30、结构化多媒体文档创作与软件工程领域的探索

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#结构化多媒体文档 # SMIL # 软件工程

结构化多媒体文档创作与软件工程领域的探索

结构化多媒体文档创作

在结构化多媒体文档创作方面，有几个关键的设计要求值得关注：
1. 时间组合的直观设计 ：允许用户以任意顺序指定时间关系，方便进行灵活的时间组合设计。
2. 适应编辑过程的增量性质 ：局部修改仅产生局部影响，确保编辑过程的稳定性和可控性。
3. 抽象和多媒体文档模型能力 ：帮助作者组织文档结构，并允许重用文档部分或模板，提高创作效率。
4. 多网格阅读支持 ：满足不同类型读者（如不同母语或理解水平）对同一文档的访问需求。

为了给作者提供优秀的多媒体创作工具，接近所见即所得（Wysiwyg）范式，需要在演示视图中允许对文档进行直接操作。同时，还需要其他功能来完善直接编辑，如控制演示过程的停止/恢复，以及通过新的视觉感知机制让作者对文档有全局感知。此外，作者还需要更灵活的文档导航方式，例如快速定位到重要部分、从一个相关点跳转到另一个点等，这可以通过高级时间访问功能实现，如直接时间点访问、不同尺度的快进和快退。

多媒体语言主要分为两类：
|类型|特点|
| ---- | ---- |
|操作型方法|基于直接指定文档的时间场景，作者需指定场景的执行方式，可基于脚本语言或操作结构（如树或Petri网），现有标准均属于此类语言。|
|基于约束的方法|将规范置于操作方案之外，基于约束编程，有一个格式化阶段来计算场景所需的开始时间和持续时间，作者以声明方式指定所需场景，无需关注操作动作的实现方式。|

以下是两种多媒体语言的对比：
|对比项|操作型方法|基于约束的方法|
| ---- | ---- | ---- |
|指定方式|直接指定时间场景执行方式|声明所需场景，不涉及操作动作实现|
|作者负担|需指定对象持续时间|持续时间由时间格式化器计算|
|场景复用性|相对较差|可获得可复用场景|

HyTime通过在绝对时间轴上放置时间事件（元素的开始和结束时刻）来表达时间规范，但仅适用于对象具有确定性时间行为的情况。它综合考虑了文档的时间、空间和超媒体维度，但因其内在复杂性和较弱的时间组合能力，限制了相关工具和应用的开发。不过，其超文本规范等成功概念已被其他标准（如XLink）复用。

SMIL（同步多媒体集成语言）定义了一种通用文档格式，集成了不同类型的独立媒体对象，采用基于树结构的操作型方法。媒体对象在文档中的组织以时间组合形式呈现，提供顺序和并行操作符，以及同步属性来实现对象间的精细同步。SMIL文档由头部（包含文档级信息，主要是区域的空间组织）和主体（包含文档场景）两部分组成。下面是一个SMIL的示例代码：

<smil>
<head>
<layout type="text/smil-basic">
<region id="title" left= ... />
<region id="image"
... />
</layout>
</head>
<body>
<seq>
<par id="A" endsync="last">
<audio id="P" dur="20.0 s"
src="http://www.inria.fr/music.au"/>
<text id="Name" region="title" dur="5.0 s"
src="http://www.inria.fr/text.html"/>
<img id="Hello" region="image"
src="http://www.inria.fr/hello.gif" dur="10.0 s"/>
<a id = "H1" href="#Next" show="replace">
<img id="Button" region="xx"
src="http://www.inria.fr/button.gif" /> </a>
</par>
<video id="V" region="yy" src="http://www.inria.fr/v.mpg"/>
</seq>
<par id="Next"> <!-- Next part of the scenario -->
.....

自SMIL公开可用以来，众多厂商纷纷实现该标准，新的SMIL播放器不断涌现，首批创作工具也开始出现。

软件工程领域

在软件工程领域，软件已成为大多数产品和服务不可或缺的一部分，专业的软件工程需求日益增长。然而，软件工程项目的发展经历了从玩具学科到开发学科，再到工程学科的转变。

为了满足软件质量的要求，需要有坚实的科学基础，包括描述软件产品的编程语言、开发软件的方法、协调和管理软件开发的过程，以及确保和提升软件质量的方法。以下是专业软件工程环境中使用的关键思想：
1. 软件（或编程）语言（自50年代起） ：从低级到高级语言，从实现语言到设计和规范语言，从非结构化到结构化语言，从通用到特定应用语言等。
2. 软件开发方法（自60年代末起） ：从非正式到正式/系统的方法，从单一到可扩展的方法（在复杂性和形式化方面）等。
3. 软件开发过程（自70年代末起） ：从生命周期项目模型到技术过程模型，从孤立（个人）到集成（团队）过程模型，从静态到动态过程模型等。
4. 质量保证和管理方法（自80年代末起） ：从定性到定量质量保证，从主观到客观管理，从偶然改进到软件全面质量管理等。

然而，目前仍然存在一个主要问题，即如何将这些关键思想和技术有效集成到解决特定公司工程问题的能力中，尚未得到很好的理解。不同环境下，特定语言或方法的效果差异很大，这主要是因为对“软件工程”任务的基本理解存在偏差。

软件领域具有独特的特点，它结合了物理学、制造业和社会科学的特征。它本质上是一门工程学科，但与制造业不同，它是一项“设计”而非“生产”任务，且主要涉及基于人类的过程。许多自然科学中关于过程和产品关系的“定律”需要经过实证验证，同时，很多关系需要通过建模人类问题解决过程来解释，这也解释了为什么单一维度的方法往往会导致令人失望的结果。

以下是软件领域与传统学科的对比流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A([软件领域]):::startend --> B(结合多学科特征):::process
    B --> C(设计任务):::process
    B --> D(基于人类过程):::process
    B --> E(定律需实证验证):::process
    B --> F(需建模人类问题解决过程):::process
    G([传统学科]):::startend --> H(单一学科特征):::process
    H --> I(生产任务):::process
    H --> J(相对固定过程):::process
    H --> K(定律较明确):::process
    H --> L(较少涉及人类问题解决建模):::process

软件工程项目经历了从玩具学科到工程学科的转变，可表示为以下流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A([玩具学科]):::startend --> B(为自己使用编写软件):::process
    B --> C(开发学科):::process
    C --> D(销售高需求软件，不负责低质量):::process
    D --> E(工程学科):::process
    E --> F(像对待常规工程产品一样对待软件质量):::process

在软件科学领域，长期以来，软件工程项目沿着相对独立的平行线程发展，包括形式方法社区、系统建模社区和过程社区。但这些社区都未能将软件工程提升到令人满意的“工程水平”。随着对软件开发特点的逐渐理解，人们开始认识到在不同环境特征下创建高质量软件需要选择不同的语言、方法和过程。这也促使了实证研究作为软件工程重要子学科的兴起，如今，软件工程学科被认为是“实验性”的，由形式方法社区、系统建模社区、过程社区和实证研究社区组成。

实证研究社区为软件工程中的实证研究提供了原则、方法和工具，包括定义研究目标、设计合适的实验、量化观察和建模现象等。通过实证研究，可以客观地识别现有方法的优缺点，挖掘改进潜力，并评估新语言、方法和过程的潜力。

未来，多媒体创作领域有望迅速扩展，新的标准如SMIL将为该领域注入新的活力。同时，考虑多媒体对象的分布将是未来的一大挑战。在软件工程领域，需要进一步探索如何将各种关键思想和技术有效集成，以应对不同环境下的工程问题，同时充分发挥实证研究在推动学科发展中的作用。

结构化多媒体文档创作与软件工程领域的探索

多媒体创作领域的未来挑战与应对思路

多媒体创作领域虽然目前还处于起步阶段，但发展前景十分广阔。新的标准如 SMIL 的出现，为该领域带来了新的发展契机。然而，未来也面临着诸多挑战。

其中，多媒体对象的分布问题将成为一大难题。随着互联网的发展，多媒体内容的传播范围越来越广，如何高效地分布多媒体对象，确保不同地区、不同设备的用户都能流畅地获取和使用这些内容，是亟待解决的问题。这可能需要从网络架构、数据传输协议等方面进行优化，以提高多媒体对象的传输效率和稳定性。

为了应对这些挑战，需要在多媒体创作环境方面进行创新。具体而言，需要将结构化编辑工具和多媒体环境的经验进行融合，提供具有以下特点的新解决方案：
1. 创作与展示功能的紧密耦合 ：实现某种形式的直接编辑，让作者在创作过程中能够更直观地看到文档的最终展示效果，提高创作效率和质量。
2. 多视图访问与定义文档维度 ：允许作者通过多个视图访问和定义文档的各个维度，并实现视图之间的同步，从而为作者提供更准确的文档感知服务。例如，作者可以在一个视图中编辑文本内容，同时在另一个视图中调整多媒体元素的时间和空间布局，两个视图之间实时同步更新。
3. 灵活的时间空间导航尺度 ：让作者能够根据需要调整在时间空间中的导航尺度，如快速定位到重要的时间点、放大或缩小时间范围等，方便作者对文档进行全面的管理和编辑。

软件工程领域的展望与发展方向

在软件工程领域，虽然已经取得了一定的进展，但仍有许多问题需要解决。目前，如何将软件工程项目中涉及的各种关键思想和技术有效集成，以解决特定公司的工程问题，仍然是一个难题。不同环境下，特定语言或方法的效果差异很大，这就需要进一步深入研究软件工程的本质，理解不同语言、方法和过程在不同环境下的适用性。

为了实现这一目标，实证研究将发挥越来越重要的作用。实证研究社区通过提供定义研究目标、设计实验、量化观察和建模现象等方法和工具，能够帮助我们客观地评估现有方法的优缺点，挖掘改进潜力，并为新语言、方法和过程的开发提供科学依据。

以下是软件工程领域未来发展的一些关键方向：
1. 跨社区协作 ：形式方法社区、系统建模社区、过程社区和实证研究社区之间需要加强协作。不同社区的专业知识和技术相互补充，通过跨社区的合作，可以更好地解决软件工程中的复杂问题。例如，形式方法社区可以提供精确的规范和验证技术，系统建模社区可以提供有效的架构和复用框架，过程社区可以提供优化的开发过程模型，实证研究社区则可以通过实验验证这些技术和方法的有效性。
2. 个性化解决方案 ：根据不同公司的业务需求、技术水平和团队特点，提供个性化的软件工程解决方案。不同公司面临的工程问题各不相同，通用的方法和技术可能无法满足所有公司的需求。因此，需要深入了解每个公司的具体情况，为其量身定制合适的语言、方法和过程。
3. 持续改进机制 ：建立软件工程项目的持续改进机制，通过不断收集和分析项目数据，及时发现问题并进行调整。这可以借鉴全面质量管理（TQM）的思想，将质量保证和管理贯穿于软件工程项目的全过程，不断提高软件的质量和开发效率。

以下是软件工程领域未来发展方向的关系图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A([软件工程未来发展]):::startend --> B(跨社区协作):::process
    A --> C(个性化解决方案):::process
    A --> D(持续改进机制):::process
    B --> E(知识互补):::process
    B --> F(解决复杂问题):::process
    C --> G(满足不同公司需求):::process
    D --> H(收集分析项目数据):::process
    D --> I(及时调整优化):::process

综上所述，多媒体创作和软件工程领域都面临着各自的挑战和机遇。在多媒体创作领域，需要解决多媒体对象分布和创作环境创新的问题；在软件工程领域，需要加强各种思想和技术的集成，发挥实证研究的作用，推动学科向更加科学、高效的方向发展。通过不断的探索和创新，这两个领域有望在未来取得更大的突破和发展。