12.制約処理系を利用した図形描画システム

［目次］

1. ブラッシュアップ対象ソフトウェア名称
2. 体制／方法
3. 想定されるブラッシュアップ成果

［ブラッシュアップ対象ソフトウェア名称］

• 制約処理系を利用した図形描画システム

［体制／方法］

(1) 体制

	氏名	所属
研究代表者	五十嵐 健夫	東京大学 情報工学
研究協力者	田中 英彦	東京大学 情報工学
研究協力者	松岡　聡	東京工業大学 数理計算機工学

(2) ブラッシュアップの方法

平成９年度委託研究の成果である描画システムの JAVA への移植、および予測機能の付加を行う。

1. まず、移植・拡張に取り掛かるにあたって変更すべき点や改良すべき点、あるいは取り除くべき機能などについて総合的に検討を加える。その際、すでに成果ソフトウェアとして利用実績のある現在の版での経験を生かし、 より使いやすく高機能なものを目指す。

2. 実際の移植作業に取り掛かる。特に、ソフトウェアの再利用性という点に注意し、制約解消系や制約抽出部、インタフェースの独立性を最大限に保つよう実装する。一部のモジュールについては、可読性と処理速度の向上のためにコードの全面的な書き直しを検討している。

3. 新機能である予測部分に関する実装を行う。この機能については、まだ実績がないため、さまざまな手法を実際に実装し、テストを行うといった比較検討が必要である。

4. 移植されたシステムの動作確認と評価、およびその結果に基づいた修正を行う。その際 JAVA の非OS依存性を生かすため、さまざまなプラットフォームで動作の確認をおこなう予定である。

5. 一般に公開するために、使用法などについての文書を整備するとともにサンプル画像の作成、最終テスト、デバッグなどを行なう。

［想定されるブラッシュアップ成果］

1. ブラッシュアップ項目

   • ソフトウェアの操作性の向上

     現在、Visual Basic と Visual C++ によって実装されている描画システム全体をJAVA に移植し、さらに新機能を追加する。(新機能については (3) を参照のこと)。移植については、操作性の向上とともに特にソフトウェアの再利用性および可読性の向上が期待され、研究成果の利用に大きく貢献するものである。

     現在の実装は、インタフェース部分が Visual Basic で記述され、制約処理系がVisual C++ で記述されている。これは、Visual Basic によってインタフェース部分が容易に記述できることと、Visual C++ よって時間のかかる制約解消計算が高速に行えるという理由のためであり、実装当時の状況では最良の選択であったといえる。しかし、ソフトウェアの他のアプリケーションでの再利用および、ソースコードを読むことによるアルゴリズムの学習といった観点からは、多少難点があるといわざると得ない。また、この初期バージョンの実装は、これまでにない描画システムのパラダイムを試行錯誤の結果実現した最初のシステムであったため、ソースコード自体にも開発の過程を反映した矛盾する点がいくらか残っており、これも再利用の障害になっている。最後に、Visual Basic と Visual C++ を利用しているため、UNIX や Machintosh などのプラットフォームでは一切利用できないという問題も抱えている。

     これらの問題点を解決するために今回のブラッシュアッププロジェクトでは、システムの JAVA 言語への完全移植およびインタフェースの改良と新機能の追加を行う。Visual Basic とVisual C++ の組み合わせと比較した場合の JAVA 言語自体のもつ利点として、

     1. プラットフォーム非依存であること。Windows のみならずUNIXやMachintosh　上で動作可能となる。

     2. WWW 上へ公開することにより、インターネットに接続されたブラウザさえ　あれば、インストール作業を行うことなくどこでも利用できること。

     3. モジュール化を十分に考慮しデザインされた完全なオブジェクト指向言語であり、ソフトウェアの部品としての再利用が容易であること。本研究の場合、ストローク描画と選択に基づくインタフェース、幾何学的制約の抽出部分、そして複数候補生成をおこなう制約解消系のそれぞれがさまざまなアプリケーションで再利用される可能性がある。

     4. 処理系が無料で公開されていること。ユーザに対してＯＳ以外に特に(Visual　Basic などの)ソフトウェアの購入を要求しない。これは他製品を部品として組み込むことのできないフリーソフトウェアにとって重要な特徴である。

     5. バージョンごとの下位互換性が保たれている(Visual Basic/C++ では期待できない)ほか、世界的にみてよく認知され将来的にサポートが期待できる。といった利点がある。

     多くの教育機関で教材として用いるプログラム言語としてJAVAを採用しはじめていることや、研究機関や開発においてJAVA の利用が急速に増加している事実も移植の強い動機の一つである。

     また一度作り上げたシステムを移植によって作り直すことによるメリットとして

     1. 最初の実装にみられる実装段階での試行錯誤に由来する構造の不整合などを完全に取り除くことができる。これによりソフトウェアの可読性、再利用性が格段に向上する。

     2. 現在の版での利用経験によって明らかになった問題点や限界を解消し、より使いやすいインタフェースやより洗練された動作を実現することができる。

     3. 研究として、これまでにない手法の検討と実現が目的であった現在の版の実装に対し、今回の実装は今後の再利用性向上を主目的としたコーディングができる。

     といった利点がある。

     具体的には、基本的にすべての機能を移植するほか、

     1. インタフェース部分、制約抽出部分、制約解消系部分の独立性を保つように構造を変える。

     2. インタフェースの改良としてズーム機能とスクロール機能を加える。これにより細かい部分を修正したり、より広いスペースで作業を行なうことが可能となる。

     3. システムの動作安定性の向上を図る。

     4. 新機能を加える!

     といった作業を行う予定である。

     操作説明書や例題集の拡充

     平成９年度委託研究の成果物として納入されているマニュアルを更新する他、ソフトウェアにオンラインヘルプを追加する予定である。オンラインヘルプは拡張機能として実装され、ユーザがヘルプモードに入ることにより、動作状態に応じた画面内容と操作方法の説明を表示する。

     プログラムや用いられたアルゴリズムの解説の拡充

     モジュール化されたコードの再利用性向上のため、重要なクラスとメソッドの概略を説明したドキュメントを付加する他、すべてのクラスとメソッド、インスタンス変数を明示したハイパーテキスト形式のドキュメントを生成する。また、ソースコード内部のコメントの充実を図る。

2. 上記のブラッシュアップによるユーザの立場からみた改善点

   今回提案するブラッシュアップによって、ソフトウェアのリソースとしての再利用性が飛躍的に高まる。すなわち、
   1. ＯＳ非依存性およびＷＷＷ上での動作可能性により、Window 上に縛られている現在の版にくらべ、ソフトウェアのアプリケーションとしての利用機会が格段に増加する。

   2. モジュール性にすぐれた JAVA 言語の利用と、 モジュール化を考慮した再実装によりソフトウェアのソースコードの他のアプリケーションでの利用可能性が向上する。

   3. 依然の２言語を利用した構造にくらべ、JAVA というシンプルな言語を用い、さらに可読性を考慮したプログラムの書き直しを行うことにより、ソフトウェアの可読性が向上し、アルゴリズムの学習や他への利用が容易になる。

   といった改善が期待できる。

   また、利用者の立場からみると、

   1. Windows を利用することなく自分の普段利用している計算機で利用することが可能となる。

   2. ソフトウェアの動作安定性の向上とインタフェースのブラッシュアップによりシステムがより使いやすくなる。とくにズーム機能およびスクロール機能は利用者にとってメリットが大きいと考えられる。

   3. プログラムが読みやすくなり、モジュール化が図られることにより、アルゴリズムの学習への利用や、自分のプログラム(ホームページに貼るアプレットなど) への組み込みが容易になる。

   4. Visual Basic の特定の版 (v2.0) を各自で購入する必要がなくなり、ＷＷＷブラウザさえあれば、インストール作業を行うことなくどこでも利用できるようになる。

   5. 予測機能の付加により、より自由に高速に正確な図形の描画が行えるようになる。

   といった改善が見込まれる。

   実際に利用者が、成果ソフトウェアのソースコードを読んだり、自分のソフトウェアの一部に応用したりする場合に最も重要なのは、２次的な情報に過ぎないマニュアルや解説文でなく、ソフトウェアが読まれることを前提として書かれた良く整備されたソースコードである。このような点を考えると、今回提案するソースコードの書き直しと移植作業はソフトウェアの２次利用といった観点から考えて、詳細なアルゴリズム解説の新規作成に相当する作業であると考えられる。

   操作説明に関しては、現在の版に付随しているマニュアルを更新する他、必要な情報を操作中に得ることのできるオンラインヘルプをつける予定である。オンラインヘルプを利用することにより、静的なマニュアルから得られる情報に比べて、よりユーザの必要にあった情報を適宜与えることが可能となり、操作の習得の助けになることが期待できる。

3. 上記のブラッシュアップ以外のソフトウェア機能の改良

   動作の安定性や応答性の向上といった細かい調整に加え、操作性向上のため、ズーム機能、スクロール機能、および予測機能といった新機能の付加を行う。
   1. ズーム機能

      これは、描画に際して図全体を連続的に拡大したり縮小したりする機能である。細かい部分を描く場合にはその部分にズームインして拡大表示することにより正確な描画が可能となる。また、全体的なレイアウトを観察する場合にはズームアウトして縮小表示することによってより広範囲を一度にみることが可能となる。さらに、ズームにより整形に伴う各種パラメータの自動調整が可能となる。すなわちズームインしている場合には、ユーザが細かい作業をしようとしていることがわかるため、整形に関わるパラメータ設定を細かい作業用に動的にチューニングし、またズームアウトしている場合には、おおまかな作業をしようとしていると考えてパラメータを粗い作業用にチューニングすることができる。これにより、従来困難であったより複雑な図形の正確な描画が可能となる。

   2. スクロール機能

      これは画面全体を上下左右に連続的にスクロールする機能である。この機能により、ユーザは画面の広さにしばられることなくより広いスペースを利用して描画を進めることが可能となる。

   3. 予測機能

      本予測機能は、最近の我々の研究成果[1,2,3]として得られたものであり、すでに描かれた図形と最後に描いた図の総合的な位置関係から次の描画を予測して提示するものである。提示された予測候補の中に気に入ったものがあれば、それをクリックするだけで選択することができ、その時点でさらに次の予測が生成され提示される。このようにする結果、予測が成功しつづけている限りにおいては、表示される候補を次々にクリックしていくだけで、かなり複雑な図形を正確かつ高速に描画することができる。予測内容が気にらなかった場合には、希望する図形をそのまま手書きで描くことで自然に整形処理に以降することができるので、予測機構を組み入れることによる作業負担の増加もほとんどないといえる。本手法は、常に希望する線分の概形を注意深く描かなければならないという対話的整形システムの欠点をおぎなうもので、描画負担の軽減に非常な効果が認められる。また、最近研究のさかんに行われている予測インタフェースの実現例としても興味深い。本予測手法により、描画システムはより使いやすくなる他、見た目にも新鮮な機能でもあり、より多くのユーザを獲得する一助になると考えられる。

   上記の描画機能の拡充に加え、ソフトウェアの付属機能として、オンラインヘルプをつける予定である。オンラインヘルプは特殊機能として実装され、ユーザの操作状態に応じたヘルプ情報を提示する。