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26.06.1987

Einbindung der gängigen Betriebssysteme garantiert Offenheit:DFN macht Grafisches Kernsystem netzwerkfähig

Bei der rechnergestützten Entwicklung komplexer technischer Produkte wächst der Bedarf, auf die aktuellen anwendungsbezogenen grafischen Informationen über spezielle Services eines Rechnernetzes zuzugreifen. Am Beispiel verschiedener DFN-Vorhaben schildert Gisela Maiß, Mitarbeiterin der zentralen Projektleitung des Vereins zur Förderung eines Deutschen Forschungsnetzes, wie das bereits standardisierte Grafische Kernsystem - kurz GKS - netzfähig gemacht wird.

Bei der Konzipierung von Datenaustausch-Möglichkeiten für CAD-Anwendungen stand die Überlegung im Vordergrund, einen freien und kostengünstigen Zugang zu grafischer Hardware, wie zum Beispiel teuren Spezialgeräten oder großen CPU-Kapazitäten, zu schaffen. Des weiteren soll der Benutzer die Möglichkeit erhalten, auf grafische Anwendersysteme eines entfernten Rechners über seinen eigenen Standort zuzugreifen.

Zerlegung in die Teilkomponenten

Dazu wird das für die zweidimensionale Vektor- und Rastergrafik entwickelte GKS in Teilkomponenten zerlegt. Gleichzeitig legt der DFN Schnittstellen fest, über die die einzelnen Komponenten im sogenannten grafischen Dialog kommunizieren können. Die Einbeziehung des Modellierens (Bereich des Computer Aided Designs) erfolgt unter verschiedenen Gesichtspunkten. Einerseits besteht ein erheblicher Bedarf Modellierdaten zwischen unterschiedlichen Modelliersystemen auszutauschen. Die Datenbestände von Modelliersystemen treten für viele Unternehmen und Einrichtungen allmählich an die Stelle von Zeichnungsarchiven und anderen technischen Informationssammlungen.

Der Austausch solcher Information ist nicht nur für die Kommunikation zwischen verschiedenen Abteilungen eines Unternehmens, etwa der Entstehung eines Produkts, sondern auch für Mitteilungen zwischen verschiedenen Unternehmen oder Geschäftspartnern zum Beispiel bei Angeboten oder Unteraufträgen von Zulieferern, von großer Bedeutung.

Modelliersysteme werden kommunikationsfähig gemacht

Andererseits ermöglicht die Bereitstellung eines dem grafischen Dialog ähnlichen Dienstes (Modellierdialog) auch die Nutzung unterschiedlicher CAD-Systeme vom eigenen Standort aus. Hieraus folgt, daß auch für den Bereich der Modelliergrafik verschiedene Dienste entwickelt und die Modelliersysteme kommunikationsfähig gemacht werden müssen.

Ein weiteres Ziel bei der Entwicklung von grafischen Diensten im DFN ist es, Dokumente im Netz zu bearbeiten und zu übertragen. In dem hier betrachteten Zusammenhang wird unter Dokument eine aus Text und Grafik gebildete Einheit verstanden, wie sie zum Beispiel in wissenschaftlichen Veröffentlichungen häufig vorkommt. Auf diesem Gebiet gibt es derzeit internationale Normierungsaktivitäten bei IS0 und CCITT, die bei den Entwicklungen im DFN berücksichtigt werden.

Bei den Diensten handelt es sich zunächst um das GKS-orientierte Kommunikationssystem GOCS. Die heutige Systemumgebung von Nutzern grafischer Dialogperipherie sieht zur Zeit noch so aus, daß in jedem Rechner die Driver-Software für jedes benützte Peripheriegerät (Workstation) im Netz realisiert sein muß.

Dies ist aus betrieblicher Sicht aufwendig, da jede Änderung einer Einzelsystemumgebung (zum Beispiel eines Sichtgerätes) eine Änderung in allen Rechnern zur Folge hat.

Im DFN wurde ein anderer Lösungsansatz gewählt: Das GKS wurde in Teilkomponenten zerlegt, wobei eine Teilkomponente der GKS-Kern ist, der im wesentlichen aus den Programmen zur Erstellung der Grafik besteht. Eine andere ist die Software in dem Rechner, an dem der Anwender arbeitet, der sogenannten Arbeitsstation oder Workstation, die die Ausgabe auf die Geräte vornimmt.

Als Basis für die Kommunikation zwischen dem GKS-Kern und der grafischen Workstation wurde das "Workstation Interface" (WSI) spezifiziert (siehe dazu Abbildung 1). Dieses wurde im DIN und bei der ISO als Normvorschlag diskutiert und ist eingeflossen in den Standardisierungsprozeß des "Computer Graphics Interface (CGI)", welches eine herstellerunabhängige Schnittstelle definiert. Weiterhin wurde ein Kommunikationssystem (GOCS) spezifiziert, das den Austausch von Informationen zwischen diesen Teilkomponenten möglich macht.

Bild 2 zeigt eine mögliche Konfiguration einer GKS-Anwendung in einem verteilt angeordneten GKS. Ein Benutzer des grafischen Anwendungsprogramms auf dem Rechner A kann unabhängig von seinem eigenen Standort grafische Peripherie an den Rechnern A, B und C benutzen. GOCS läuft unter den Betriebssystemen VAX/VMS, BS2000 und IBM/ VM, wobei das Zusammenspiel der verschiedenen Installationen zur Zeit getestet wird. Ende 1987 steht GOCS auch unter Unix (Ultrix, Micro-VAX) zur Verfügung.

Austausch grafischer Informationen

Die weiteren Entwicklungen in diesem Bereich werden unter dem Gesichtspunkt gesehen, daß vorrangig Anwendungen für GOCS gesucht und unterstützt werden, wozu auch gehören kann, neue Anlagentypen und Geräte für weitere Anwenderkreise anzuschließen.

Eine wichtige Anforderung der Nutzer grafischer Kommunikationsdienste liegt in dem Austausch zweidimensionaler grafischer Informationen zwischen verschiedenen Rechnersystemen. Zweck eines solchen Austauschs ist es unter anderem, die Daten an anderer Stelle weiterzuverarbeiten, editieren und auf dafür besonders geeigneten Systemen archivieren zu können sowie die Daten auf speziellen grafischen Geräten ausgeben zu können. Für die Übertragung spezieller grafischer Datenstrukturen wird der bestehende DFN-Filetransfer-Dienst verwendet. Als Datenstruktur wird der standardisierte Computer Graphics Metafile (CGM) unterstützt. CGM-Dateien können zur Zeit in Klartextcodierung als Textdatei und in einer komprimierten Charactercodierung als Binärdatei transferiert werden.

Außerdem wurden Programmsysteme zur Erzeugung (Generator) und Interpretation (Interpreter) von CGM-Dateien in den beiden Codierungsarten entwickelt. Die Programme sind in Standard Fortran 77 unter VAX/VMS implementiert und wurden bisher auf VM und MSP portiert. Die Installation der Software kann mit geringem Aufwand auch auf jeder anderen Anlage vorgenommen werden. Des weiteren existieren eine Softwarekomponente, die die Erzeugung von CGM-Dateien direkt durch eine GKS-Anwendung ermöglicht, und eine andere, die die Abbildung eines GKS-Metafiles in einen CGM durchführt.

Modellieren in offenen Netzen

Im Bereich der Modellierung existieren bisher keine normierten Vereinbarungen für die Übertragung von CAD-Daten zwischen heterogenen Modelliersystemen. Entwicklugen gibt es unter anderem beim amerikanischen ANSI mit der Definition von IGES (Initial Graphics Exchange Specification) und beim Deutschen Verband der Automobilindustrie (VDA) mit der VDA-Flächenschnittstelle für den Geometrie-Datenaustausch. Beide Schnittstellen sollen bei den Entwicklungen im DFN berücksichtigt werden. Sie legen Formate für Dateien von Modellierdaten fest, die allerdings noch nicht einen Ansprüchen hinsichtlich ihrer Datenstrukturen und Codierung für die Anwendung im Netz genügen.

Ziel eines Modelliervorgangs für technisch-geometrische Objekte ist die Erzeugung einer rechnerinternen Darstellung (RID), weiche die geometrischen und nichtgeometrischen Eigenschaften des Objekts beziehungsweise Produkts beschreibt. In einem Modelliersystem liefert der Anwender über seine Eingabegeräte Informationen über die Geometrie des Objekts und weitere produktdefinierende Daten, aus denen das System eine rechnerinterne Darstellung des Objektmodells aufbaut. Dies bleibt natürlich auch in einer Netzumgebung Zielsetzung des Modellierens. Jedoch können in einem offenen Netz die Bestandteile des Modelliersystems auf mehrere Standorte verteilt sein. Folgende Betriebsformen werden im DFN entwickelt beziehungsweise untersucht:

Modellieren am eigenen Standort (local modeling): Hier befindet sich das Modelliersystem am gleichen Standort wie der Anwender. Jedoch kann es nötig sein, einzelne Daten von anderen Standorten, wo diese zum Beispiel von anderen Modelliersystemen erstellt worden sind, in den Modelliervorgang einzubeziehen. Diese Betriebsform erfordert einen Filetransfer über das Netz, bei dem für den Transfer modelliersystemeigene Darstellungen über Konvertierungsprozessoren in standardisierte Darstellungen des Netzes umgewandelt werden.

Modellieren mit entfernten Systemen (remote modeling): Arbeitet der Anwender mindestens für einzelne Arbeitsschritte mit Modelliersystemen, die sich an entfernten Standorten befinden, so benötigt er neben dem Filetransfer auch den Kommunikationsdienst eines Modellierdialogs (Bild 3). In dieser Betriebsform erhält der Anwender Zugang zu fremden Modelliersystemen, deren Leistungsumfang über lokal vorhandene Möglichkeiten hinausgehen kann.

Verteiltes Modellieren (distributed modeling): Bei dieser Betriebsform befinden sich mehrere Modelliersysteme oder -subsysteme an verschiedenen Stellen im Netz. Der Anwender arbeitet mit den einzelnen Modellierern im Modellierdialog über eine allgemeine Anwenderschnittstelle.

Die Möglichkeiten des Modellierens in offenen Rechnernetzen werden im DFN derzeit untersucht und teilweise realisiert. Zielsetzung ist hierbei die Entwicklung eines Modellierdialogs, der die Kommunikation zwischen einem Anwender an einem lokalen Rechnersystem mit CAD-Arbeitsplatz einerseits und einem Modelliersystem an einem entfernten Standort im Netz andererseits ermöglicht. Da die Rechner- und Modelliersysteme im Netz heterogen sind, soll für den Anwender ein neutraler Zugriff zum fremden Modellierer realisiert werden.

Dezentrale Erstellung von Dokumenten

Unter der Verarbeitung von Dokumenten im DFN wird die einheitliche Erstellung, Darstellung und Manipulation von Informationen verstanden, die aus alphanumerischen Zeichen, Sonderinformationen wie mathematischen und chemischen Formeln und zweidimensionalen Grafiken im Sinne des Grafischen Kernsystems GKS bestehen. Der zu entwickelnde Dokumentendienst soll vorwiegend im wissenschaftlich technischen Bereich eingesetzt werden.

Der Schwerpunkt wird auf der dezentralen Erstellung und Bearbeitung von Dokumenten liegen. Dokumente sollen über das DFN ausgetauscht und weiterverarbeitet werden können. Dazu wurde die Festlegung DFN-einheitlicher Datenstrukturen und Schnittstellen zu Dokumenten auf verschiedenen logischen Ebenen (zum Beispiel Berichte, Briefe und deren Layout-Struktur) -vorgenommen. Der Empfänger solcher Dokumente soll diese nicht nur auf einer großen Klasse von Ausgabegeräten ausgeben können, sondern er soll auch in die Lage versetzt werden, Änderungen am Dokument selbst (das heißt an seiner rechnerinternen Darstellung) vornehmen und entsprechend aufbereiten zu können.

Die Entwicklungen der letzten drei Jahre im DFN haben zu dem System "Daphne" (Document Application Processing in a Heterogeneous Network Environment) geführt. Für die Texterfassung werden zunächst bereits existierende Texteditoren verwendet. Die grafischen Informationen werden in Form von Computer Graphics Metafiles (CGM) in den Text integriert.

Für die Definition der DFN-einheitlichen Dokumentendatenstrukturen wird die Standard Generalized Mark-up Language SGML (ISO-Standard) verwendet. Als Dokumentenklassen im DFN wurden festgelegt: report, subreport, paper, letter und slideset, das heißt, es können komplette Berichte und Teile von Berichten aus dem technisch-wissenschaftlichen Bereich, Artikel für Zeitschriften oder Tagungen, Overhead-Folien und Briefe erstellt und bearbeitet werden.

Die Umsetzung in eine formatierte Datenstruktur erfolgt durch einen Parser, der über entsprechende Makros eine TeX-Datei für die Ausgabe über den Formatierer TeX erzeugt. Über einen sogenannten Prädialog hat der Anwender die Möglichkeit, das Layout des Dokumentes zu beeinflussen. Der SGML-Parser steht mit der in den DFN-Dokumentenklassen benötigten Funktionalität unter folgenden Betriebssystemen zur Verfügung: VAX/VMS, IBM/ VM, Siemens BS2000, Siemens MSP.

Anfang 1988 wird das Dokumentensystem auch unter Unix zur Verfügung stehen. Die Dokumente können dann auch über die Formatierer TROFF (Unix) und DCF/SCRIPT

(IBM) ausgegeben werden. Die Ausgabe der kompletten Dokumente einschließlich Grafiken kann zur Zeit auf dem QMS-Lasergrafix 1200 erfolgen, ohne Grafik auf allen Geräten, für die TeX-Treiber existieren. Die SGML-Datenstruktur ermöglicht den Austausch dieser Dokumente im DFN. Bild 4 gibt einen Überblick über die wichtigsten Daphne-Systemkomponenten.

Jede weitere Entwicklung im Dokumentenbereich wird unter dem Gesichtspunkt gesehen, das System Daphne in bestimmten Benutzerumgebungen zum Einsatz zu bringen. Priorität haben also Benutzeranforderungen wie zum Beispiel eine benutzerfreundliche Bedienungsmöglichkeit des Systems oder auch der Anschluß weiterer Geräte und Formatierer. Des weiteren ist die Kontaktaufnahme mit Verlagen und Satzrechenzentren geplant, so daß die mit dem System Daphne erstellten Dokumente ohne Änderungen für Satz und Druck verwendet werden können.