Mémoire HDR

148 Pages·2017·5.77 MB·French

by  Olivier Beaudoux

Vers une programmation des systŁmes
interactifs centrØe sur la spØci(cid:28)cation
de modŁles exØcutables
Beaudoux
Olivier
(cid:201)quipe TRAME, Groupe ESEO, Angers
MØmoire prØsentØ pour l’obtention de
l’Habilitation (cid:224) Diriger des Recherches en Informatique
dØlivrØe par l’UniversitØ d’Angers
HDR soutenue le 28 aoßt 2014 (cid:224) l’ESEO devant le jury composØ de :
StØphane Chatty Directeur du LII, ENAC, Toulouse Rapporteur
Philippe Palanque Professeur, UniversitØ Paul Sabatier, Toulouse Rapporteur
Nicolas Roussel Directeur de Recherche, INRIA Lilles Rapporteur
Michel Beaudouin-Lafon Professeur, UniversitØ de Paris Orsay Examinateur
Jean-Marc JØzØquel Professeur, UniversitØ de Rennes 1 Examinateur
FrØdØric Saubion Professeur, UniversitØ d’Angers PrØsident
Olivier Paillet Directeur du groupe ESEO, Angers Membre invitØ

i
Remerciements
Je tiens (cid:224) remercier celles et ceux qui ont contribuØ (cid:224) ce que je puisse poursuivre les travaux
initiØs dans ma thŁse pendant plus de 10 ans, travaux qui trouvent un nouvel aboutissement dans
ce mØmoire d’HDR.
Je remercie en premier lieu l’ESEO, en particulier la direction gØnØrale, Victor Hamon, Jacky
Charruault et Olivier Paillet, et la direction de la recherche, Patrick Plainchault, pour m’avoir
fait con(cid:28)ance en me donnant un contexte favorable (cid:224) la construction de mon projet de recherche.
Je remercie Øgalement l’ensemble des enseignants-chercheurs de l’ESEO avec lesquels les Øchanges
scienti(cid:28)ques ont nourri ma passion pour la recherche. Je n’ØnumŁre pas la liste, elle serait trop
longue!
Je remercie chaleureusement les membres du jury, Michel Beaudouin-Lafon, StØphane Chatty,
Jean-Marc JØzØquel, Philippe Palanque, Nicolas Roussel et FrØdØric Saubion, d’avoir acceptØ de
puiser dans la ressource rare qu’est le temps et j’espŁre vivement que leur engagement dans cet
exercice leur a donnØ la satisfaction lØgitimement attendue.
JeremercieOlivierBarais,Beno(cid:238)tBaudry,ArnaudBlouin,Beno(cid:238)tCombemal,Jean-MarcJØzØquel,
pour m’avoir intØgrØ (cid:224) leur Øquipe de recherche DiverSE de l’IRISA en tant que collaborateur
extØrieur. Ils ont pleinement participØ, par les Øchanges riches, les projets et les publications, (cid:224)
monengouementpourledomainedugØnielogicieletplusparticuliŁrementpourceluidel’ingØnierie
dirigØe par les modŁles.
Je remercie Jean-Fran(cid:231)ois Bourdet, Pascal Leroux, Philippe Teutsch, de l’universitØ du Maine,
pour les projets sur lesquels nous continuons d’(cid:247)uvrer dans le domaine des TICE.
Je remercie StØphane Loiseau, professeur au LERIA et co-encadrant de la thŁse d’Arnaud Blouin,
pour son implication dans cette thŁse. Je remercie Arnaud Blouin pour l’engagement qui a ØtØ le
sien pendant sa thŁse. Son travail a beaucoup contribuØ (cid:224) la rØ(cid:29)exion menØe sur l’ingØnierie des
systŁmes interactifs, notamment pour la partie modŁle conceptuel.
Je remercie Mengqiang Yang pour le travail qu’il a rØalisØ dans sa thŁse CIFRE, laquelle n’a pas
pu aboutir pour des raisons indØpendantes de sa volontØ. Je remercie Øgalement Khalil Khalifa
pour m’avoir fait con(cid:28)ance en me demandant de co-encadrer cette thŁse.
En je n’oublie pas, bien entendu, ma famille, Emmanuelle, Alice et Audrey, qui m’ont soutenu
pendant ce chemin et ont su supporter ma passion avec tout ce que cela comporte. Je leur en suis
in(cid:28)niment reconnaissant.
ii
Table des matiŁres
Introduction 1
Constat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Approche adoptØe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Structure du mØmoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1 (cid:201)tat de l’art 3
1.1 (cid:201)volution des composantes de dØveloppement des SI . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Les plates-formes matØrielles et logicielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Les bo(cid:238)tes (cid:224) outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 Les langages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 ModŁles et ingØnierie des IHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 ModŁles conceptuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 IngØnierie dirigØe par les modŁles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 Contribution 17
2.1 PrØsentation du parcours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 IngØnierie des systŁmes interactifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 Transition vers l’IngØnierie DirigØe par les ModŁles . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.3 Une approche fondØe sur l’IDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.4 Projets actuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Vue d’ensemble de la contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Le modŁle DPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 ModŁle conceptuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 ModŁle de composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.3 Conclusion et discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 Transformations actives et correspondances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.1 eXAcT : un processeur de transformations actives . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.2 Malan : Un langage de correspondances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4.3 AcT.NET : Un environnement centrØ sur les correspondances . . . . . . . . 35
2.4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5 Vers un cadre logiciel uni(cid:28)Ø . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5.1 Le cadre logiciel Malan/Malai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5.2 ThØorie des opØrations actives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.3 Le cadre logiciel Loa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
iii
iv TABLE DES MATI¨RES
3 Conclusion et perspectives 67
3.1 SynthŁse des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2.1 Passerelles entre les modŁles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2.2 DiversitØ des plates-formes d’exØcution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.3 Application de contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.4 Documents composites et partage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.5 Visualisation d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Bibliographie 73
Glossaire 81
Annexes 83
Introduction
Ce mØmoire prØsente l’ensemble des travaux de recherche que j’ai menØs depuis 2000 autour de
l’ingØnieriedesSystŁmesInteractifs(SI).CestravauxontprisnaissancelorsdemathŁsesoutenue
en 2004 [13], ont ØtØ poursuivis pendant une dizaine d’annØes, et ont (cid:28)nalement donnØs lieu (cid:224) la
rØalisationd’uncadrelogicieluni(cid:28)antcetensembledetravaux.CecadreanotammentØtØprØsentØ
dans di(cid:27)Ørentes confØrences internationales [24, 25, 29, 28].
Ce chapitre introduit le contexte de l’ensemble de ces travaux. La problØmatique adressØe est
prØsentØesouslaformed’unconstatdanslapremiŁresection.Lasectionsuivantedonnelesgrandes
lignesdel’approchequejeproposepourtenterderØsoudrecetteproblØmatique.LaderniŁresection
prØcise la structure gØnØrale du mØmoire.
Constat
Le dØveloppement des SI, au sens de la programmation, met en jeu un nombre signi(cid:28)catif de
composantes logicielles et matØrielles sØlectionnØes parmi un panel trŁs large et souvent versatile.
Ainsi, chaque dØveloppement s’appuie sur un langage de programmation, une ou plusieurs bo(cid:238)tes
(cid:224) outils dØdiØes au dØveloppement d’IHM, une plate-forme d’exØcution logicielle et une plate-
forme matØrielle comportant les pØriphØriques d’entrØe et de sortie utilisateur. Par exemple, une
applicationinteractivepourplate-formemobileAndroidestconstruitesurlabasedulangageJava
et de la bo(cid:238)te (cid:224) outils Android, et doit pouvoir s’exØcuter sur des dispositifs trŁs variØs que sont
les tablettes et les (cid:19)smartphones(cid:20). Une application interactive pour le Web est dØveloppØe en
utilisant les langages tels que JavaScript et HTML, mais aussi Java ou C# selon la plate-forme
d’exØcution logicielle retenue (Java ou .NET), et doit pouvoir s’exØcuter dans une infrastructure
client/serveur compatible avec l’Internet.
Cette grande variabilitØ induit une di(cid:30)cultØ quant aux choix des composantes de dØveloppement
(cid:224) arrŒter. Une fois ces choix arrŒtØs, le dØveloppement est, d’une part, contraint par les capacitØs
o(cid:27)ertes par les composantes retenues et, d’autre part, non nØcessairement pØrenne. Le premier
point ne facilite guŁre le dØveloppement de SI allant au-del(cid:224) des systŁmes habituels (utilisation
classiquedutandemclavier+souris)[10].LesecondpointimpliqueunerefonteintØgraledusystŁme
dŁs lors que l’une voire plusieurs des composantes utilisØes deviennent obsolŁtes.
Une solution (cid:224) la di(cid:30)cultØ inhØrente au dØveloppement de la partie interactive des SI est de
focaliserl’e(cid:27)ortderØalisationsurl’ØlaborationdemodŁlesduSIplut(cid:244)tquesursaprogrammation.
La modØlisation devient ainsi la partie non contrainte aux choix technologiques des composantes
retenues et reste pØrenne car indØpendant de ces composantes. Cependant, si de nombreux mØta-
modŁles ont ØtØ proposØs dans la littØrature dans ce sens, force est de constater qu’ils ne sont pas
nØcessairement mis en (cid:247)uvre par les langages de programmation ou/et les bo(cid:238)tes (cid:224) outils. Ainsi,
les modŁles restent trop souvent des modŁles documentaires formalisant l’expression du besoin et
servant de point d’entrØe (cid:224) la programmation. Dans cette approche usuelle, la cohabitation des
modŁles et des programmes qui les implØmentent n’est pas nØcessairement simple : les modŁles
se cantonnent (cid:224) la couche spØci(cid:28)cation du SI, tandis que les programmes restent dans la couche
implØmentation.
1
2 INTRODUCTION
Approche adoptØe
Les travaux prØsentØs dans ce mØmoire visent (cid:224) montrer comment il est possible de travailler (cid:224)
un niveau implØmentation en se focalisant malgrØ tout sur le niveau spØci(cid:28)cation. Ceci est rendu
possible en dØ(cid:28)nissant un mØta-modŁle des SI sur la base des mØta-modŁles dØj(cid:224) existants (tels
que MVC [75], PAC [52] et l’interaction instrumentale [8]), et en outillant ce mØta-modŁle de
maniŁre (cid:224) ce que les modŁles instances de ce mØta-modŁle puissent Œtre dØcrits dans un langage
de programmation simple et basØ sur des usages ØprouvØs.
Les di(cid:27)Ørents modŁles, de part leur capacitØ (cid:224) s’exØcuter directement sur les plates-formes matØ-
rielles et logicielles cibles, ne sont plus de simples spØci(cid:28)cations de programme; de plus, ils prØ-
serventunecertaineindØpendancequantauxplates-formesciblØescequiengarantitunemeilleure
rØutilisabilitØ et plus grande pØrennitØ. Chaque modŁle adressant une prØoccupation particuliŁre
du SI, l’application interactive peut Œtre vue comme une composition de modŁles [50, 49]. De tels
modŁles sont alors liØs (cid:224) des disciplines di(cid:27)Ørentes : modØlisation du mØtier, (cid:19)design(cid:20) graphique
et ergonomie de l’interaction.
Les modŁles abordØs dans les travaux prØsentØs dans ce mØmoire sont donc (cid:224) considØrer comme
situØs(cid:19)justeau-dessus(cid:20)desbo(cid:238)tes(cid:224)outilsetdeslangagesdeprogrammationgØnØriquesassociØs
(GPL). Sont donc exclus les modŁles de plus haut niveau que sont, par exemple, les modŁles de
t(cid:226)che des utilisateurs.
Structure du mØmoire
CemØmoireeststructurØentroischapitres.Lechapitre1prØsentelaproblØmatiquedelaconcep-
tion des SI sous la forme d’un l’Øtat de l’art portant, d’une part, sur l’Øvolution des SI et, d’autre
part, sur l’usage des modŁles pour leur dØveloppement. Le chapitre 2 prØsente l’essentiel de la
contribution autour de cette problØmatique, depuis ma thŁse sur le modŁle DPI [13] jusqu’(cid:224) la
synthŁse de mes travaux ultØrieurs [24, 25, 29, 28]. Le chapitre 3 cl(cid:244)t le mØmoire en concluant sur
la contribution et en prØcisant les perspectives des travaux rØalisØs.
Chapitre 1
(cid:201)tat de l’art
Ce chapitre prØsente l’Øtat de l’art autour de la problØmatique de la conception des SI. La section
1.1 prØsente l’Øvolution chronologique des composantes jugØes comme essentielles pour le dØve-
loppement des SI. La section 1.2 prØsente quant (cid:224) elle l’Øtat de l’art des approches centrØes sur
les modŁles pour l’ingØnierie des SI, lesquelles fournissent di(cid:27)Ørentes solutions au problŁme de la
diversitØ et versatilitØ des composantes identi(cid:28)Øes dans la section 1.1.
1.1 (cid:201)volution des composantes de dØveloppement des SI
Cette section prØsente une synthŁse de l’Øvolution chronologique des nombreuses composantes
entrant en jeu dans le dØveloppement des SI, dans l’objectif de cerner au mieux la complexitØ
intrinsŁque d’un tel dØveloppement. La section 1.1.1 prØsente la diversitØ des plates-formes matØ-
rielles et logicielles sur lesquelles les SI s’exØcutent. La section 1.1.2 prØsente une vue d’ensemble
desbo(cid:238)tes(cid:224)outilso(cid:27)rantunaccŁsauxplates-formesprØcØdentesetpermettantlaprogrammation
des SI. La section 1.1.3 montre l’Øvolution des langages de programmation utilisØs conjointement
(cid:224) ces bo(cid:238)tes (cid:224) outils. La section 1.1.4 conclut sur la forte variabilitØ des di(cid:27)Ørentes composantes
desSIetintroduitleconceptdemodŁlecommeunesolutionpossible(cid:224)lagestiondelacomplexitØ
induite par cette variabilitØ.
1.1.1 Les plates-formes matØrielles et logicielles
Une plate-forme est un ensemble de composantes permettant l’exØcution d’applications, ces com-
posantespouvantŒtrematØriellesoulogicielles.IlestainsipossiblededØcomposeruneplate-forme
en une plate-forme matØrielle regroupant les composantes matØrielles, et en une plate-forme logi-
cielle regroupant les composantes logicielles. Les composantes matØrielles et logicielles des plates-
formes sont cependant Øtroitement liØes si bien qu’il est di(cid:30)cile de les considØrer sØparØment.
Cette section prØsente dans un premier temps l’Øvolution des systŁmes (composantes matØrielles)
et de leurs interfaces graphiques (composantes logicielles) puis, dans un second temps, l’Øvolution
des principales techniques d’interaction (composantes logicielles) fondØes sur l’usage de dispositifs
d’entrØe/sortie (composantes matØrielles).
Les systŁmes et leurs interfaces graphiques
La (cid:28)gure 1.1.1 prØsente une frise chronologique des di(cid:27)Ørents systŁmes matØriels pourvus d’une
interface graphique et jugØs les plus signi(cid:28)catifs.
Une premiŁre lecture de la frise illustre l’Øvolution de l’ordinateur personnel (PC) de 1973 (cid:224) nos
jours. AmorcØe en 1973 par le systŁme (cid:19)Alto(cid:20), suivi en 1978 de l’Apple II et dans la foulØe, en
3
4 CHAPITRE 1. (cid:201)TAT DE L’ART
Figure 1.1.1 (cid:21) Une chronologie des interfaces graphiques
1979, de l’Atari 800, cette Øvolution amŁne en 1981 au premier systŁme muni d’un (cid:19)bureau(cid:20), le
Xerox Star [105,70,47]. Apple popularise les principes du Star en 1983 par le Lisa, et surtout par
le Macintosh en 1984. L’Øvolution majeure de son systŁme d’exploitation s’opŁre en 2001 avec la
sortie de Mac OS X. La mŒme annØe que le Star, IBM sort le premier PC, lequel Øtait dØpourvu
d’interfacegraphique.Microsoftproposeen1985lapremiŁreversiongraphiquemaisrudimentaire
de son systŁme d’exploitation Windows, lequel Øvoluera nettement en 1992 avec la version 3.1.
Beaucoupd’autresversionsvoientlejourjusqu’(cid:224)Windows7en2009.En(cid:28)n,lafamilledesystŁmes
UNIX se dØveloppe parallŁlement dans les entreprises sur lesquels certains systŁmes graphiques
voient le jour, tel que le systŁme client/serveur XWindow en 1987. Le systŁme d’exploitation
NeXT, crØØ par Steve Jobs en 1989 sur une base UNIX, est l’ancŒtre de l’actuel Mac OS. La
version libre Linux d’UNIX est di(cid:27)usØe en 1991 et de trŁs nombreux systŁmes graphiques sont
b(cid:226)tis sur ce noyau.
Unesecondelecturedelafrisechronologiquequali(cid:28)el’ØvolutionquiamenØauxnouveauxdisposi-
tifs mobiles. Si la premiŁre lecture reste centrØe sur le Xerox Star, cette seconde lecture prend son
point d’appui sur les systŁmes de type (cid:19)Personal Digital Assistant(cid:20) (PDA). Le premier organi-
sateur personnel est crØØ en 1986 par Psion puis, sept annØes aprŁs apparait le Newton PDA crØØ
parApple.SileNewtonestunØcheccommercial,lePilotdePalmestunsuccŁsquipopulariseen
1996 les PDA. Le Web, inventØ en 1991 par les chercheurs physiciens du CERN, se consolide trŁs
fortementavecl’apparitiondelaversion4dulangageHTML,standardisØeen1998.LestØlØphones
mobiles BlackBerry envahissent dŁs 1999 les entreprises gr(cid:226)ce (cid:224) des fonctionnalitØs de messagerie
avancØes. Steve Jobs, en inventant l’iPod en 2001, popularise les systŁmes dØveloppØs par Apple
pour en faire jusqu’(cid:224) des objets sociØtaux. Les usages du Web deviennent plus sociaux avec le
Web 2.0 de 2002, ce qui va contribuer grandement (cid:224) l’essor des dispositifs mobiles. S’en suivent
l’iPhone en 2007 et l’iPad en 2010. Si Apple uni(cid:28)e de maniŁre propriØtaire ses systŁmes mobiles
autour de l’iOS en 2008, Google lance l’o(cid:27)ensive avec son systŁme d’exploitation Android sous
l’angle du logiciel libre. Microsoft tente de combler son retard dans le marchØ des tØlØphones et