[논문 리뷰] Towards rule-based visual programming of generic visual systems

Berthold Hoffmann, Mark Minas|ArXiv.org|2000. 10. 10.

Model-Driven Software Engineering Techniques참고 문헌 20인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 그래프 변환 이론에 기반한 규칙 기반 시각적 프로그래밍 언어인 DiaPlan을 소개한다. 이 언어는 객체 지향 프로그래밍, 계층적 그래프 구조화, 타이핑을 지원하며, 도메인 특화 다이어그램 표기법을 정의하고 조작할 수 있는 재사용 가능하고 확장 가능한 프레임워크를 기반으로 하여 다양한 응용 분야에서 시각적 구문과 의미를 완전히 맞춤설정할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

This paper illustrates how the diagram programming language DiaPlan can be used to program visual systems. DiaPlan is a visual rule-based language that is founded on the computational model of graph transformation. The language supports object-oriented programming since its graphs are hierarchically structured. Typing allows the shape of these graphs to be specified recursively in order to increase program security. Thanks to its genericity, DiaPlan allows to implement systems that represent and manipulate data in arbitrary diagram notations. The environment for the language exploits the diagram editor generator DiaGen for providing genericity, and for implementing its user interface and type checker.

연구 동기 및 목표

• 기존의 시각적 규칙 기반 언어들이 객체 지향적 및 모듈식 그래프 프로그래밍을 지원하지 못하는 문제를 해결하기 위해.
• 다양한 응용 분야에 맞는 도메인 특화 시각적 표기법을 정의할 수 있도록 하여, 특정 응용 분야에 맞는 사용자 인터페이스를 제공하기 위해.
• 타입 안전성과 확장 가능한 프레임워크를 제공하여, 다양한 다이어그램 표현 방식에 맞게 맞춤설정할 수 있는 시각적 프로그래밍 환경을 개발하기 위해.
• DiaGen 도구를 통해 일반적인 시각 편집기와 타입 체커를 통합하여, 시스템의 재사용성과 유지보수성을 보장하기 위해.
• 변환, 타이핑, 구조화된 그래프의 상호작용 편집을 지원하는 기능이 풍부하고 확장 가능한 시각적 프로그래밍 환경을 위한 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 언어는 그래프 변환 기반으로 작동하며, 규칙이 그래프가 어떻게 수정되는지를 정의하고, 변수와 치환을 사용하여 규칙를 인스턴스화하고 적용한다.
• 프레임을 사용하여 그래프를 계층적으로 구조화함으로써, 복잡한 데이터 구조의 모듈식이고 객체 지향적인 조작이 가능해진다.
• 그래프의 형태를 명시하고 강제하기 위해 재귀적으로 정의된 타이핑 체계를 도입함으로써 프로그램의 정확성과 보안성을 향상시킨다.
• DiaGen 도구를 사용하여 사용자 인터페이스와 타입 체커를 생성함으로써, 도메인 특화 표기법에서 그래프의 맞춤형 시각적 구문을 구현할 수 있다.
• 시스템 아키텍처는 인터프리터(변환 실행), 컴파일러(프로그램 검증), 시각적 에디터(입력 및 프로그램 구성)로 분리되어 있으며, 모두 DiaGen 사양을 기반으로 생성된다.
• 구현은 DiaGen의 추상 기반을 사용하며, 클래스 기반의 구조와 도메인 특화 다이어그램 렌더링을 위한 확장 기능을 추가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 시각적 프로그래밍 언어가 규칙 기반 변환과 그래프의 객체 지향적 구조화를 동시에 지원할 수 있는가?
• RQ2 어떤 메커니즘이 시각적, 규칙 기반 프로그래밍 언어에서 그래프의 타입 안정성과 형태 제약 조건을 보장하는가?
• RQ3 어떻게 시각적 프로그래밍 환경을 다양한 응용 분야에 특화된 다이어그램 표기법을 지원할 수 있도록 일반화할 수 있는가?
• RQ4 어떤 아키텍처 패턴이 단일 사양에서 사용자 인터페이스와 타입 체커를 자동 생성할 수 있도록 하는가?
• RQ5 비록 규칙 매칭에서 부분 그래프 동일성 문제의 NP-완전성으로 인해 성능에 제약이 있더라도, 그래프 변환 시스템이 텍스트 기반의 기능적 또는 논리 프로그래밍 언어와 비교해 어느 정도의 성능을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• DiaPlan은 규칙 기반 프로그래밍, 객체 지향적 구조화, 그래프 타이핑을 하나의 시각적 언어에 통합하여, 시각적 시스템의 안전하고 모듈식 개발을 가능하게 했다.
• 프레임의 사용을 통해 계층적 그래프 구조가 모듈식 방식으로 조작될 수 있으며, 변환 경계를 넘어선 모듈성도 유지된다.
• DiaGen에 의해 생성된 에디터를 통해 도메인 특화 시각적 표기법을 지원함으로써, 특정 응용 분야에 맞는 사용자 인터페이스를 구축할 수 있었다.
• 타이핑 체계는 재귀적으로 정의되어 있으며 그래프의 형태 제약 조건을 강제함으로써 프로그램의 정확성을 향상시키고 런타임 오류를 줄였다.
• 시스템 아키텍처는 DiaGen을 활용하여 사용자 인터페이스와 타입 체커를 모두 생성함으로써 구현 노력과 유지보수성을 크게 감소시켰다.
• 비록 구현 단계가 초기 단계에 머물러 있지만, 설계는 그래프 변환 기반으로 하며 일반성과 타이핑을 지원하는 완전한 기능을 갖춘 확장 가능한 시각적 프로그래밍 환경을 구축할 수 있음을 보여주었다.