Программные продукты и системы

Введение. Одним из требований предварительного стандарта к качеству и безопасности мобильных приложений (МП) (https://docs. cntd.ru/document/1200159701) является адаптируемость приложения к использованию людьми с ограниченными возможностями здоровья, самую большую группу из которых составляют люди с ограниченными интеллектуальными возможностями (Intellectual Disabilities, ID). Разработка МП для пользователей с ID в первую очередь требует решения проблемы обеспечения понятности интерфейса [1–3]. Возможности и ограничения людей с ID сильно различаются, поэтому ориентация разработчиков МП на широкий круг пользователей с ID может привести к тому, что для некоторых из них приложение будет практически недоступным. В то же время ориентация разработчиков на вполне определенные категории пользовате- лей с ID существенно ограничивают возможности МП.

Одним из способов повышения доступности МП является их адаптируемость [4, 5]. Многие МП предусматривают те или иные возможности для настройки под конечного пользователя, в большинстве случаев это настройки интерфейса (шрифтов, цветовой палитры, звукового сопровождения и т.д.). При этом предполагается, что настраивать интерфейс должен сам пользователь. Однако для пользователей с ID может потребоваться более персонализированная адаптация интерфейса (возможность изменения количества элементов управления, выбора различных пиктограмм для отображения элементов управления, использования или неиспользования текста и т.д.). Такая адаптация требует поддержки динамического контента МП, поэтому данные возможности необ- ходимо предусматривать уже на этапах проектирования и реализации приложений.

В последнее время появились исследования, посвященные разработке МП для людей с ID c адаптивным интерфейсом [6, 7], настраиваемым самим приложением для каждого пользователя. Такие приложения основаны на построении модели пользователя, получающей в процессе работы информацию о его персональных характеристиках, и генерации оптимального интерфейса для этого пользователя на  основе этих характеристик [8]. Однако применительно к разработке МП для людей с ID информация, получаемая непосредственно от пользователя, далеко не всегда может быть адекватно интерпретирована.

Работа посвящена исследованию особенностей жизненного цикла (ЖЦ) МП, доступных для людей с ID, и разработке новых моделей, технологий и специализированных програм- мных средств, обеспечивающих сквозную поддержку ЖЦ разработки МП на этапах проектирования, реализации и эксплуатации с учетом специфических особенностей этой категории пользователей.

Модели и программные средства  поддержки ЖЦ разработки МП

В условиях непрерывного роста сложности и разнообразия ПО выбор правильной стратегии поддержки его ЖЦ обеспечивает существенное повышение эффективности процесса разработки и в итоге качества самого ПО [9–11]. Однако исследования возможности применения моделей ЖЦ ПО для разработки МП показывают [12, 13], что классические и традиционные модели и их методы без существенных  изменений не могут быть применены непосредственно к разработке приложений. Обоснованием таких заключений являются характеристики, специфичные для разработки МП. Поэтому в современных исследованиях модель ЖЦ мобильных приложений (Mobile Application Development Lifecycle, MADLC) рассматривается как самостоятельная категория моделей ЖЦ ПО, отличающаяся содержанием и даже количеством этапов [14].

Для управления разработкой МП сейчас применяют системы MADM (Mobile Application Development Management), типовой функционал которых включает конструктор интерфейсов, функции доработки программного кода и публикации обновлений приложений. Использование MADM-системы позволяет снизить трудоемкость при разработке МП, а также повысить его качество. Для администрирования МП, разработанных с целью использования в различных видах профессиональной деятельности, и управления пользователями таких приложений на этапе эксплуатации применяют системы MAM (Mobile Application Management). Типовой функционал MAM-системы: адаптация интерфейса МП под конечного пользователя, управление аккаунтом пользователя, сбор статистики [15]. Применение MAM-системы позволяет упростить управление пользователями и конфигурацию МП. Системы MADM обеспечивают поддержку МП на этапе разработки, а MAM – на этапе эксплуатации.

Разработку МП можно вести с использованием платформ MADP (Mobile Application Development Platform), которые включают функции управления приложениями при их размещении на сервисе для скачивания пользователями, а также инструменты управления МП для их развертывания и защиты.

Большая часть средств поддержки ЖЦ МП, применяемых при их разработке, поддерживают только один этап ЖЦ, остальные этапы реализуются в других системах или программах, не связанных между собой. Существуют средства, которые поддерживают два этапа  ЖЦ МП (реализация, эксплуатация): appery.io, TheAppBuilder, iBuildApp. Такие системы ориентированы на разработку МП бизнес-направленности, соответственно, поддержка МП на этапе эксплуатации в основном заключается в сборе статистики, управлении правами доступа пользователей и в выполнении других функций, предназначенных для администраторов МП.

Модель ЖЦ МП  для пользователей с ID

Разработка МП для людей с ID сопряжена с высокими рисками, обусловленными невозможностью заранее предусмотреть, как такие пользователи будут реагировать на те или иные интерфейсные решения и смогут ли они правильно выбрать требуемые действия. Успешные интерфейсные решения, реализованные в МП и апробированные с пользователями с ID для разработки новых приложений, могут существенно повысить качество таких МП и уверенность разработчиков в их доступности. Необходимость учета особенностей пользователей с ID также может потребовать разработки специальных функций, не зависящих от назначения создаваемого МП. Повторное ис- пользование кода этих функций позволит упростить процесс разработки и повысить скорость сборки проекта.

В зависимости от характера и проявления интеллектуальных ограничений потенциальные пользователи могут сталкиваться с различными проблемами, такими как, например, невозможность прочитать текст на экране МП, понять назначение элементов управления и других объектов интерфейса, выбрать и переместить объекты приложения и т.д. Чтобы обеспечить доступность для пользователей с различными ID, МП должно предоставлять возможность настройки экранов под конечного пользователя без потери полноценного доступа к функционалу. При этом необходимо предусмотреть возможность настройки интерфейса приложения опекающими людьми, которые хорошо знают возможности и ограничения своих подопечных и могут адаптировать мобильное приложение для конкретного пользователя.

Таким образом, модель ЖЦ МП для людей с ID с учетом особенностей такой категории пользователей должна включать этапы идентификации, проектирования, реализации, прототипирования с тестированием, развертывания, эксплуатации.

Этапы и процедуры модели MADLC показаны на рисунке 1.

Для реализации предложенной модели ЖЦ МП разработаны технологии и программные средства сквозной поддержки этапов проектирования, реализации и эксплуатации.

Технология разработки реализует принципы модуляризации [16] применительно к МП для пользователей с ID. Разработан шаблон многомодульной архитектуры, включающей три уровня модулей: модуль приложения (APP), функциональные модули (Feature), библиотечные модули (Library). Feature-модули соответствуют полноэкранным согласованным функциональным возможностям пользователя в приложении; APP-модуль связывает вместе функциональные модули; Library-модули пре- доставляют общий функционал, который повторно используется в нескольких или во всех функциях. Такой подход стандартизирует разработку МП для людей с ID, что положительно влияет на скорость и качество разработанных решений. Модули могут сохраняться в хранилище как компоненты для повторного использования в других МП. Разработка приложения с применением предложенной технологии позволяет разработчикам использовать готовые решения, успешно реализованные в предыдущих своих и чужих проектах, и добавлять но- вые успешные решения в хранилище модулей. При этом разработчик применяет уже готовый шаблон архитектуры для генерации базового кода приложения.

Технология разработки адаптируемого интерфейса МП для людей с ID основана на концепции Pattern-Based. Процесс проектирования интерфейса заключается в разработке шаблонов всех экранов МП, на которых размещаются элементы интерфейса, требуемые для доступа к функционалу приложения. Технология адаптации интерфейса основана на разделении элементов шаблонов на обязательные и опциональные элементы, возможности выбора изображений элементов из предопределенного набора изображений (или добавления новых изображений) и прикреплении элементов по месту. Обязательными элементами являются те, которые необходимы для работы отдельно взятого приложения и, соответственно, дол- жны включаться в интерфейс каждого пользователя МП. Опциональные элементы могут включаться или не включаться в интерфейс в зависимости от возможности пользователя работать с этими элементами. Каждому элементу управления интерфейса сопоставляется область на экране, в которой этот элемент может быть размещен (привязка по месту). При на- стройке интерфейса МП для каждого пользователя имеется возможность выбрать изображения всех элементов интерфейса из имеющихся в БД или отключить элемент интерфейса вовсе, если он относится к категории необязательных. Такую настройку интерфейса может осуществлять либо сам конечный пользователь с ID, либо его опекун, знающий возможности и ограничения своего подопечного.

Система управления

Для управления МП для людей с ID разработана система на основе CALS-технологии поддержки этапов проектирования, реализации и эксплуатации МП.

Архитектура системы включает подсистемы управления (MADM) и эксплуатации (MAM), БД, API для приложения, само приложение. Основной функционал MADM-подсис- темы включает просмотр хранилища модулей, выбор и подключение одиночного модуля в проект разрабатываемого МП, добавление фай- ла описания шаблонов страниц приложения, генерацию и редактирование конфигурационной панели для МП. После тестирования разработанного приложения модули, определенные разработчиком как применимые для повторного использования, могут добавляться в хранилище. Подсистема MAM реализует конфигурирование шаблонов экранов МП под конкретного пользователя с помощью конфигурационной модели, сгенерированной для этого МП.

Система построена на архитектурном стиле REST, который устанавливает однозначное соответствие между операциями, используемыми при работе с персистентными хранилищами данных, и HTTP-методами и обеспечивает таким образом независимость способа подключения МП к БД. Архитектурная схема в нотации ArchiMate представлена на рисунке 2.

Для конфигурирования интерфейса МП под конечного пользователя используется конфигурационная панель, разрабатываемая на этапе реализации МП и встраиваемая в систему управления для каждого МП. Конфигурационная панель включает область настроек, которая содержит виджеты для настройки элементов интерфейса конфигурируемого МП, и область, в которой отображается текущая страница интерфейса МП. Настройка интерфейса включает выбор элементов для отображения их изображений на экране МП (пиктограммы и/или другие графические иллюстрации). Процесс генерации панели строится на валидации, парсинге описания интерфейса МП и построении блока элементов управления и блока элементов представления на основе тегов и информации,  содержащейся в них. Редактор, также являющийся частью разработанного модуля, позволяет предварительно сгенерировать конфигурационную панель на основе составленного описания и проверить файл описания на наличие ошибок. Данный способ адаптации интерфейса с помощью панели не требует изменения исходного кода МП и может осуществляться лицом, не владеющим навыками разработки МП.

Роли пользователей системы и их действия на этапах ЖЦ МП показаны в таблице.

Пример панели, разработанной для конфигурирования интерфейса МП для тестирования МП AIT, предназначенного для оценки профессиональных предпочтений пользова- телей с ID при выборе опекунами наиболее  подходящей для них работы, приведен на рисунке 3.

Генерация интерфейсов МП в веб-приложении имеет следующие возможности: добавление приложения в систему (выполняется разработчиком МП) с названием и описанием приложения, а также с файлом, описывающим интерфейс; описание интерфейса с примене- нием JSX; редактирование загруженного приложения; просмотр списка приложений в системе; удаление приложения.

Система реализована как веб-приложение. Для бэкенд-разработки выбрана платформа Node.js, для фронтенд-разработки применены HTML, CSS, JavaScript. В качестве БД использована MongoDB, для обмена данными между сервером и МП – протокол HTTP. Для поддержки разработки МП использованы специализированные наборы заранее разработанных компонентов и библиотек, реализованы поддержка наследования и ограничение доступа к определенным компонентам системы. Разработан интерфейс клиентской части, предназначенный для визуального управления процессом поддержки создания МП и адаптации его под конечного пользователя.

Система была апробирована на разработке МП Money Game для тренировки навыков совершения покупок для людей с ID [17]. Проект МП создан на основе многомодульной архи- тектуры. Для самостоятельной авторизации пользователей в проект включен разработанный в рамках другого проекта модуль авторизации пользователя с применением пикто- грамм, выбранный из хранилища моделей. Экранные формы МП и модуля авторизации показаны на рисунке 4.

Тестирование финального прототипа было организовано в MPI Oosterlo (https://www.mpi-oosterlo.be/), реабилитационном центре для людей с интеллектуальными ограничениями во Фландрии, Бельгия. Опекуном каждого пользователя с ID был сконфигурирован интерфейс, который он определил как наиболее соответствующий возможностям этого пользователя. Некоторые этапы процесса тестирования показаны на фотографиях (http://www.swsys.ru/ uploaded/image/2023-4/2.jpg).

Тестирование финального прототипа на целевой группе показало, что МП в целом доступно таким пользователям, понятно и привлекательно как мобильная игра.

Заключение

В отличие от предложенных другими исследователями разработанная модель ЖЦ МП учитывает специфику пользователей с ID, обеспечивая возможность адаптации интерфейса под каждого в соответствии с его возможностями и ограничениями.

Для разработки МП для людей с ID на основе предложенной модели создана система управления приложением, реализующая CALS-техно- логию поддержки ЖЦ МП. Применение систе- мы для разработки МП для пользователей с ID позволяет существенно сократить временные затраты на разработку за счет использования унифицированной многомодульной архитектуры и включения в проект МП готовых модулей, а также генерации конфигурационной панели для адаптации интерфейса МП. Возможность применения шаблонов архитектур и готовых решений расширяет круг пользователей системы и делает ее доступной разработчикам, профессиональная деятельность которых связана с поддержкой людей с ограниченными интеллектуальными возможностями.

Привлечение разработчиков МП к созданию приложений для людей с ID с применением системы позволит пополнять хранилище модулей, доступных для подключения в новые проекты, и таким образом расширять возможности системы. В рамках дальнейших исследований предполагаются разработка метода мониторинга действий пользователей системы (разработчиков МП для людей с ID) и построение пользовательских шаблонов проектирования МП для последующей интеграции в систему.

Список литературы

1.      Braun M., Wölfel M., Renner G., Menschik C. Accessibility of different natural user interfaces for people with intellectual disabilities. Proc. Int. Conf. on CW, 2020, pp. 211–218. doi: 10.1109/CW49994.2020.00041.

2.    Zaina L.A.M., Fortes R.P.M., Casadei V. Preventing accessibility barriers: Guidelines for using user interface design patterns in mobile applications. J. of Systems and Software, 2022, vol. 186, art. 111213. doi: 10.1016/j.jss.2021.111213.

3.      da Silva L.F., Parreira Junior P.A., Freire A.P. Mobile user interaction design patterns: A systematic mapping study. Information, 2022, vol. 13, no. 5, art. 236. doi: 10.3390/info13050236.

4.      Shabalina O., Guriev V., Kosyakov S., Voronina A., Moffat D.C. Adaptable mobile software for supporting daily activities of people with intellectual disabilities. Proc. CIT&DS, 2019, pp. 474–484. doi: 10.1007/978-3-030-29750-3_37.

5.      Perez C. Adaptable user interfaces for people with autism: A transportation example. Proc. W4A, 2018, no. 12,
pp. 1–2. doi: 10.1145/3192714.3196318.

6.      Kultsova M., Potseluico A., Zhukov I., Skorikov A., Romanenko R. A two-phase method of user interface adaptation for people with special needs. Proc. CIT&DS, 2017, pp. 805–821. doi: 10.1007/978-3-319-65551-2_58.

7.    Heumader P., Miesenberger K., Murillo-Morales T. Adaptive user interfaces for people with cognitive disabilities within the easy reading framework. In: LNISA. Proc. ICCHP, 2020, vol. 12377, pp. 53–60. doi: 10.1007/978-3-030-58805-2_7.

8.      Miraz D., Ali M., Excell P. Adaptive user interfaces and universal usability through plasticity of user interface design. Comput. Sci. Review, 2021, vol. 40, pp. 1–26. doi: 10.1016/j.cosrev.2021.100363.

9.      Shokhista E., Kruglov A. Software development life cycle early phases and quality metrics: A systematic literature review. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1694, no. 1, art. 012007. doi: 10.1088/1742-6596/1694/1/012007.

10.    Kyeremeh K. Overview of system development life cycle models. SSRN Electron. J., 2019. URL: https://ssrn.com/abstract=3448536 (дата обращения: 20.05.2023). doi: 10.2139/ssrn.3448536.

11.    Жидков И.В., Зубарев И.В., Хабибуллин И.В. Выбор рациональной модели разработки безопасного программного обеспечения // Вопросы кибербезопасности. 2021. № 5. С. 21–29. doi: 10.21681/2311-3456-2021-5-21-29.

12.    Nataraj R., Jagatheesan S.M. Lack of SDLC models and frameworks in mobile application development – a systematic literature review and study. J. of Xi'an University of Architecture & Tech., 2021, vol. XIII, no. 8, pp. 250–258.

13.    Vagrani A., Singh N., Vigneswara P. Decline in mobile application life cycle. Procedia Comput. Sci., 2017, vol. 122, pp. 957–964. doi: 10.1016/j.procs.2017.11.460.

14.    Kaur A., Kaur K. Suitability of existing software development life cycle (SDLC) in context of mobile application development life cycle (MADLC). IJCA, 2015, vol. 116, no. 19, pp. 1–6. doi: 10.5120/20441-2785.

15.    Hayes D., Cappa F., Le-Khac N. An effective approach to mobile device management: Security and privacy issues associated with mobile applications. Digital Business, 2020, vol. 1, no. 1, art. 100001. doi: 10.1016/j.digbus.2020.100001.

16.    Гурьев В.В., Косяков С.В., Сквазников Д.Е., Шабалина О.А. Web система адаптации интерфейсов мобильных приложений для людей с ограниченными интеллектуальными возможностями // Информационные технологии в науке, управлении, социальной сфере и медицине: сб. тр. 2018. Т. 2. C. 187–191.

17.    Shabalina O., Voronina A., Davtian A., Peeters E., Hensbergen R. A mobile game for training shopping skills for people with intellectual disabilities. Proc. ECGBL, 2018, vol. 12, pp. 565–573.

References

1.      Braun, M., Wölfel, M., Renner, G., Menschik, C. (2020) ‘Accessibility of different natural user interfaces for people with intellectual disabilities’, Proc. Int. Conf. on CW, pp. 211–218. doi: 10.1109/CW49994.2020.00041.

2.    Zaina, L.A.M., Fortes, R.P.M., Casadei, V. (2022) ‘Preventing accessibility barriers: Guidelines for using user interface design patterns in mobile applications’, J. of Systems and Software, 186, art. 111213. doi: 10.1016/j.jss.2021.111213.

3.      da Silva, L.F., Parreira Junior, P.A., Freire, A.P. (2022) ‘Mobile user interaction design patterns: A systematic mapping study’, Information, 13(5), art. 236. doi: 10.3390/info13050236.

4.    Shabalina, O., Guriev, V., Kosyakov, S., Voronina, A., Moffat, D.C. (2019) ‘Adaptable mobile software for supporting daily activities of people with intellectual disabilities’, Proc. CIT&DS, pp. 474–484. doi: 10.1007/978-3-030-29750-3_37.

5.      Perez, C. (2018) ‘Adaptable user interfaces for people with autism: A transportation example’, Proc. W4A, (12), pp. 1–2. doi: 10.1145/3192714.3196318.

6.     Kultsova, M., Potseluico, A., Zhukov, I., Skorikov, A., Romanenko, R. (2017) ‘A two-phase method of user interface adaptation for people with special needs’, Proc. CIT&DS, pp. 805–821. doi: 10.1007/978-3-319-65551-2_58.

7.      Heumader, P., Miesenberger, K., Murillo-Morales, T. (2020) ‘Adaptive user interfaces for people with cognitive disabilities within the easy reading framework’, in LNISA. Proc. ICCHP, 12377, pp. 53–60. doi: 10.1007/978-3-030-58805-2_7.

8.      Miraz, D., Ali, M., Excell, P. (2021) ‘Adaptive user interfaces and universal usability through plasticity of user interface design’, Comput. Sci. Review, 40, pp. 1–26. doi: 10.1016/j.cosrev.2021.100363.

9.      Shokhista, E., Kruglov, A. (2020) ‘Software development life cycle early phases and quality metrics: A systematic literature review’, J. Phys.: Conf. Ser., 1694 (1), art. 012007. doi: 10.1088/1742-6596/1694/1/012007.

10.    Kyeremeh, K. (2019) ‘Overview of system development life cycle models’, SSRN Electron. J., available at: https://ssrn.com/abstract=3448536 (accessed May 20, 2023). doi: 10.2139/ssrn.3448536.

11.    Zhidkov, I.V., Zubarev, I.V., Khabibullin, I.V. (2021) ‘Choosing a rational model for development secure software’, Voprosy kiberbezopasnosti, (5), pp. 21–29 (in Russ.). doi: 10.21681/2311-3456-2021-5-21-29.

12.    Nataraj, R., Jagatheesan, S.M. (2021) ‘Lack of SDLC models and frameworks in mobile application development – a systematic literature review and study’, J. of Xi'an University of Architecture & Tech., XIII (8), pp. 250–258.

13.    Vagrani, A., Singh, N., Vigneswara, P. (2017) ‘Decline in mobile application life cycle’, Procedia Comput. Sci., 122, pp. 957–964. doi: 10.1016/j.procs.2017.11.460.

14.    Kaur, A., Kaur, K. (2015) ‘Suitability of existing software development life cycle (SDLC) in context of mobile application development life cycle (MADLC)’, IJCA, 116 (19), pp. 1–6. doi: 10.5120/20441-2785.

15.    Hayes, D., Cappa, F., Le-Khac, N. (2020) ‘An effective approach to mobile device management: Security and privacy issues associated with mobile applications’, Digital Business, 1 (1), art. 100001. doi: 10.1016/j.digbus.2020.100001.

16.    Guryev, V.V., Kosyakov, S.V., Skvaznikov, D.E., Shabalina, O.A. (2018) ‘Web system for adapting interfaces of mobile applications for people with intellectual disabilities’, Proc. Inform. Tech. in Sci., Management, Social Sphere and Medicine, 2, pp. 187–191 (in Russ.).

17.    Shabalina, O., Voronina, A., Davtian, A., Peeters, E., Hensbergen, R. (2018) ‘A mobile game for training shopping skills for people with intellectual disabilities’, Proc. ECGBL, 12, pp. 565–573.