Methoden und Werkzeuge zur Entwicklung dreidimensionaler visueller Sprachen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Kastens
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214085290

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Visuelle Sprachen sind besonders für spezifische Anwendungsbereiche nützlich. Sie unterstützen grafische Metaphern ihrer Domäne und ermöglichen so Domänenexperten, Programme in ihrer gewohnten Ausdrucksweise zu beschreiben. Die meisten visuellen Sprachen nutzen zweidimensionale Darstellungen, aber für manche Anwendungszwecke ist auch die Verwendung der dritten Dimension vorteilhaft oder notwendig. Eine Darstellung in drei Dimensionen ist für inhärent 3D-Sprachen, wie z. B. den Kugel-Stäbchen-Modellen von Molekülen, nützlich. Weitere 3D-Sprachen weisen jeder Dimension eine semantische Bedeutung zu oder überwinden Limitierungen von 2D-Darstellungen. Zur Konstruktion visueller Diagramme einer bestimmten Domäne werden dedizierte grafische Struktureditoren verwendet, die spezialisierte Interaktions- und Navigationstechniken anbieten. Die Implementierung dreidimensionaler visueller Sprachen und ihrer Editoren benötigt ein umfangreiches konzeptionelles und technisches Wissen im Bereich von 3D-Grafiken und Übersetzerbau. Die Entwicklung von grafischen Editoren für domänenspezifische visuelle 3D-Sprachen kann durch die Verwendung von Generatorsystemen vereinfacht werden. Diesem Ansatz folgend, brauchen Sprachentwickler nicht zu wissen, wie 3D-Grafiken und die Interaktion mit ihnen implementiert wird, da das Generatorsystem dies für die Implementierung jeder Sprache automatisch erledigt. Wir haben in diesem Vorhaben Methoden und Werkzeuge zur Implementierung visueller 3D-Sprachen entwickelt und in dem Generatorsystem DEViL3D (Development Environment for Visual Languages in 3D) eingebettet. DEViL3D bekommt als Eingabe eine Menge von Spezifikationen hohen Niveaus und generiert daraus einen grafischen 3D-Struktureditor als Frontend der 3D-Sprachimplementierung. Sogenannte visuelle Muster sind das Instrument, welches Interaktions-, Layout- und Repräsentationstechniken kapselt. Der Entwickler einer bestimmten 3D-Sprache muss lediglich die visuellen Muster auf Konstrukte der abstrakten Syntax anwenden, welche die Struktur der Sprache beschreibt. Die generierten 3D-Editoren stellen Interaktions-, Navigations- und Layouttechniken bereit, die auf die Bedürfnisse der Sprache zugeschnitten sind. Wir haben die Qualität der generierten Editoren in kontrollierten Experimenten systematisch untersucht. Mit DEViL3D wurden bisher sieben visuelle 3D-Sprachen unterschiedlicher Komplexität implementiert. Bei unserem Vorhaben konnten wir auf den Erfahrungen aus unserem System DEViL für 2D-Sprachen aufbauen. Allerdings ist der Übergang von 2D- zu 3D-Struktureditoren prinzipieller Natur: Der Benutzer eines 2D-Editors betrachtet und bearbeitet seine Konstruktion aus der dritten Dimension heraus, während er beim Konstruieren mit einem 3D-Editor die graphischen Objekte sieht, als ob er selbst Teil der 3D-Szene wäre. Daraus ergeben sich besondere Anforderungen an Techniken der Interaktion und Navigation. Einige solcher Techniken haben wir aus existierenden 3D-Editoren übernommen und generierbar gemacht, damit sie in jedem der generierten Editoren ohne Zutun des Sprachentwicklers verfügbar sind. Ein vergleichbares Generatorsystem für visuelle 3D-Sprachen gibt es bisher nicht. Insgesamt haben wir die für das Vorhaben gesteckten Ziele vollständig erreicht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• „DEViL3D – A Generator Framework for Three-Dimensional Visual Languages“. In: Proceedings of the International Workshop on Visual Languages and Computing (VLC) in conjunction with the 18th International Conference on Distributed Multimedia Systems (DMS). Aug. 2012, S. 171–176
  Jan Wolter
  
• „Specifying Generic Depictions of Language Constructs for 3D Visual Languages“. In: Proceedings of the IEEE Symposium on Visual Languages and Human- Centric Computing (VL/HCC). Sep. 2013, S. 139–142
  Jan Wolter
  
• „Encapsulating Interaction Techniques of 3D Language Editors in Visual Patterns“. In: Proceedings of the 7th International Symposium on Visual Information Communication and Interaction (VINCI). Aug. 2014, S. 68–77
  Jan Wolter und Uwe Kastens
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1145/2636240.2636840)
• „Layout Requirements of a 3D Molecular Editor Specified with DE- ViL3D“. In: Proceedings of the IEEE Symposium on Visual Languages and Human-Centric Computing (VL/HCC). Juli 2014, S. 223–224
  Jan Wolter
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/VLHCC.2014.6883066)
• „Generating 3D Visual Language Editors: Encapsulating Interaction Techniques in Visual Patterns“. In: International Journal of Software Engineering and Knowledge Engineering (IJSEKE), 25(2) (2015), S. 333–360
  Jan Wolter und Uwe Kastens
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1142/S0218194015400124)