). În ciuda etichetei de vizual, atribuite unui limbaj de programare, textul îşi poate găsi un loc în cadrul limbajului vizual. Exemple de folosire a textului într-un limbaj vizual sunt : comentarii, etichete text care denumesc entităţile folosite ş.a.m.d.

Programarea pur vizuală trebuie privită ca un mod de proiectare a unui program prin operare directă asupra unui set de elemente grafice (de aici vine denumirea de programare vizuală). Operarea directă se realizează prin intermediul unor tehnici de interacţiune. Programul se construieşte fără a scrie textual instrucţiuni program. Dacă se notează cu PV mulţimea programelor posibile construite prin programare vizuală şi cu SC mulţimea programelor (scenarii grafice) pe care ne propunem să le realizăm, între cele două mulţimi există relaţia : SC Ě PV.

Scenariile grafice reprezintă o formă de codificare a interfeţelor utilizator grafice şi cuprind definiri şi operaţii grafice având ca suport modelul. Prin programare vizuala, utilizând diferite tehnici de interacţiune, se generează scenariul grafic şi modelul grafic. Programul are două forme - forma internă din memoria operativă, care este o structura de date compusă din scenariul şi modelul grafic şi forma externă, text, care descrie scenariul şi modelul grafic. Execuţia scenariului grafic are ca rezultat următoarele:
• interogarea şi modificarea modelului grafic,
• operarea cu entităţi program,
• interacţiunea cu utilizatorul,
• construirea prezentării grafice a scenei de obiecte.

Interogarea şi modificarea modelului grafic cuprinde operaţii cu obiecte model, cu obiecte comportamente, cu acţiuni model. Sunt create, instanţiate şi distruse entităţi model sau sunt modificate caracteristici ale lor, cum ar fi valori atribute, poziţii, dimensiuni, parametri, evoluţii, etc. Operarea cu entităţi program cuprinde crearea, modificarea, interogarea sau distrugerea unor instanţieri ale tipurilor abstracte de date, cum ar fi indicatori şi variabile. Interacţiunea cu utilizatorul cuprinde schimbul de informaţii cu utilizatorul, prin intermediul tehnicilor de interacţiune. Sunt preluate, verificate şi validate intrări utilizator, cum ar fi valori ale elementelor model (atribute grafice, atribute aplicaţie, parametri etc.), selecţii ale elementelor prezentare (comenzi, obiecte, argumente, poziţii etc.). Construirea prezentării grafice a scenei de obiecte este realizată de către prezentatori, apelaţi de către interpretorul scenariului grafic.

Programul, sub forma externă, conţine o succesiune de definiri ale elementelor din program sau din modelul grafic şi activităţi cu aceste elemente:

program_scenariu_grafic
 	  {
 	  definiri elemente model,
 	  . . .
 	  activităţi model;
 	  definiri elemente model;
 	  . . .
 	  activităţi model;
 	  }

Elementele program sunt instanţieri ale unor tipuri abstracte de date:
• indicatori interni sau grafici,
• variabile interne sau grafice.

Elementele modelului grafic sunt:
• obiecte simple sau complexe (agregate),
• comportamente ale obiectelor,
• acţiuni.

Activităţile cu aceste elemente sunt succesiuni de operaţii, organizate în procese şi structurate cu ajutorul constructorilor program. Operaţiile din cadrul scenariului grafic cuprind:
• operaţii identice cu operaţiile care apar în definirea evoluţiei din cadrul comportamentului obiecte: operaţii grafice, crearea, instanţierea obiectelor, adăugarea obiectelor, distrugerea unor entităţi model, activarea obiectelor, etc.;
• operaţii cu datele program: indicatori şi variabile.

Procesele sunt secvenţe de operaţii indivizibile, numite activităţi. Constructorii program permit execuţia condiţionată a unor procese sau secvenţe de activităţi.

Limbaje de programare vizuală

Termenul de „limbaj vizual“ are mai multe semnificaţii în literatura de specialitate. Uneori, se consideră că obiectele operate de limbaj sunt vizuale, alteori, că însuşi limbajul este vizual. În primul caz, noţiunea de „limbaj vizual“ este asimilată cu un limbaj care prelucrează informaţii vizuale, iar în al doilea caz este asimilată cu un limbaj utilizat pentru programarea cu expresii vizuale sau „limbaj de programare vizuala“.

În cadrul limbajelor de prelucrare a informaţiilor vizuale (VIPL - Visual Information Processing Language), obiectele operate au o reprezentare vizuală. Acestea sunt imagini care au asociată o interpretare logică. Limbajele se bazează, în general, pe o interpretare liniară clasică, iar obiectele sunt operate cu ajutorul unor rutine grupate în biblioteci sau pachete soft.

În cadrul limbajelor de programare vizuală (VPL - Visual Programming Language), obiectele nu au o reprezentare vizuală. Acestea includ tipuri tradiţionale de date cum ar fi tablouri, stive, cozi, şi tipuri de date orientate pe aplicaţie ca forme, documente, baze de date, etc. Pentru realizarea unei interfeţe prietenoase om-maşină se utilizează, totuşi, o reprezentare vizuală a obiectelor. Din aceleaşi motive, limbajele sunt prezentate vizual. De asemenea, construcţiile program şi regulile de combinare a acestor construcţii sunt prezentate vizual. Domeniul aplicaţiilor limbajelor de programare vizuală include grafica pe calculator, proiectarea interfeţelor utilizator, interfeţe cu bazele de date, gestiunea formelor şi proiectarea asistată de calculator.

Cele 5 criterii de evaluare a programării interfeţelor utilizator şi a performaţelor limbajelor de programare vizuală sunt prezentate în caseta: criterii de evaluare.

Criterii de evaluare a programării şi performanţelor:
1. posibilitatea specificării unor algoritmi generali (condiţionări, iteraţii);
2. accesul la structurile de date (directoare de fişiere, reprezentarea structurală a obiectelor grafice), la operatori (selectori, operatori booleeni, operatori specifici aplicaţiei);
3. uşurinţa programării (prin exemple, prin demonstraţii, modularitate, transferul parametrilor) şi editarea programelor;
4. apelarea şi specificarea simplă a argumentelor (operare directă, tehnica bibliotecilor simple cu nume sugestive, execuţie în context, vizualizarea rezultatelor);
5. nivel scăzut al riscului de eroare (programe fiabile, facilităţi de verificare a programelor, prin oprire şi reluare a execuţiei, reluarea unor operaţii prin care să se permită corectarea erorilor de programare).

Sintaxa unui limbaj vizual poate include o serie de facilităţi întâlnite la limbajele de tip data-flow sau state transition. În literatura de specialitate, sub denumirea de limbaj de programare vizual, se înţelege un limbaj cu o sintaxă vizuală.

Modul în care un programator creează, modifică şi examinează un program este strâns legat de mediul în care lucrează. Mediul de lucru este format dintr-un set de unelte de lucru şi o interfaţă care permite accesul la aceste unelte. Sistemul are un mediu de lucru vizual, atunci când reprezentarea uneltelor de lucru este grafică şi se folosesc tehnici grafice de manipulare a uneltelor şi pentru afişarea structurii programului. Tehnicile folosite în construcţia unui program se bazează pe următoarele tehnici :
• „point and click“ - pentru invocarea unei acţiuni sau selecţie;
• „wiring“ - reprezentarea relaţiilor dintre entităţi sau transmiterea unui mesaj.

Pentru a se afişa structura unui program într-un mediu vizual, se folosesc următoarele tehnici : diagrame dataflow, graf de dependenţă sau diagrame de tranziţie.

Cele două forme de programare vizuală, limbajele de programare vizuală şi mediile de dezvoltare vizuale au ca scop îmbunătăţirea modului în care programatorii reprezintă informaţia, modul de procesare a ei, astfel încât să permită o înţelegere mai uşoară a programului şi o modificare uşoară a conexiunilor logice şi rezultatelor.

În acest domeniu, cercetătorii caută noi metode de reprezentare vizuală, şi anume, soluţii pentru explicitarea diagramelor de interdependenţă dintre entităţi, pentru găsirea unui limbaj care să permită utilizatorilor neprofesionişti utilizarea programării vizuale, pentru găsirea unui limbaj în care utilizatorul introduce exemple sau exemple de execuţie, pentru a îmbunătăţii cunoştinţele unui program.
În ceea ce priveşte mediile de cercetare, atenţia specialiştilor se îndreaptă spre schimbul de informaţie şi prezentare, unelte, integrarea uneltelor, interacţiunea cu utilizatorul şi modul în care aceste idei pot fi integrate consistent în limbajele de programare.

În practică (vezi toate produsele comerciale prezente pe piaţă), toate limbajele de programare vizuale sunt strâns integrate în mediile vizuale sub care lucrează. Din această cauză, limbajele de programare vizuale sunt caracterizate de atribute specifice atât sintaxei proprii, cât şi mediului (ex. feed-back-ul vizual asigurat : în momentul editării unui subansamblu, mediul răspunde prin reîmprospătarea şi afişarea informaţiilor ce se află într-o anumită relaţie cu subansamblul modificat ).

Concreteţea este unul din atributele limbajelor şi mediilor vizuale. Acest lucru este motivat prin faptul că suntem concreţi în momentul specificării unei valori. Atributul „concreteţe“ are două valenţe în programarea vizuală : asigură un feed-back sau este folosită la specificarea unei părţi de program sau a întregului program (se folosesc tehnici de point & click, specificare valori step-by-step).

Conceptul comun al acestor limbaje este operarea cu prezentări diferite ale simbolurilor generalizate numite icon-uri. Simbolurile grafice generalizate constau din icon-uri obiect şi icon-uri proces. Un icon obiect este o reprezentare duală a unui obiect - notaţie (Xm, Xi), cu o parte logică, Xm (semnificaţie), şi o parte fizică, Xi (imaginea). În limbajele de programare vizuală, se lucrează cu (Xm, e) - obiecte cu semnificaţie logică, dar fără o imagine vizuală. Simbolul 'e' reprezintă obiectul nul. Dacă se impune reprezentarea vizuală, trebuie să se facă transformarea (Xm ,e) în (Xm , X'i), pentru a putea realiza vizualizarea. În limbajele de prelucrare a informaţiilor vizuale, se lucrează cu (e, Xi), deci cu obiecte cu imagine vizuală, dar cărora trebuie sa li se dea o semnificaţie logică. Prin urmare, trebuie să se facă transformarea (e, Xi) în (X'm, Xi). Obiectele operate prin limbajele vizuale pot fi vizuale sau nevizuale, dar cu reprezentare vizuală.

Obiectele operate de către limbajele vizuale pot fi deci icon-uri obiect sau icon, cu o parte logica şi o parte fizică reprezentând un obiect. În mod asemănător constructorii program din limbajele vizuale pot fi consideraţi icon proces sau icon cu o parte logică şi o parte fizică, reprezentând un proces de calcul (computaţional). Deosebirea între un icon obiect şi un icon proces depinde atât de context, cât şi de interpretare. Conceptul de simbol sau icon generalizat cuprinde atât icon obiect, cât şi icon proces (sau icon acţiune).

Conceptul de icon generalizat ca icon obiect şi icon proces conduce la metoda generală de proiectare a limbajelor vizuale. Apar astfel câteva întrebări:
• cum se poate reprezenta logic un obiect vizual şi cum se poate reprezenta vizual un obiect logic, întrebări care conduc la conceptul de icon obiect;
• cum se pot reprezenta vizual constructorii program şi cum se pot specifica algoritmii în limbajul vizual, întrebări care conduc la conceptul de icon proces (sau icon acţiune).

Medii de programare vizuală.

Mediile de programare vizuală (VPE - Visual Programming Environment) sunt medii de dezvoltare rapidă a aplicaţiilor (RAD - Rapid Application Development) proiectate pentru a accelera dezvoltarea şi distribuţia aplicaţiilor cu un grad ridicat de elemente grafice.

Limbajele vizuale sunt unelte puse în scopul utilizatorului / programatorului, pentru a rezolva problemele ridicate de programare. Limbajele vizuale reuşesc să realizeze acest lucru, deoarece au abilitatea de a reprezenta modelul mental al programatorului, model care este mai uşor de înţeles, modificat sau de restructurat. Modelul vizual permite utilizatorului să implementeze rapid modelul soluţiilor. Procesul de programare este uşurat, iar timpul necesar pentru implementarea completă sau parţială a programului este redus semnificativ.

Direcţiile de dezvoltare ale mediilor de programare vizuală sunt :
• unelte de dezvoltare / programare vizuală;
• programare bazată pe regulă intuitivă, bazată pe evenimente;
• generator de aplicaţii DBMS vizuale;
• suport pentru dezvoltare concurentă;
• curbă de învăţare minimă;
• independenţă hardware şi database;
• suport pentru aplicaţii vechi;
• utilizarea sistemelor multi-agent;
• suport calitativ, ş.a.m.d.

Proprietăţile limbajelor de programare vizuală.

Caracteristica de bază a unui limbaj de programare vizual este imaginea sub diferitele forme de existenţă. Majoritatea limbajelor vizuale au ca element important diagramele. Diagramele sunt formate din elemente grafice însoţite de adnotări (text). Elementele grafice care se disting sunt : elementele „icon“, linii, săgeţi, umbre. Unul din criteriile după care se clasifică limbajele vizuale este poziţionarea bidimensională a elementelor grafice, aceasta fiind elementul care asigură denumirea de „vizual“ a limbajului de programare. Poziţionarea elementelor grafice se realizează absolut sau relativ. În opoziţie, sunt adiacenţa, conectivitatea sau includerea, care nu sunt elemente întâlnite la toate limbajele vizuale studiate.

Paradigmele programării vizuale.

Programarea vizuală foloseşte, în mod special, tehnologia vizuală, în detrimentul tehnologiei bazate pe text. Dezvoltarea limbajelor de programare vizuale este un pas înainte în cadrul evoluţiei spre un mediu de dezvoltare vizual integrat.

Limbajele de programare vizuale pot fi împărţite în două categorii generale.
• limbaje de programare transformate vizual - implementează anumite tehnici de reprezentare vizuală a informaţiei;
• limbaje de programare vizuale propriu zise - limbaje caracterizate de o serie de paradigme a căror expresie naturală nu are ca echivalent textul ;

Paradigma: Dataflow. Limbajele de programare care au la bază paradigma „dataflow“ pot fi considerate limbaje de programare transformate vizual. Paradigma „dataflow“ conduce la ideea că programele care au la bază diagrame dataflow sunt formate din module funcţionale, în care există un mecanism de conectare a ieşirilor cu intrările altor module. În limbajele de programare textuală ce se bazează pe această paradigmă, diagramele dataflow sunt consecinţă logică a procesului de proiectare software care, în final, sunt traduse / translatate într-o sintaxă text. Limbajele vizuale care se bazează pe aceeaşi paradigmă omit să realizeze această transformare.

Paradigme bazate pe constrângeri. Multe din limbajele de programare care au la bază programarea prin constrângeri se potrivesc unei reprezentări vizuale. Avantajul reprezentării vizuale a acestei paradigme este dat de natura complexă a unei constrângeri. Constrângerea poate afecta multe variabile, care, la rândul lor, pot influenţa alte entităţi. O relaţie de interdependenţă atât de complexă poate fi mai uşor modelată folosind o reprezentare vizuală (diagrame, etc.), decât o reprezentare textuală.

Paradigma : Programare prin exemple. Programarea prin exemple este un proces natural vizual, care nu are un echivalent textual. Programarea este realizată prin manipularea directă a reprezentării grafice a datelor pe ecran (suprafaţa de lucru), demonstrând calculatorului / programului ce trebuie să realizeze. Avantajul acestei metode este evident, deoarece programatorului îi este mult mai uşor să descrie vizual o anumită problemă, decât să realizeze acelaşi lucru printr-o specificare textuală.

Spre deosebire de programarea convenţională, considerată unidimensională, programarea vizuală este bidimensională (sau multidimensională). Limbajele textuale cunoscute sunt compilate sau interpretate, prin prelucrarea lor pe o singură dimensiune, şi anume de-a lungul frazelor text. Programarea vizuală este o programare grafică în care se analizează o sintaxă şi o semantică spaţială, descrisă, eventual de o gramatică multidimensională. De exemplu, limbajele de programare convenţională cum ar fi: Sketchpad, conceput de Sutherland, în 1963, CORE, PHIGS, Postscript, al firmei Adobe, Macintosh Toolbox de la Apple sau X-11 Window Manager Toolkit nu sunt considerate limbaje de programare vizuală, ci, mai degrabă, limbaje de prelucrare a informaţiilor vizuale.

Interfeţele demonstraţionale sunt sisteme cu programare bazată pe exemple. Programarea bazată pe exemple defineşte programarea vizuală în care programatorul utilizează exemple de intrări şi ieşiri de date în timpul procesului de programare. Există două tipuri de programare bazată pe exemple : programarea prin exemple şi programarea cu exemple.

În programarea prin exemple sistemul încearcă să deducă programul din exemplele de intrări şi ieşiri sau din exemplele de trasări ale execuţiei. Programarea prin exemple face parte din domeniul programării automate şi al cercetării din domeniul Inteligenţei Artificiale.

Programarea cu exemple defineşte programarea în care programatorul specifică toate informaţiile despre program, nu există inferenţa, iar programatorul realizează programul pentru un domeniu de cazuri specifice. Sistemul execută comenzile programatorului şi le memorează pentru o utilizare ulterioară.

Utilizarea graficii în programarea vizuală.

Programarea vizuală utilizează grafică şi operarea directă, pentru a construi şi opera asupra obiectelor, operatorilor, structurilor de date sau constructorilor program, fapt care duce la următoarele avantaje:
• programarea convenţională construieşte formele sintactice pe o singură dimensiune şi nu utilizează întreaga putere de analiză, imaginaţie şi creativitate a omului. Un exemplu în acest sens sunt avantajele obţinute prin utilizarea diagramelor de stare sau programarea structurată pe blocuri;
• programarea grafică foloseşte informaţii în format mult mai apropiat de reprezentarea mentală a utilizatorului şi permite operarea obiectelor într-o manieră apropiată celei reale;
• programarea grafică este o descriere de nivel înalt a acţiunilor, elimină dificultăţile impuse de sintaxă şi permite un nivel mai înalt de abstractizare;
• vizualizarea informaţiilor referitoare la starea program (variabile curente şi structuri de date) este mult mai bogată decât afişarea textuală;
• specificările grafice descriu mai simplu programe complexe, cum ar fi procesele concurente sau sistemele în timp real.

Există, de asemenea, unele dificultăţi, legate de utilizarea graficii în programarea vizuală. Pentru a obţine tehnici de programare grafică şi o metodologie consecventă de elaborare a programelor prin programare vizuală, următoarele inconveniente vor trebui rezolvate în viitor:
• dificultatea reprezentării programelor sau datelor de dimensiuni mari. Majoritatea reprezentărilor vizuale ocupă pe suprafaţa de afişat mult mai mult loc decât textul înlocuit;
• lipsa unor tehnici de specificare formală. Încă nu există o posibilitate de descriere formală riguroasă a Limbajului de Programare Vizuală. Este necesar ceva echivalent formalismului BNF, utilizat pentru limbajele textuale. Gramaticile multidimensionale nu sunt încă tehnici destul de bine fundamentate în practica proiectării;
• metrica utilizată pentru evaluarea programării vizuale. Este necesară o metrică, o metodologie de evaluare a rezultatelor experimentale, care să demonstreze avantajele utilizării tehnicilor de programare vizuală sau a limbajelor iconice faţă de utilizarea metodelor textuale, pentru realizarea aceluiaşi task. Metrica trebuie să se refere la timpul de învăţare, viteza de execuţie, domeniul aplicaţiilor, fiabilitatea programelor, timpul de elaborare, editare şi punere la punct a programelor etc.;
• insuficienţa reprezentărilor. Multe reprezentări vizuale sunt insuficiente. Programele deja create sunt dificil de înţeles, depanat sau modificat. Aceste dificultăţi sunt cu atât mai evidente la programe sau structuri de date de dimensiuni mari.

Interfaţa grafică utilizator

Conceptele proiectării interfeţelor utilizator
Una dintre cele mai importante componente din sistemele software interactive este interfaţa cu utilizatorul în general şi interfaţa utilizator grafică, ca cea mai avansata soluţie. De obicei, interfaţa cu utilizatorul este ultima parte proiectată în cadrul unei aplicaţii. Interfeţele grafice erau realizate prin metode intuitive şi tehnici simpliste, stare de fapt care a dus la metode de proiectare inconsistente, cu efecte negative asupra structurării întregului program. Se consideră că timpul utilizat pentru proiectarea interfeţei grafice interactive este 50% din timpul necesar dezvoltării întregului sistem şi 60% din timpul total de întreţinere şi modificare ulterioară. În prezent este acceptată ideea că interfaţa cu utilizatorul este mult mai importantă decât o componentă auxiliară, ea fiind o parte integrantă din sistem.

Cercetările făcute în sensul dezvoltării interfeţelor grafice interactive au condus la realizarea unor metode sistematice şi unitare. S-au creat unelte pentru dezvoltarea şi execuţia interfeţelor grafice interactive, reunite sub denumirea de Sisteme de Gestiune a Interfeţelor Utilizator (UIMS - User Interface Management System). Tendinţa este ca, utilizând tehnicile de proiectare structurata, orientate obiectual, sa se construiască interfeţe grafice în jurul unor aplicaţii, interfeţe separabile de aplicaţie şi uşor reconfigurabile. Pornind de la realizări semnificative în domeniul proiectării interfeţelor utilizator, se disting câteva concepte:

Independenţa dialogului. Caracteristica unui sistem software interactiv care separă proiectarea dialogului de proiectarea componentei aplicaţie, astfel încât orice modificare în oricare componentă să nu determine schimbări în cealaltă componentă.

Modelarea structurală a interfeţei utilizator. Descrierea procesului general de interacţiune om-calculator, care poate fi utilizat în procesul de proiectare a dialogului şi uneltelor de dezvoltare a dialogului.

Reprezentarea interfeţei utilizator. Tehnicile utilizate pentru reprezentarea definirii diferitelor instanţieri ale interacţiunii.

Uneltele interactive pentru dezvoltarea interfeţei utilizator. Uneltele software şi hardware necesare pentru dezvoltarea sistemelor şi în special a interfeţelor utilizator.

Prototipizarea rapidă. Posibilitatea de prezentare a unei versiuni executabile a sistemului parţial construit, care să permită observarea uşoară a comportării sistemului, în special a interfeţei sale.

Metodologii pentru dezvoltarea sistemelor interactive. Procesul de dezvoltare şi ciclul de viaţă al sistemului care consideră dezvoltarea interfeţei ca o parte integrată în procesul de dezvoltare software generală.

Structuri de control. Organizarea componentelor dialog şi aplicaţie şi mecanismele care generează secvenţierea logică şi comunicarea internă a evenimentelor din părţile dialog şi aplicaţie.

Modelarea interfeţei utilizator
Principalele tehnici de modelarea a interfeţei utilizator sunt : analiza taskurilor, descrierea structurală şi reprezentarea interfeţei.

Modelele orientate pe taskuri sunt folosite, în general, pentru proiectarea interfeţelor specifice şi constau în descrierea informaţiilor despre task şi execuţia sa, folosindu-se la analiza şi descrierea detaliată a unui task, prin descompunerea ierarhică în subtaskuri. La nivele de detaliu, descrierea taskului depinde foarte mult de dialog şi dispozitivele utilizate, fiind specifică acţiunilor utilizatorului, prin dispozitivele de intrare. Aceste modele de detaliu nu sunt modele structurale ale interacţiunii utilizator-calculator, având importanţă doar în cazuri particulare.

Modelele structurale sunt descrieri ale procesului general de comunicare om-calculator, deci descriu teoretic şi generic structura comunicaţiei utilizatorului cu calculatorul. De exemplu, unele modele lucrează cu obiectele dialogului, cum ar fi promptere, intrări, validări, ecouri, mesaje şi relaţiile dintre acestea.

Modelul structural are o importanţă deosebită pentru dezvoltatorul dialogului şi cititorul documentaţiei. Modelarea structurală, descriptivă a interfeţei utilizator este un concept fundamental al gestiunii interfeţei, necesar înţelegerii naturii şi interacţiunii cu calculatorul şi foarte util în procesul de dezvoltare a interfeţei.

Reprezentările interfeţei (specificaţiile), spre deosebire de modelele structurale, sunt scheme pentru reprezentarea instanţierilor interacţiunii. Se folosesc la descrierea detaliilor formei, conţinutului şi secvenţierii părţilor unei interfeţe specifice. Metodele de reprezentare se bazează pe un model descriptiv, structural.

Modelele analizate în continuare sunt pentru dialogul secvenţial. Aceste modele pot fi utilizate la descrierea în particular a fiecărui task dintr-un dialog multi-task, cu treceri între taskuri conduse de un controler de pe un nivel superior. Modelarea structurală a dialogului asincron este dificilă. Dificultatea este determinată de faptul că dialogul asincron este mai puţin structurat decât dialogul secvenţial.

Tehnici de interacţiune
Tehnicile simple de interacţiune sunt utilizate pentru specificarea valorii unei singure variabile de intrare. Tehnicile complexe de interacţiune reunesc mai multe tehnici elementare, care permit introducerea unor informaţii mult mai cuprinzătoare, având o orientare spre domeniu. O tehnică de interacţiune include intrarea utilizator şi ieşirea program. Intrarea utilizator se executa prin acţiuni la dispozitivele de intrare text sau grafică. Acţiunile realizate la dispozitivele de intrare grafică, cum ar fi mouse sau tastatura, se numesc evenimente sau evenimente intrare. Evenimentele intrare sunt, de exemplu, apăsarea unui buton mouse, deplasarea cursorului mouse, eliberarea butonului, apăsarea unei taste etc. Tehnicile de interacţiune cuprind:
• gesturi - o secvenţă de evenimente având o anumită semnificaţie : tehnica de interacţiune care specifică legătura dintre evenimentele de intrare şi conceptele comunicaţie. Evenimentele de intrare, în general, nu sunt interpretate izolat, ci în secvenţe numite gesturi. Cele mai utilizate gesturi din interfeţele utilizator grafice sunt: acţionare (click), apăsare (press-down), eliberare (release), timp (press-timer), domeniu (range) şi gestul deplasare (drag)
• tehnici elementare de interacţiune - unelte simple, prin care se precizează valoarea de intrare a unei singure variabile : tehnicile elementare de interacţiune reunesc mai multe gesturi şi sunt utilizate pentru specificarea unei singure variabile aplicaţie sau interfaţă. Tehnicile elementare de interacţiune sunt prezente în majoritatea interfeţelor utilizator grafice: butoane opţiune (radio buttons), casete opţiune (check boxes), buton comandă (command button), buton apăsare (push button) şi bara de defilare (scroll bars sau slider). În MS-Windows, tehnicile elementare de interacţiune se numesc controale. Sunt clase predefinite care sunt instanţiate în programele de aplicaţie;
• tehnici complexe de interacţiune - unelte care permit definirea şi operarea unor informaţii complexe, prin combinarea mai multor tehnici de interacţiune elementară (casete dialog - dialogue boxes, meniuri - sub toate formele de existenţă : meniu bară, pull-down sau pop-up, fix sau flotant, text sau grafic, zone de lucru, deplasări prin tragere).

Modele ale tehnicilor de interacţiune - Interactori
Unul dintre cele mai dificile taskuri la realizarea sistemelor interactive este controlul dispozitivelor de intrare, cum ar fi mouse sau tastatura.

S-a ajuns la concluzia că tehnicile de interacţiune din majoritatea interfeţelor utilizator grafice sunt aproximativ aceleaşi. Standardele grafice GKS, CORE, PHIGS conţin conceptul de separare dintre dispozitivele de intrare şi programele de aplicaţie. Pornind de la modelul definit de J. Foley şi Wallace, s-au identificat şase tipuri de dispozitive logice de intrare: locator, stroke, valoare, alegere, culegere şi text (PHIGS). Aceste abstracţiuni au câteva dezavantaje în cazul interfeţelor utilizator moderne:
• nu permit dialogul asincron, ci numai dialogul secvenţial;
• introduc prea multe restricţii;
• există un control slab asupra stilului meniurilor, selecţiei obiectelor grafice sau a ecoului pe parcursul operării.

Modelul interfeţei cuprinde informaţii referitoare la:

Semantica aplicaţiei reprezintă operaţiile şi obiectele existente în programul de aplicaţie.

Prezentarea defineşte aspectul vizual al interfeţei: părţile principale ale afişării, datele afişate în fiecare parte, metodele de prezentare a fiecărei părţi (recursiv), poziţionarea părţilor şi condiţiile de includere a părţilor în imagine.

Comportarea defineşte gesturile care se pot aplica obiectelor prezentate şi efectele acestor gesturi asupra stării aplicaţiei şi interfeţei. Modelarea comportării se bazează pe modelele de interactori definiţi de către Brad Myers.

Secvenţierea defineşte ordinea în care sunt permise operările sau setul de operări permise la un moment dat. Majoritatea constrângerilor referitoare la secvenţiere derivă din constrângerile fluxului de date, specificate în descrierea aplicaţiei (de ex., o comanda nu poate fi apelată dacă nu sunt corecte toate intrările). Pe parcursul proiectării dialogului, pot fi impuse constrângeri suplimentare.

Efectele laterale ale acţiunilor se refera la acţiunile realizate automat ca efect lateral al acţiunii de operare. De exemplu, un obiect nou creat poate fi în continuare automat selectat sau închiderea unei casete dialog poate iniţializa toate opţiunile sale la valorile implicite.

Sistemul executiv este o componenta a oricărui program de aplicaţie care utilizează modelul interfeţei descris înainte. Dezvoltatorii aplicaţiei nu trebuie sa scrie cod pentru a executa modelele interfaţa, trebuie doar să modeleze comportarea dorita. Pentru interpretarea intrărilor, sistemul executiv foloseşte modelul prezentare, pentru a face corespondenta dintre evenimentele intrare şi referinţele la datele aplicaţie şi lansarea comenzilor potrivite comportării aplicaţiei şi modelului de secvenţiere. Pentru producerea sau actualizarea afişării structurii de date a aplicaţiei, sistemul executiv caută în model o componentă prezentare care să poată afişa structura de date. Modelul returnează prezentarea cea mai potrivită pentru afişarea structurii de date în contextul dat (de exemplu, luând în considerare congruenţa tipurilor de date şi restricţiile de dimensiune), iar sistemul executiv foloseşte prezentarea pentru a produce sau actualiza afişarea. Componenta prezentare obţinută din model trebuie sa fie implicit moştenită din partea generică a modelului sau să fie o componentă prezentare specificată de către proiectantul interfeţei.

Programarea vizuală