Тема № 3. Графические диалоговые системы

При изучении данной темы рассматриваются следующие вопросы:

• графические диалоговые системы;
• организация диалога в графических системах;
• применение интерактивных графических систем;
• применение интерактивной графики в информационных системах.

Программные средства визуализации и взаимодействия с пользователями по отношению к операционной системе выступают как прикладные программы и их интерфейсы с ней должны соответствовать стандартам API POSIX и в частности стандарту IEEE 1003.4 для систем реального времени. Стандартизация визуализации и непосредственного взаимодействия пользователей с различными типами терминалов затруднена широким спектром функционального назначения и особенностей отображаемой информации и классов информационных систем. Однако при переносе на иные платформы программ и данных определенного назначения их визуализация должна сохраняться на уровне стандартов де-факто. Наибольшие успехи достигнуты в международной стандартизации архитектуры интерфейсов программных средств визуализации с операционными системами. Применение этих стандартов значительно облегчает переносимость пользовательского интерфейса и приложений на иные платформы. Основная совокупность стандартов поддерживает графические пользовательские интерфейсы (Graphical User Interfaces - GUI). По своему функциональному назначению GUI является альтернативой вводу данных через командную строку. Ключевой проблемой остается выработка единой методологии создания программ графических систем [15,16,17,18].

Графический пользовательский интерфейс делает компьютер более легким и удобным для использования. Для этого он должен быть "дружественным" по отношению к пользователю, предусматривать возможные нужды и функции определенного класса пользователей, предостерегать их от ошибок при работе и защищать от разрушения системы. Он позволяет заменить командное управление с учетом сложного синтаксиса операционной системы, на манипулирование окнами и элементами изображения (иконами) пользовательских интерфейсов. Интерфейс с пользователем должен быть логичным и согласованным, не создавать неожиданные или тупиковые ситуации при любых действиях пользователей в соответствии с инструкциями, иметь соответствующие учебники и руководства для помощи при работе и для предотвращения ошибок. При переносе GUI на иные платформы должна полностью сохраняться визуализация на экране дисплея и функциональные возможности взаимодействия пользователя с графической системой.

Основой GUI являются наборы графических элементов и допустимых операций над ними, меню и области окон для прокрутки изображений. Прикладной программный интерфейс (API) реализует программно-языковые функции для взаимодействия разработчиков приложений с графическими интерфейсами. Для этого программист выбирает и компонует наборы элементов и функций (окон, меню, операций над изображениями, икон), необходимых для создания конкретных информационных систем. Для поддержки экономного и эффективного переноса программных средств, обеспечивающих отображение различных графических образов, применяются стандарты де-факто и де-юре. Стандарты де-факто созданы несколькими рабочими группами фирм и IEEE и имеют целью унифицировать непосредственное формирование изображения на экране дисплея, управление окнами и графическими образами.

Проектирование интерфейсов пользователей состоит в разработке интегрированного набора средств, помогающих разработчику в создании и управлении различными интерфейсами пользователей. Основу пользовательского интерфейса составляют наборы графических элементов и действий над ними, представляемые как меню и системы окон для манипулирования с изображениями. При этом ставится задача отделить процесс создания интерфейса пользователей от разработки прикладных программ, которые не должны связываться с конечными пользователями напрямую. Основные особенности современного интерфейса с пользователями состоят в следующем [19,20,21]:

— наличие механизмов управления окнами;

— использование готовых графических символов (икон) для отображения управляемых объектов;

— непосредственное манипулирование графическими объектами и окнами посредством "мыши";

— объектно- и проблемно-ориентированное проектирование диалоговых систем.

Для реализации интерфейсов создаются и используются библиотеки технологических интерактивных программ, позволяющих использовать устройства ввода команд управления и графических элементов при наличии обратной связи, отображающей на дисплее результаты манипулирования ими. Для этого разрабатываются модели, методы и языки проектирования интерфейсов пользователей, которые должны соответствовать проблемной области информационной системы. Их можно отнести к компонентам языков четвертого поколения. Разработка систем построения и управления интерфейсами пользователей ведется многими фирмами послойно с частичным учетом стандартов открытых систем и постепенной выработкой ряда стандартов де-факто.

Модели графического пользовательского интерфейса. Разработан ряд моделей графического пользовательского интерфейса, из которых ниже рассматриваются три. Первая —концептуальная модель может быть детализирована введением пяти уровней взаимодействия пользователей с информационными системами: физического; концептуального; лингвистического; визуального; функционального.

Физический уровень определяет состав технических средств и общетехнические требования к ним, например, расположение клавиш на клавиатуре, характеристики устройств автоматического ввода информации, характеристики мониторов. Физический уровень взаимодействия соответствует нижнему уровню интерфейса пользователя в концептуальной модели ИС.

Концептуальный уровень определяет способ отображения состояния среды, с которой взаимодействует пользователь. Он базируется на некотором представлении объектов среды через объекты интерфейса, связываемые между собой в программной среде. Лингвистический уровень определяет все, что связано с обработкой текстовой информации: сообщения программной среды, ввод текстовых команд пользователя, редактирование текста и т.д. Возможности интерфейса в использовании различных языков, а также то, как он использует свои языковые возможности, — все это относится к лингвистическому уровню взаимодействия.

Визуальный уровень конкретизирует отображение концептуальных объектов. Способ отображения концептуальных объектов, их взаиморасположение, возможности пользователя в управлении этим отображением, удобство восприятия и т.п. — все это относится к визуальным аспектам. Концептуальный, лингвистический и визуальный уровни относятся к двум уровням программных средств среды (уровню операционных систем и уровню программных средств общего назначения).

Функциональный уровень рассматривает взаимодействие пользователя с системой при решении прикладных задач, то есть типы воздействия пользователя на систему через функции пользовательского интерфейса и способы представления результатов в ответ на эти воздействия. Функциональный уровень относится к верхнему уровню концептуальной модели, на котором представлены прикладные программы ИС.

Вторая модель, реализующая графические пользовательские интерфейсы, представляет собой многоуровневую совокупность компонентов, в которой верхний уровень занимают прикладные программы, а нижние уровни — операционная система и процессор (рис.4.2). Модель начинается с компонентов связи с прикладными программами, содержащих множество точек, через которые пользователь контактирует с системой и элементами, такими как меню и иконы. Основные уровни модели не предназначены для выполнения функциональных или программных операций. Они используются только для выбора графических интерфейсов. В дополнении к прикладным программам, операционной системе и процессору, эта модель между ними имеет пять базовых уровней.

Объектная модель располагается на высшем уровне GUI, но может быть не единственной. Объектная модель отражает реакции и взаимодействие приложений с внешней средой и между собой. Она определяет характер реализуемых прикладных функций, их использование, управление и построение объектов.

Прикладные программные интерфейсы (API) выполняют программно-языковые функции для связи пользовательских приложений с GUI. Программист может специфицировать функции (окна, меню, процессы отображения, иконы), которые необходимы для соответствующих прикладных программ. API включает средства, используемые разработчиками программ при создании GUI для конкретных приложений.

Ядро графического пользовательского интерфейса сосредоточивает экранные функции и элементы. В таких системах, как OpenLook и Motif— это полное средство обеспечения пользовательского интерфейса. В системе Microsoft Windows в ядре содержится только часть функций GUI. Оконная система выделяется в некоторых случаях для повышения гибкости развития всего GUI. Так, например, Х Windows первоначально создавалась только как оконная система, а не весь графический пользовательский интерфейс. Однако системы функционально быстро развиваются, и оконные системы сливаются с ядром GUI.

Модели изображения формируются для различных пользовательских интерфейсов с помощью графических средств, в том числе Х Windows. Для унификации интерфейсов могут применяться международные стандарты GKS (ISO 7942), PHIGS (ISO 9592) и другие.

Реализации представленной этой многоуровневой модели графических пользовательских интерфейсов весьма разнообразны и, в той или иной степени, ориентированы на аппаратные и операционные платформы. Однако общие тенденции состоят в стремлении обеспечить их,

по возможности, широкую мобильность между платформами с учетом применения международных стандартов и некоторых стандартов де-факто. При этом важнейшей задачей остается сохранение всей совокупности функций, доступных пользователю, унификация технологии и процедур его взаимодействия с приложениями при любых платформах.

Третья модель отражает общий методологический подход к реализации интерфейсов пользователя и выбору объектов стандартизации. Все компоненты пользовательского интерфейса должны поддерживаться операционными системами станций клиентов и серверов. Эта модель интерфейсов пользователя подразумевает разделение функциональных компонентов приложений на клиентские и серверные части независимо от какой-либо определенной архитектуры среды распределенной обработки данных.

В распределенных информационных системах с архитектурой клиент-сервер пользователи непосредственно взаимодействуют с клиентской частью системы, управляющей запуском и режимами работы прикладных программ. Серверные части прикладных программ обеспечивают доступ к данным и вычислительным ресурсам серверов. Система предоставляет пользователю формы документов и наборы процедур, которые он может выполнять. Эти функции обеспечиваются прикладными программами. Для реализации такого взаимодействия компоненты клиентской части среды, относящиеся к группе функций пользовательского интерфейса, обеспечивают средства работы с документами (текстами), механизмы управления окнами, готовые примитивы символов (алфавитно-цифровые и графические примитивы) для формирования нужных объектов, непосредственное манипулирование объектами на экране. Наконец, физический уровень взаимодействия пользователя с системой обеспечивают устройства ввода-вывода информации, входящие в состав автоматизированных рабочих мест. Таким образом, средства, поддерживающие функции интерфейсов пользователя, размещаются на трех уровнях ИС: уровне прикладных программ, уровне программных средств среды, уровне технических средств среды.

Система международных стандартов графических пользовательских интерфейсов. Особенностью пользовательского интерфейса как архитектурного компонента среды ИС является необходимость высокой согласованности всех функциональных элементов интерфейса. В связи с этим организации по стандартизации и промышленные консорциумы разрабатывают спецификации пользовательского интерфейса в виде гармонизированных профилей на основе базовых стандартов. Однако, на настоящий момент не существует подобного рода спецификации, которая охватывала бы все аспекты пользовательского интерфейса. Традиционно такие профили описывают либо структуру графического оконного интерфейса в целом, либо архитектуру построения распределенных приложений. Для построения профилей интерфейсов пользователя должны использоваться базовые стандарты, относящиеся к следующим классам объектов стандартизации: