1, place Georges Brassens - BP 73 BP Blagnac Cedex Castanet Tolosan cedex. Rapport de stage

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1 iut de Blagnac - Toulouse II INRA de Toulouse Midi-Pyrénées Département Informatique 24 Chemin de Borde Rouge 1, place Georges Brassens - BP 73 BP Blagnac Cedex Castanet Tolosan cedex Rapport de stage Conception et réalisation d une interface graphique pour l implémentation de modèles à compartiments dans la plate-forme RECORD Du mardi 10 avril 2012 au vendredi 29 juin 2012 Auteur Rémy Phelipot(Promotion 2012) Destinataires Patrick Chabrier Iulian Ober

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3 iut de Blagnac - Toulouse II INRA de Toulouse Midi-Pyrénées Département Informatique 24 Chemin de Borde Rouge 1, place Georges Brassens - BP 73 BP Blagnac Cedex Castanet Tolosan cedex Rapport de stage Conception et réalisation d une interface graphique pour l implémentation de modèles à compartiments dans la plate-forme RECORD Du mardi 10 avril 2012 au vendredi 29 juin 2012 Auteur Rémy Phelipot(Promotion 2012) Destinataires Patrick Chabrier Iulian Ober

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5 Remerciements Je remercie tout d abord Monsieur Regis Sabbadin de m avoir accueilli dans son unité, ainsi que mon superviseur de stage, Monsieur Patrick Chabrier, pour son aide et son soutien constant. Je remercie l iut de Blagnac, pour la qualité de la formation que j ai eu la chance de suivre, et pour toutes les compétences que j ai pu acquérir grâce à eux. Je remercie également mon tuteur de stage, Monsieur Iulian Ober, pour sa visite. Enfin, je tiens à remercier ma famille, pour le soutien qu elle m a apporté tout au long de ce stage. 2

6 Table des matières Introduction 6 1 Présentation de l entreprise INRA Histoire Objectifs actuels Quelques exemples de contributions Site de Toulouse Auzeville Historique Axes scientifiques Unité BIA Objectifs Organisation Quelques logiciels développés par l unité Plateforme RECORD Présentation du projet VLE/GVLE Objectifs scientifiques Technologies utilisées Présentation de VLE / GVLE Le fichier vpz Notion de paquet GVLE Notion de plugins Aspects fonctionnels des plugins Architecture logicielle des plugins Présentation et état initial du projet de stage Présentation du sujet de stage Diagramme de Forrester Présentation Éléments d un diagramme de Forrester Exemple Objectifs visés par le stage État initial du projet Réalisation du stage Moyens à disposition Moyens et méthodologies mis en œuvre Développement Agile Git et le processus d intégration Coding style Documentation doxygen Détail du travail effectué Commit effectués Code généré par le plugin État final du projet Diagramme de classe Fonctionnalités effectivement implémentées Prolongements envisageables Conclusion 38 3

7 TABLE DES MATIÈRES Sources documentaires 39 Annexes 40 Abstract et résumé 48 4

8 Table des figures 2.1 Extraits d un fichier vpz Structure d un paquet VLE Fenêtre principale de GVLE Boite de dialogue d édition d un modèle Menu de compilation inclus dans gvle Fenêtre de simulation Exemple de plugin de modélisation Boite de dialogue proposant la liste des plugins Ligne des tags pour le plugin Forrester contenant le nom du package du plugin, le nom d espace, le nom de la classe générée, et un compartiment avec sa position et ses dimensions Les différents éléments d un diagramme de Forrester Diagramme de Forrester représentant les équations de Lotka-Volterra Tableau des commandes principales de git Exemple de message de commit Étapes du processus d intégration Coding style pour une classe Coding style pour un nom d espace Coding style pour les accolades Commit de la phase d initialisation Boites de dialogue crées lors du premier commit Commit d ajout de la zone de dessin et des classes de modèles Boites de dialogue crées ou modifiées lors du deuxième commit Commit d ajout des schémas d intégration Boites de dialogue crées ou modifiées lors du troisième commit Commit d ajout de la gestion des conditions expérimentales Commit d ajout de la gestion des observations Commit de mise à jour de la forme d un compartiment Commit de changements dans la gestion de la zone graphique Fenêtre principale du plugin au commit du 23 mai Code généré par le plugin Diagramme de classes du projet en fin de stage

9 Introduction Dans le cadre de ma seconde année de DUT informatique, j ai effectué un stage à l Institut National de Recherche en Agronomie de Toulouse du 10 avril 2012 au 29 juin 2012, et qui s est déroulé au centre de Toulouse-Auzeville, dans l unité BIA (Biométrie et Intelligence Artificielle). Le sujet du stage concernait la conception et le développement d un plugin graphique pour un environnement de développement permettant la modélisation et la simulation de systèmes dynamiques : gvle. Ce plugin doit permettre d ouvrir gvle à une nouvelle communauté d utilisateurs en implémentant un nouveau type de formalisme : les diagrammes de Forrester, qui représentent graphiquement des équations différentielles. L objectif du stage était de créer un plugin développé en langage c++ possédant une zone de dessin permettant d éditer graphiquement ces diagrammes, et qui configurait de manière automatique l environnement de simulation, afin que la tâche de l utilisateur soit au maximum simplifiée. Le formalisme de Forrester comprenant de nombreux éléments, le but du stage était avant tout d initier la conception du plugin le plus loin possible, afin que d autres développeurs prennent le relais pour améliorer et ajouter les éléments manquants. Afin de vous présenter le travail que j ai effectué à l inra durant ce stage, je présenterai dans un premier temps l inra et le projet vle/gvle, puis je présenterai dans un deuxième temps le projet de stage. Dans un troisième temps, je présenterai les différents moyens et méthodes que j ai utilisés et appliqués durant ce stage, pour enfin détailler le travail que j ai effectué. 6

10 1 Présentation de l entreprise Sommaire 1.1 INRA Histoire Objectifs actuels Quelques exemples de contributions Site de Toulouse Auzeville Historique Axes scientifiques Unité BIA Objectifs Organisation Quelques logiciels développés par l unité Plateforme RECORD INRA Histoire Mon stage s est déroulé au sein de l institut national de recherche agronomique, qui fût créé en 1946 dans le contexte d après-guerre afin de moderniser l agriculture française. Depuis il accompagne les changements du monde agricole, mais aussi des filières alimentaires afin de répondre aux attentes de la société, par exemple dans le domaine de la suffisance alimentaire. L institut se trouve sous la double tutelle du ministère chargé de la Recherche et du ministère chargé de l Agriculture. Avec la mondialisation, les prérogatives de l INRA ont changé. Les changements d alimentation de la population, le développement de maladies émergentes 1, l érosion de la biodiversité, ainsi que les progrès que la chimie verte 2, ont fait prendre aux travaux de l INRA une dimension mondiale, et les approches qui permettent de répondre à ces problématiques ne sont plus les mêmes que par le passé. L institut possède actuellement un dispositif de recherche décentralisé, et mutualisé comptant prés de 2800 chercheurs, ingénieurs, techniciens et administratifs, ainsi que 2000 doctorants. Ces effectifs sont répartis en 19 centres régionaux et 14 départements scientifiques. L INRA occupe le deuxième rang mondial et le premier en Europe pour le nombre de publications en sciences agricoles et en sciences de la plante et de l animal Objectifs actuels Les objectifs principaux de l INRA sont les suivants : produire et diffuser des connaissances scientifiques dans de nombreux domaines comme les sciences de la vie, mais aussi dans les sciences économiques et sociales, les mathématiques et l informatique appliquée, les sciences de l environnement, ou les sciences de l aliment ; concevoir des innovations et des savoir-faire pour la société qui permettent le développement d entreprises agricoles, industrielles ou de services. De manière générale, l INRA permet donc de favoriser l emploi, en partageant ses découvertes au plus grand nombre ; éclairer, par son expertise, les décisions des acteurs publics et privés ; développer la culture scientifique et technique et participer au débat science/société ; former à la recherche et par la recherche, grâce à l accueil de doctorant et à des partenariats établis avec de nombreux établissements de l enseignement supérieur. En outre, au terme d analyses prospectives et de nombreuses consultations auprès de la communauté scientifique et d industriels, des chantiers de recherche ont été mis en place pour la période sur des domaines très variés : 1. infections nouvelles, causées par l évolution ou la modification d un agent pathogène ou d un parasite existant 2. produits et procédés chimiques permettant de réduire ou d éliminer l utilisation et la synthèse de substances dangereuses ou toxiques. 7

11 1.Présentation de l entreprise Améliorer toutes les composantes de l agriculture en conjuguant la performance économique, sociale et la préservation de l environnement ; Assurer des systèmes alimentaires sains et durables en étudiant les relations de causalités entre l alimentation et la santé ; Atténuer le réchauffement climatique et s y adapter ; Valoriser la biomasse en synthétisant de nouveaux produits via les biotechnologies, et en analysant les méthodes de production Quelques exemples de contributions Depuis plus de 60 ans, l INRA a énormément contribué dans le domaine de la recherche sur de nombreux domaines. Voici quelques-unes de ces contributions : L étoile de Choisy Inscrite au catalogue officiel français en 1950, l étoile de Choisy 1 est une variété de blé issu de plusieurs croisements entre différentes variétés de blé. Elle allie à la fois une très grande précocité, une forte productivité, une assez bonne résistance au froid, ce qui a permis un renouveau agricole dans le sud-ouest de la France. L ultrafiltration du lait L ultrafiltration du lait 2 est un procédé industriel qui permet d éliminer partiellement les petites molécules présentes dans le lait. Breveté en 1969, après 14 ans de mise au point, ce procédé est aujourd hui très utilisé afin de fabriquer des fromages. L ultrafiltration est un exemple de coopération entre des scientifiques de l INRA et des industriels, puisque ce procédé a été développé avec des chercheurs, mais aussi avec Jean-Claude Guilloteau, fromager, qui créera quelques années plus tard la société «Fromagerie Guilloteau» qui fabrique encore aujourd hui le pavé d Affinois en utilisant ce procédé. 1.2 Site de Toulouse Auzeville Historique Le centre de Toulouse-Auzeville est l un des 19 centres Inra répartis sur l ensemble de la métropole. Le centre compte 950 agents, dont 300 chercheurs, et bénéficie d une croissance forte depuis sa création en Il est actuellement dirigé par Michèle Marin. Le site d Auzeville est composé de 15 unités de recherches, dont 12 d entre elles sont associées avec des universités ou des établissements de l enseignement supérieur : AGIR : Agrosystèmes et agriculture, gestion des ressources, innovation et ruralité, en association avec l inpt 3, l ensat 4 et eip 5 ; BIA : Biométrie et intelligence artificielle ; CEFS : Comportement et écologie de la faune sauvage ; DYNAFOR : Dynamique et écologie des paysages agroforestiers avec l inpt, l ensat, et l eip ; GBF : Génomique et biotechnologie des fruits avec l inpt, et l ensat ; GREMAQ : Groupe de recherche en économie mathématique et quantitative avec l ut1 et le cnrs 6 ; IHAP : Interaction hôtes agents pathogènes avec l inpt et l envt 7 ; LCA : Laboratoire de chimie agro-industrielle avec inpt et ensiacet 8 ; LERNA : Laboratoire d économie des ressources naturelles avec l ut1 et le cnrs ; LGC : Laboratoire de génétique cellulaire en association avec l inpt et l envt LIPM : Laboratoire des interactions plantes micro-organismes avec le cnrs ; LISBP : Laboratoire d ingénierie des systèmes biologiques et des procédés avec le cnrs et l insa de Toulouse ; SAGA : Station d amélioration génétique des animaux ; TANDEM : Tissus animaux, nutrition, digestion écosystème et métabolisme avec l inpt et l ensat ; TOXALIM : Toxicité alimentaire avec l inpt, l envt, l eip et l ut3 ; Institut National Polytechnique de Toulouse 4. École Nationale Supérieure d Agronomie de Toulouse 5. École d ingénieur de Purpan 6. Centre national de la recherche scientifique 7. École nationale vétérinaire de Toulouse 8. École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques 8

12 1.Présentation de l entreprise Axes scientifiques Cinq domaines de recherches principaux sont représentés sur le site de Toulouse Auzeville : Le génome et l amélioration des productions Cet axe de recherche permet de comprendre l organisation et le fonctionnement de l ensemble des gènes d un organisme, pour ensuite sélectionner ceux qui ont un grand intérêt (au niveau de la qualité, de la résistance, etc.). Plus d un tiers des effectifs du centre sont associés à cette mission. Le but de ces recherches est de proposer aux éleveurs de nouvelles connaissances permettant l adaptation de leurs produits aux contraintes environnementales. La sécurité sanitaire des aliments L objectif de cet axe de recherche est de développer des connaissances pour comprendre les effets et les mécanismes d action des produits toxiques sur chaque étape du processus de production alimentaire. Ces travaux permettent de mettre au point des outils de détection, de connaître les risques des produits, et donc de formuler des recommandations à l échelle de l Union européenne pour obtenir des produits alimentaires toujours plus sains. La transformation des produits agricoles Dans une optique de développement durable, cet axe de recherche vise à concevoir des produits (énergie, produits chimiques, et matériaux) issus de la biomasse 1. L optimisation de ces procédés permet des partenariats avec des industriels afin de mettre au point des technologies nouvelles, saines pour l environnement et économe en énergie. L économie de l environnement et des marchés Le but de cet axe de recherche est de créer des outils afin d aider les pouvoirs économique et financier à anticiper les attentes de la société sur les sujets environnementaux. Les économistes de l inra construisent donc des modèles mathématiques afin de simuler des scénarios prospectifs sur les sujets sensibles (changement climatique, taxe carbone, crise sanitaire) mais aussi dans de nombreux autres domaines (marchés agricoles, filière agroalimentaire). L environnement, le territoire et la société Cet axe de recherche consiste à travailler sur les relations qui existent entre les ressources agricoles et environnementales et les processus de décision humains. Le but de ces travaux est de fournir des outils afin d améliorer la gestion de ces ressources et des structures agronomiques tant sur le plan de l efficacité que du développement durable. 1.3 Unité BIA Ayant effectué mon stage dans l unité bia de l inra de Toulouse, je vais maintenant vous présenter les objectifs de cette unité, son organisation et quelques exemples de logiciels développés par leurs soins Objectifs Les objectifs de l unité bia sont de développer et d appliquer des méthodes statistiques et d intelligence artificielle dans deux domaines principaux : l analyse et la gestion des systèmes de production et des ressources physiques. l analyse de la structure et de la fonction des génomes. Les recherches concernent la prévision à différentes échelles du comportement d un système, l aide à la décision dans la conduite des systèmes et la bio-informatique. Ces recherches s accompagnent d une activité de production de logiciels et d une activité de formation pour leur diffusion Organisation L unité est dirigée par Régis Sabbadin, et est divisée en 2 équipes de recherches : MAD (Modélisation des Agro-écosystèmes et Décision) et SaAb (Statistiques et Algorithmique pour la Biologie). Elle fait également partie de 2 plate-formes : GENOTOUL ainsi que RECORD, dans laquelle j ai effectué mon stage. (voir annexe I) 1. Ensemble des matières organiques d origine végétale (algues incluses), animale ou fongique pouvant devenir source d énergie par combustion 9

13 1.Présentation de l entreprise Quelques logiciels développés par l unité Les logiciels produits par l unité sont à destination des chercheurs de l inra et de la communauté scientifique, des biologistes ou bien des agronomes. Citons par exemple : Toulbar : outil de résolution pour des réseaux de contraintes pondérées ; RNAspace : plateforme d annotation d ARN non codant ; Eugène et FrameD : logiciels de prédiction de gène ; Cathagène : cartographie génétique et carte hybrides irradiées ; Milpat : localisation de motifs structurés ; MCQTL : détection de QTL MDP Toolbox : fonctions MATLAB pour modéliser et résoudre un problème décisionnel de Markov ; RECORD : plateforme de modélisation et simulation pour l aide à la conception et à l évaluation de système de culture ; DIESE : bibliothèque c++ de développement de simulateurs de systèmes pilotés à l événement discret. 1.4 Plateforme RECORD Pour les agronomes, les expérimentations aux champs sont indispensables, mais très coûteuses, longues à mettre en place et limitées dans leur généricité. Voilà pourquoi depuis plusieurs décennies, l expérimentation virtuelle à pris un grand essor dans leur profession, ce qui leur permet de concevoir des systèmes de culture répondant aux enjeux actuels comme le réchauffement climatique, aux problèmes environnementaux, mais aussi à la sécurité sanitaire. Afin de faciliter le travail des chercheurs, la plateforme record fut créée en Son objectif est de répondre aux besoins des chercheurs dans les domaines de la modélisation et de la simulation de système de culture, en fournissant des outils permettant l utilisation de modèles hétérogènes tels que les modèles de plante, les modèles de sol, les modèles de bioagresseur ou les modèles de décision. La plateforme s articule à ce jour autour de 3 axes clés : un logiciel de modélisation et de simulation : vle des fonctionnalités permettant la connexion dynamique avec des outils tels que R 1 ou le langage de programmation python ; une bibliothèque de modèles partagée sur un dépôt web ainsi qu une documentation de tous ces éléments. La maintenance, le développement et le fonctionnement de record sont assurés par 3 entités distinctes. L équipe record basée à l unité bia de l inra de Toulouse s occupe du développement, de la maintenance et de la formation des utilisateurs. Le «réseau utilisateurs» de record est chargé des animations de la plateforme. Enfin, le «comité stratégique» est chargé, comme son nom l indique, de piloter le projet et de prendre les décisions stratégiques pour la plateforme. Chaque année, deux sessions de formation sont organisées pour familiariser les utilisateurs à la plateforme record et à ses nouveautés. 1. Langage de programmation et environnement mathématique utilisé pour le traitement de données et l analyse statistique 10

14 2 Présentation du projet VLE/GVLE Sommaire 2.1 Objectifs scientifiques Technologies utilisées Présentation de VLE / GVLE Le fichier vpz Notion de paquet GVLE Notion de plugins Aspects fonctionnels des plugins Architecture logicielle des plugins Objectifs scientifiques vle (Virtual Laboratory Environment) est un environnement de développement permettant la modélisation et la simulation de systèmes complexes dynamiques. Développé dans le cadre de la plateforme record (voir partie 1.4), vle propose un ensemble d outils et de bibliothèques pour modéliser et simuler des modèles hétérogènes spécifiés dans des formalismes différents. Le projet est basé sur le formalisme mathématique devs : Discrete Event System Specification, qui décrit les modèles atomiques comme un ensemble d états, un ensemble d entrées et de sorties et une dynamique. Les états sont pilotés par des fonctions de transitions internes et externes. Les modèles atomiques se connectent entre eux via les entrées et sorties pour former des modèles couplés, qui peuvent eux-mêmes être couplés à d autres modèles. Au sein de l inra, vle est utilisé afin de modéliser et de simuler des agroécosystèmes qui couvrent différents niveaux d organisation spatio-temporelle. En outre, ces systèmes incluent une composante humaine assurant une fonction de gestion qui influence le système naturel ou artificiel et qui est soumise à des changements plus ou moins aléatoires (variations de climat, variations de prix, changement de réglementation). 2.2 Technologies utilisées vle et gvle ont été développés dans le langage de programmation orienté objet c++ en utilisant les bibliothèques standards et multi-plateforme stl. Ils utilisent également la bibliothèque boost 1 qui est libre, multiplateforme et gratuite afin de faciliter le développement en ajoutant, par exemple, de nouveaux outils pour effectuer des calculs complexes. L interface graphique a été développée en gtkmm 2, avec l aide de l éditeur graphique glade 3. glade permet de concevoir graphiquement des interfaces graphiques gtk en enregistrant ou éditant un fichier xml. Grâce à l utilisation de ces différents éléments libre et multi-plateforme, Le logiciel vle est exécutable sur de nombreux systèmes d exploitation différents et possède des paquets pour les distributions linux les plus courantes comme Debian, Ubuntu, RedHat, Fedora, Mandriva et Suse, ainsi qu un installateur windows. Enfin, vle utilise le moteur de production 4 cmake, qui permet d automatiser la génération de l exécutable et l installation du logiciel sur toutes les plateformes, mais aussi de compiler des paquets vle, comme nous allons le voir dans la partie suivante. 2.3 Présentation de VLE / GVLE vle est un logiciel en ligne de commande permettant d effectuer des simulations de modèles dynamiques. La conception des modèles s effectue notamment par la création de classes c++ qui permettent de définir pour chaque modèle une dynamique temporelle, mais aussi en configurant le fichier vpz(fichier xml) du projet. Afin d aider au Logiciel dont la fonction principale consiste à automatiser l ensemble des actions permettant d obtenir un ensemble logiciel à partir du code source. 11

15 2.Présentation du projet VLE/GVLE maximum les utilisateurs, le projet gvle vise à cacher la configuration du fichier vpz et les étapes de configurations et de compilation, grâce à une interface graphique, ce qui permet d ouvrir la plateforme à un plus grand nombre d utilisateurs. L utilisation de vle est donc complètement indépendante de gvle Le fichier vpz Le fichier vpz est un fichier xml permettant de décrire les éléments d une expérience. Il permet de définir la structure des modèles, les conditions expérimentales, ainsi que les éléments observés et la méthode d observation. 1 <model name="a" type="atomic" dynamics="dynamica" 2 conditions="conditiona" observables="obsa"> 3 <in> <port name="..." /> </in> 4 <out> <port name="..." /> </out> 5 </model> 6 7 <dynamics> 8 <dynamic name="dynamica" library="big" model="tutu" /> 9 </dynamics> <conditions> 12 <condition name="conditiona"> 13 <port name="..."> <double>34.23</double> </port> 14 </condition> 15 </conditions> <views> 18 <outputs> 19 <output name="outputa" format="distant local" location="host:port" 20 plugin="text rdata csv cairo..." /> 21 </output> 22 </outputs> 23 <observables> 24 <observable name="obsa"> <port name="x"> <attachedview name="viewa" /> </port> 25 </observable> 26 </observables> <view name="viewa" type="timed event finish" output="outputa" timestep="0.5" /> 29 </views> Figure 2.1 Extraits d un fichier vpz Comme on peut le voir dans la figure 2.1, les balises «<model>», «<conditions>», «<observables>» permettent de décrire les principales informations qui concernent un modèle. Toutefois, l utilisation de ce fichier vpz par les utilisateurs n est pas aisée, voilà pourquoi gvle permet de gérer ce fichier de manière automatisée Notion de paquet Pour faciliter la gestion des projets de modélisation de l utilisateur, vle utilise un système de paquet (aussi appelé projet) qui permet de séparer les différents travaux. Les paquets sont enregistrés dans un dossier particulier, qui diffère selon le système d exploitation de l utilisateur ( /home/username/.vle/pkgs pour les systèmes Linux). En outre, chaque projet possède une structure commune que nous allons détailler. 12

16 2.Présentation du projet VLE/GVLE Figure 2.2 Structure d un paquet VLE Les différents dossiers permettent d organiser le contenu du paquet de façon rationnelle, en voici leur signification : build : Dossier contenant les fichiers intermédiaires issus de la compilation du paquet ; cmake : Ce dossier contient les différents éléments nécessaires à la compilation du paquet sous forme de bibliothèque ; doc : Répertoire contenant la documentation du paquet, et notamment une documentation html générée lors de la compilation du paquet(documentation doxygen) ; exp : Ce répertoire contient les différentes expériences du projet, ce qui correspond à un fichier vpz par expérience. lib : Ce dossier contient les bibliothèques dynamiques générées lors de la compilation du paquet, il s agit de fichier «.so» sous linux et «.dll» sous windows ; output : Répertoire contenant les fichiers de sortie des expériences ; plugins : Dossier présent uniquement dans le cas où le paquet contient un plugin de modélisation (voir partie 2.4), il contient les librairies et les fichiers d execution propre au plugin ; src : Contient les fichiers sources des différents modèles (code c++) ; test : Dossier contenant des classes c++ de tests, qui sont exécutées à la fin de la chaîne de compilation afin de déterminer si le comportement des modèles est correct. Afin de faciliter la compilation des paquets, vle propose une ligne de commande permettant d automatiser ce processus : GVLE vle -P nom_du_paquet configure build gvle est une interface graphique pour vle. Elle permet de simplifier la création, l édition et la simulation de modèles. Fenêtre principale La fenêtre principale (voir figure 2.3) est composée d une zone graphique qui permet de créer des modèles, d ajouter des ports d entrée ou de sortie, et de relier les modèles entre eux. Pour accéder à ce diagramme, il suffit de créer ou de charger un paquet, et d ouvrir une expérience (fichier vpz). Pour l éditer, les boutons présents dans la barre d outils permettent d ajouter (bouton «Add models») et de supprimer des modèles(bouton «Delete»), mais aussi de relier les modèles entre eux(bouton «Add links»). Enfin, La liste présente dans la partie droite de la fenêtre principale permet de visualiser l ensemble des modèles du diagramme, et de les modifier ou de les renommer. 13

17 2.Présentation du projet VLE/GVLE Figure 2.3 Fenêtre principale de GVLE La fenêtre principale permet également de visualiser le contenu du paquet grâce à l arbre présent dans sa partie gauche, ce qui permet de connaître l état exact du projet sans quitter l environnement de développement. En outre, gvle permet d éditer les fichiers textes en appliquant si cela est nécessaire une coloration syntaxique, notamment pour les fichiers c++. Fenêtre d édition d un modèle En double cliquant sur un modèle dans la zone de dessin ou la liste des modèles, une boite de dialogue apparaît et permet d éditer ses différentes caractéristiques DEVS (voir figure 2.4). Figure 2.4 Boite de dialogue d édition d un modèle L onglet «Ports» permet d ajouter ou de modifier les ports d entrées et de sortie du modèle, qui seront utilisés par la suite pour le connecter à d autres modèles dans la fenêtre principale. L onglet «Conditions» contient les conditions expérimentales du modèle, ce qui peut correspondre par exemple à des valeurs initiales de variables, ou à la spécification d un pas de temps pour les calculs. L onglet «Dynamics» contient la dynamique propre au modèle, ce qui correspond à son comportement et décrit les changements d état qui seront opérés lors de la simulation. Cette dynamique correspond à une classe c++ que l utilisateur doit écrire. Toutefois, les plugin de modélisation visent à faciliter cette étape en générant la classe. Enfin, l onglet «Observables» permet de choisir les éléments qui seront dans le fichier de sortie après simulation, ce qui correspond au résultat de l expérience. 14

18 2.Présentation du projet VLE/GVLE Compilation du paquet gvle permet aux utilisateurs de compiler leur paquet de manière graphique via un menu de la fenêtre principale (figure 2.5). Il permet de configurer, de compiler et d installer les bibliothèques dynamique dans le paquet, et génère automatique la documentation doxygen. Il permet également de nettoyer le paquet, c est à dire du supprimer tout les fichiers intermédiaires de la compilation. Figure 2.5 Menu de compilation inclus dans gvle Simulation Après avoir compilé le paquet, l utilisateur à la possibilité de lancer la simulation grâce à une boite de dialogue (figure 2.6). Elle permet de choisir différent façon de simuler, par exemple en proposant le choix d effectuer la simulation en local sur le poste de travail de l utilisateur, ou bien en ligne. 2.4 Notion de plugins Figure 2.6 Fenêtre de simulation Le but de vle est de simuler des systèmes complexes, l utilisateur doit donc être en mesure de manipuler des modèles atomiques ou non atomiques permettant de représenter de façon précise un problème. Afin de répondre à ce besoin, vle permet soit d utiliser des modèles existants, soit de créer son propre modèle. Il existe deux moyens dans gvle pour créer un modèle : développer une classe C++ utilisant le formalisme devs, ou alors utiliser un plugin de modélisation permettant de générer une classe c++ d un certain formalisme Aspects fonctionnels des plugins Les plugin de modélisation sont des paquets de gvle qui permettent à l utilisateur de générer, avec l aide d une interface graphique, le code C++ d un modèle utilisant un formalisme particulier. En effet il suffit de manipuler une interface graphique qui peut se présenter comme une série de champs de saisie (voir figure 2.7(a)), ou un espace de dessin (voir figure 2.7(b)), pour générer le code source correspondant. 15

19 2.Présentation du projet VLE/GVLE (a) Plugin d équation aux différences (b) Plugin de diagramme d état Figure 2.7 Exemple de plugin de modélisation Les plugins permettent donc à l utilisateur : d éviter de programmer en C++ de générer le code C++ d un modèle de générer les ports d entrées et de sorties de générer les ports des conditions expérimentales (valeurs initiales des variables par exemple) et d observations de fournir une logique spécifique à un formalisme en particulier La classe C++ générée par le plugin hérite d une classe générique propre au formalisme utilisé, et qui permet d effectuer les calculs Architecture logicielle des plugins Point d entrée dans gvle Le plugin de modélisation est lancé à partir du menu «dynamics» de la fenêtre d édition d un modèle (voir figure 2.4). En choisissant ce plugin parmi la liste disponible (voir figure 2.8)ou bien en double cliquant sur un modèle existant l utilisant, la fenêtre principale du plugin sera lancée, et permettra d éditer la dynamique. Lors de la fermeture du plugin, celui-ci générera la classe c++ correspondant au modèle, et configurera les conditions expérimentales et les éléments observables (manipulation du fichier vpz). Figure 2.8 Boite de dialogue proposant la liste des plugins 16

20 2.Présentation du projet VLE/GVLE Patron de conception MVC Les plugins de modélisations ont été conçus en utilisant le patron de conception (ou design pattern) modèlevue-contrôleur. L architecture mvc permet de diviser le plugin en 3 parties : 1. la vue : qui correspond à l interface avec laquelle l utilisateur interagit ; 2. le modèle : qui correspond à la gestion des données et de leur intégrité ; 3. le contrôleur : qui permet de gérer la vue et les données. Dans un plugin de gvle, la vue est gérée grâce à une ou plusieurs classes c++, mais aussi par un fichier xml. En effet, le projet utilise gtkmm, une bibliothèque permettant de créer des interfaces graphiques, et qui permet leurs conceptions grâce à un logiciel graphique : «Glade 1». Après avoir conçu l interface via «glade», un fichier xml est sauvegardé. Ce fichier xml sera utilisé par le plugin pour dessiner les différentes interfaces graphiques. Le modèle est géré dans gvle grâce à une ou plusieurs classe c++, et parmi celles-ci une classe permet de garder en mémoire l ensemble des informations du formalisme utilisé (Statechart pour le plugin de diagramme d état par exemple). Enfin, il n existe pas dans les plugin de gvle une classe contrôleur à proprement parler, celui-ci est en effet distribué dans les classes d interface graphique. Classe générique ModelingPlugin La classe «ModelingPlugin» est une classe abstraite permettant de créer un plugin pour gvle. Elle définit un socle de méthodes virtuelles pures 2 qui permet à gvle d exécuter le plugin. Ces méthodes sont : create : Appelée dans le but de créer un nouveau modèle atomique ; modify : Appelée dans le but d éditer un modèle atomique existant ; start : Permet de lancer les interfaces graphiques. Génération du code C++ Les plugins utilisent un «template» afin de générer le code C++ correspondant à un modèle. Ce «template» contient la structure commune à toutes les classes C++ générées par le plugin. Le «template» est composé de plusieurs parties, la première est la ligne des «tags» (voir figure 2.9). Cette ligne permet de sauvegarder des informations essentielles pour l édition du modèle, elle permet par exemple de sauvegarder le nom de la classe, les positions et caractéristiques des éléments graphiques du plugin (largeur, hauteur, position pour un état d un diagramme d état par exemple). La ligne des «tags» est chargée automatiquement à chaque édition d un modèle existant, et est sauvegardée lorsque tous les changements faits par l utilisateur sont :nomespace ;class :classe ; ;c :comp1,275,151,71,25 Figure 2.9 Ligne des tags pour le plugin Forrester contenant le nom du package du plugin, le nom d espace, le nom de la classe générée, et un compartiment avec sa position et ses dimensions. 1. http ://glade.gnome.org/ 2. à redéfinir obligatoirement dans les classes dérivées 17

21 3 Présentation et état initial du projet de stage Sommaire 3.1 Présentation du sujet de stage Diagramme de Forrester Présentation Éléments d un diagramme de Forrester Exemple Objectifs visés par le stage État initial du projet Présentation du sujet de stage Le sujet du stage concernait la conception et la réalisation d une interface graphique pour l implémentation de modèles à compartiments dans la plateforme RECORD (voir annexe II). Il s agissait donc de développer un plugin pour gvle qui implémentait les diagrammes de Forrester, un formalisme particulier permettant de représenter graphiquement des équations différentielles. Cette implémentation devait être effectuée en c++, avec le support des bibliothèques graphiques gtkmm et cairo, ainsi que de la bibliothèque boost. Le stage devait se dérouler sous un mode de développement agile, c est à dire avec un développement de type itératif, chaque itération ayant ses étapes de conception, de développement, de test et de documentation. Le projet de stage était très fortement ancré dans le monde du logiciel libre, puisque d une part vle est un logiciel sous licence gnu gpl 1 mais aussi car le processus de développement utilise de nombreux logiciels libres, citons par exemple : le système d exploitation des postes de travail : ubuntu, qui est un système linux libre et gratuit ; l utilisation de git, logiciel de gestion de version très répandu dans les projets libres ; gtkmm et cairo, qui sont des bibliothèques libres et gratuites sous licence lgpl ; la bibliothèque boost qui est également libre et gratuite. 3.2 Diagramme de Forrester Présentation Les diagrammes de Forrester 2 permettent de représenter graphiquement des modèles à base d équations différentielles, ce qui facilite la compréhension de systèmes complexes grâce à une approche visuelle. De façon plus concrète, ces diagrammes font apparaître la façon dont des éléments affectent des flux et par quelles relations ces éléments sont reliés. Ainsi, il est possible par exemple de modéliser dans le cadre d un diagramme de Forrester, un modèle représentant les naissances et les décès de prédateurs et de proies. De manière générale, les diagrammes de Forrester sont utilisés pour étudier comment des écosystèmes fonctionnent. Les diagrammes de Forrester sont composés de différents éléments que nous allons détailler (figure 3.1), puis nous illustrerons ces diagrammes avec un exemple. 1. Cette licence permet à tout utilisateur d exécuter le logiciel pour n importe quel usage, d étudier son fonctionnement et de l adapter à ses besoin en modifiant le code source fourni par le développeur, de redistribuer des copies, de diffuser les versions modifiées à la communauté. 2. Jay Wright Forrester, né en 1918, il est un pionnier américain en informatique et un théoricien des systèmes. 18

22 3.Présentation et état initial du projet de stage Éléments d un diagramme de Forrester Nom Niveau ou compartiment Représentation graphique Description Représente une accumulation de flux : une variable d état Flux Canal matériel Canal d information Variation d un niveau, il représente un changement de l état du système Canal de transmission d une grandeur physique qui se conserve Canal de transmission d une certaine information qu il n est pas nécessaire de conserver Nuage Représente une source ou un puit, il correspond à un niveau inépuisable ou insaturable Variable auxiliaire Constante Variable exogène Une quantité d une certaine signification du monde physique dans le monde réel et avec un temps de réponse instantané Un élément du modèle qui ne change pas de valeur Variable dont l évolution est indépendante de celle du système, elle représente une influence de l environnement sur le système. Retard Un élément qui simule des retards dans la transmission de l information ou du matériel Figure 3.1 Les différents éléments d un diagramme de Forrester 19

23 3.Présentation et état initial du projet de stage Exemple Figure 3.2 Diagramme de Forrester représentant les équations de Lotka-Volterra Le diagramme de Forrester suivant représente les équations de Lotka-Volterra qui constituent un modèle proiesprédateurs. Nous pouvons observer différents éléments dans ce diagramme : d une part les compartiments qui désignent les variables d état (X pour les proies et Y pour les prédateurs) ; d autre part les flux qui sont soit en entrée des compartiments, ou bien en sortie ; les paramètres (a, b, c, d) ; et enfin les dépendances qui sont représentées par les flèches pointillées entre les compartiments et les flux. Les équations correspondantes à ce diagramme sont : { X (t) = ax(t) bx(t)y (t) Y (t) = cy (t) + dx(t)y (t) On peut observer qu un flux entrant sur le compartiment apporte de la «matière» à ce compartiment, ce qui correspond à une valeur positive dans l équation (ax(t) ou bien dx(t)y(t)). À l inverse un flux sortant d un compartiment enlèvera de la «matière» de celui ci, ce qui correspond à une valeur négative dans l équation (bx(t)y(t) ou cy(t)). Les flèches pointillées permettent de faire apparaître les ressources utilisées par les flux : les paramètres (a, b, c, d) et les variables d état X et Y. 3.3 Objectifs visés par le stage Le but principal du projet était, avant tout, d initier le développement du plugin afin que d autres développeurs puissent le poursuivre (la durée d un stage n étant pas suffisante). Les objectifs précis du projet furent fixés durant les premières semaines du stage. Le travail a été subdivisé en taches permettant à chaque étape d obtenir une version fonctionnelle du plugin. Le but final du projet était d obtenir une version du plugin permettant l ajout et la modification d un modèle basé sur le formalisme de Forrester. Ce modèle devait être simulable et pouvoir varier en fonction du temps (modèle non constant). Afin de répondre à ces objectifs, les spécificités fonctionnelles et techniques suivantes devaient être réalisées : la gestion de la zone graphique : dessin des éléments, gestion des événements souris, rafraîchissement, la gestion de la persistance de la zone graphique (sauvegarde et rechargement des données graphiques, comme par exemple la taille d un compartiment ou sa position), la gestion des données du modèle (caractéristiques des compartiments et des flux, schéma d intégration), 20

24 3.Présentation et état initial du projet de stage l ajout, la suppression et la modification de compartiments et de flux, l édition des «includes» personnalisés de l utilisateur, la configuration du fichier vpz pour permettre la simulation. Des objectifs secondaires ont également été formulés comme la nécessité d utiliser un style particulier pour le texte du code source du plugin (voir partie 4.2.3), ou bien le fait de documenter le code source avec des commandes doxygen. 3.4 État initial du projet Avant de débuter la conception et le développement du plugin, l équipe de vle avait déjà implémenté quelques fonctionnalités qui permirent de concentrer les efforts sur la partie graphique du plugin. D une part la classe générique «DifferentialEquation» héritant de «vle::devs::dynamics» avait déjà été développée. Cette classe est utilisée comme classe parente des classes c++ générées par le plugin, et permet d effectuer les calculs nécessaires lors des simulations. Par ailleurs, d autres plugins utilisant une zone de dessin avaient été créés, notamment le plugin implémentant les diagrammes d état (statechart), ce qui permis de s en servir de source d inspiration au début du stage, et de faciliter grandement la conception et le développement. 21

25 4 Réalisation du stage Sommaire 4.1 Moyens à disposition Moyens et méthodologies mis en œuvre Développement Agile Git et le processus d intégration Coding style Documentation doxygen Détail du travail effectué Commit effectués Code généré par le plugin Moyens à disposition Afin de nous aider dans la réalisation de ce stage, l inra et l unité bia a mis à notre disposition un certain nombre d outils matériels ou virtuels. Tout d abord, le poste de travail que nous avions à notre disposition était sous un système d exploitation linux : Ubuntu. La version de ce système utilisé à l unité BIA était légèrement modifiée par rapport la version d origine car le compte utilisateur était stocké sur un serveur, à la manière du cloud computing, ce qui permettait de se connecter à sa session à partir de n importe quel ordinateur de l unité. Le fait de travailler sous un système linux a également grandement facilité le développement du projet, d une part à cause des technologies utilisées par vle comme gtkmm, cmake, boost qui sont facilement installable et utilisable sous ce système, et d autre part car le terminal (console) et les scripts shell permettent d effectuer très rapidement des opérations répétitives comme la compilation du projet, ou l utilisation de git. Par ailleurs, l inra a mis à notre disposition une adresse , que nous pouvions utiliser pour communiquer avec les autres développeurs, ainsi qu un intranet pour se tenir informer de la vie de l unité, et de signaler les éventuels retards ou empêchements. Enfin, nous avions accès à un chat irc nous permettant de poser nos éventuelles questions aux autres développeurs de vle. 4.2 Moyens et méthodologies mis en œuvre Développement Agile Pour mener ce projet à bien, nous avons mis en place un cycle de développement s inspirant des méthodes AGILE. Nous effectuions des réunions régulières afin de définir les fonctionnalités à implémenter. En outre, nous devions effectuer un développement itératif, chaque itération possédait ses objectifs et devait aboutir à une version stable du plugin. Enfin, nous utilisions un site internet : mulcyber, qui permettait de spécifier un certain nombre de taches qui correspondant chacune à une itération Git et le processus d intégration vle est un logiciel développé en mode collaboratif, associant plusieurs développeurs. Afin de garantir un processus de développement rigoureux et durable, une organisation a plusieurs niveaux d intégration est en place. le système de gestion de version GIT autorise de nombreux mode d organisation. Dans ce chapitre nous allons introduire GIT, ainsi que l utilisation qui en fait dans le cadre de VLE Généralités git est un logiciel de gestion de version créé par Linus Torvalds 1 en Ce logiciel permet de conserver l historique des modifications apportées dans le développement d un logiciel. Il est ainsi plus aisé de savoir quel développeur a effectué une modification, quand il a effectué, et surtout en quoi consistait cette modification. 1. Créateur du noyau linux en

26 4.Réalisation du stage git est plus particulièrement un logiciel de gestion de version décentralisé, cette caractéristique apporte de nombreux avantages par rapport à d autres systèmes de gestion de version. En effet git permet de : travailler de manière désynchronisée par rapport aux autres membres du projet ; travailler en mode hors-ligne ; donner aux développeurs une plus grande liberté, puisque leurs modifications ne peuvent affecter que leurs dépôts Fonctionnement Afin de mieux expliquer comment git est utilisé dans le cadre du projet vle, il convient tout d abord de définir quelques concepts importants : Un dépôt est un espace où sont conservées toutes les modifications apportées au code source du logiciel. Un commit est une structure de donnée permettant de sauvegarder les informations concernant les changements qui ont été apportés dans le code source. En outre, un commit contient d autres informations importantes comme le nom du développeur, la date, l état du projet, ainsi qu un message permettant d éclaircir le but du commit. Une branche est une fonctionnalité permettant d avoir plusieurs versions de travail dans un même dépôt, sans que ces modifications entrent en conflits. Les branches permettent de séparer la version principale du programme, des versions de travail, elles permettent également de travailler sur plusieurs fonctionnalités de manière simultanée. git est un logiciel fonctionnant en ligne de commandes, en voici quelques-unes qui sont couramment utilisées pour récupérer ou enregistrer des modifications du code source. git clone adresse git branch nomdelabranche git checkout nomdelabranche git add fichier dossier git commit git push git fetch git rebase Effectue une copie locale d un dépôt existant. Créé une nouvelle branche dans le dépôt local. Fait changer de branche. Ajoute des fichiers ou dossiers pour le prochain commit. Enregistre dans le système de gestion de version toutes les modifications ajoutées au projet. Un message de commit est créé, dans lequel il faut indiquer les modifications apportées. Envoi les commit sur un dépôt distant. Met à jour le dépôt local avec une version d un dépôt distant. Cette mise à jour ne modifie pas l état actuel du dépôt. Permet de repositionner le dépôt dans un état différent, par exemple à un état plus récent après un git fetch. Figure 4.1 Tableau des commandes principales de git Dans le cadre du projet vle, et afin de rendre plus clair les messages de commit, ceux-ci doivent être écrit d une façon particulière (voir Figure 4.2). La première ligne du commit doit résumer les modifications apportées et ne doit pas dépasser 50 caractères. Après une ligne blanche, le reste du message de commit permet de détailler les modifications. GFS2 : Allow caching of rindex glock This patch allows caching of the rindex glock. We were previously setting the GL_NOCACHE bit when the glock was released. That forced the rindex inode to be invalidated, which caused us to reread rindex at the next access. However, it caused the glock to be unnecessarily bounced around the cluster. This patch allows the glock to remain cached, but it still causes the rindex to be reread once it has been written to by gfs2_grow. Figure 4.2 Exemple de message de commit Utilisation dans le processus d intégration L utilisation de git est omniprésente dans le développement de vle. Tout d abord, le code source de la dernière version stable est disponible grâce au dépôt public situé sur sourceforge http ://sourceforge.net/projects/vle 23

27 4.Réalisation du stage Au sein de l vle, les développeurs disposent de dépôts privés accessibles sur le site internet de vle 1, mais aussi d un dépôt local sur leur machine. Il existe une hiérarchie pyramidale au sein des développeurs de vle qui permet de faciliter l intégration des nouvelles modifications au sein du projet (voir Figure 4.3). Patrick Chabrier est en charge de l intégration des modifications apportées à l interface graphique GVLE. Gauthier Quesnel est le responsable scientifique et opérationnel de vle, il est chargé d effectuer l intégration des modifications apportées par les autres développeurs à la version stable de vle. Utilisation GIT durant le développement Il existe 2 versions du logiciel vle : une version stable, et une version de développement. Durant ce stage, le développement du plugin de modélisation s est effectué sur une version en développement, car de nombreuses modifications ont été apportées depuis la dernière version stable, et que la compatibilité du plugin entre ces 2 versions n aurait pas été possible. L utilisation de git pendant le stage s est déroulé en plusieurs étapes, et suit de près le processus d intégration : 1. copie d un dépôt d une version de développement de vle sur le dépôt local : git clone ; 2. récupération des nouveautés de l intégrateur : git fetch et git rebase ; 3. envoi des modifications sur le dépôt privé : git push ; 4. développement des nouvelles fonctionnalités ou corrections : git commit ; 5. envoi sur le dépôt privé des modifications : git push ; 6. contact par mail de l intégrateur, afin qu il teste les nouveautés ; 7. Refus ou acceptation des nouveautés par l intégrateur, retour à l étape http ://vle-project.org/git 24

28 4.Réalisation du stage SourceForge Dépot public Version stable Récupération des modifications des intégrateurs Intégrateur : Gauthier Quesnel vle-project.org Dépots publics Versions de développement Version intégration GVLE Intégrateur : Patrick Chabrier Dépôt développeur Dépot local Publication des modifications Mise à jour de la version locale du developpeur Version developpement Developpeur Développement (modifications) Figure 4.3 Étapes du processus d intégration 25

29 4.Réalisation du stage Coding style Afin de garantir une homogénéité du code source du projet vle, certaines règles de formatage on été mises en place pour le code source du projet : le coding style. Ces règles permettent une relecture aisée du code source, et concernent par exemple les indentations, les espaces, ou bien le nommage des éléments. Durant ce stage, nous avons du appliquer les règles suivantes : Ordre des éléments d une classe c++ 1 #ifndef THENAMESPACE_CLASS_HPP 2 #define THENAMESPACE_CLASS_HPP namespace thenamespace { 5 6 class Class : virtual, public, protected, private class1, class2 7 { 8 public: 9 typedefs variables... // Public attributes are rare. 11 functions protected: 14 typedefs variables functions private: 19 typedefs variables functions }; } // namespace thenamespace 25 #endif Figure 4.4 Coding style pour une classe Il existe un ordre spécifique afin de définir une classe. Les éléments de la classe doivent être placés selon leur visibilité, de la manière suivante : tout d abord les éléments publics, protégés, puis privés ; et dans ces domaines de visibilité, les premiers éléments doivent être les «typedef», les variables puis les fonctions. Cet ordre permet de voir rapidement les fonctionnalités de la classe. Toutes les classes et les fonctions doivent être rattachées à un «nom d espace» (namespace) afin d éviter d encombrer le nom d espace principal (std). En outre, un nom d espace doit obligatoirement correspondre à un dossier du projet. Règles de nommage Les noms d espace doivent être écrits en minuscule, de même que les dossiers auxquels ils correspondent par exemple : 1 namespace examples { namespace generator { }} Figure 4.5 Coding style pour un nom d espace La première lettre d une classe doit être une majuscule, et la première lettre d une fonction doit être écrite en minuscule. Enfin les attributs d une classe doivent commencer par un «m» minuscule. 26

30 4.Réalisation du stage Règles de mise en page Afin d obtenir un code source lisible, la largeur du document est fixée à 80 caractères. Pour les mêmes raisons, une fonction ne peut dépasser les 50 lignes. Enfin l indentation du texte est fixée à 4 caractères. Règles pour les accolades 1 int fonction(int x) 2 { 3 if (x == y) { } 6 7 do { } while (condition); if (x == y) { } else if (x > y) { } else { } switch (test.getx()) { 20 case 0: break; 23 case 1: 24 { } 27 default: } 30 } Figure 4.6 Coding style pour les accolades Les accolades doivent être placées selon la définition de Kernighan et Ritchie : une accolade se trouve sur l instruction de la ligne, sauf dans le cas d une fonction et du case Documentation doxygen Nous avons du mettre en œuvre durant ce stage une documentation doxygen. Cette documentation est placée sous forme de commentaires dans le code source du plugin au niveau des classes, des méthodes et des attributs. Elle permet de générer une documentation html contenant le détails de ces éléments, mais aussi des graphes d appels de fonctions et des outils de recherche permettant à un développeur étranger au projet de facilement trouver les éléments qui l intéresse. 4.3 Détail du travail effectué Commit effectués Afin de rendre compte de façon exhaustive du travail effectué, nous allons détailler et commenter le contenu de chaque commit du projet de stage. 27

31 4.Réalisation du stage Phase d initialisation commit b54d5f63ca1abb28e67929c832821d7efd66ffa8 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Thu Apr :07 : gvle/modeling : start the Forrester modeling plugin To start the implementation of the first version of Forrester modeling plugin, we have provided a minimal gui. This gui can generate a buildable c++ class which implements a differential equation. The include field is enabled and insert custom include lines in c++ code. - A minimal Plugin class is added, with a basic template. - A dialog class is added. - An include button and a source dialog are added. - A source code generator method is added. - Parse methods are added, to reload an existing generated class. - The Forrester.glade file is added. - Doxygen documentation fields are added. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.7 Commit de la phase d initialisation Ce premier commit a été effectué après la phase d initialisation des premières semaines du stage, le 19 avril. Il correspond à un niveau de fonctionnalité minimum, c est à dire à la génération d un modèle (génération du code c++ et gestion de la persistance des informations du plugin). Afin d accélérer le développement, une grande partie du code source a été repris d un plugin existant : fsa qui implémente des diagrammes d état. Les éléments implémentés par ce commit sont les suivants : une classe «plugin» permettant d interfacer le plugin avec gvle, ainsi que de générer le code c++ du modèle grâce à un template(voir annexe III), une fenêtre principale permettant de piloter le plugin (figure 4.10(a)), une fenêtre permettant d éditer les includes de la classe générée (figure 4.10(b)). (a) Fenêtre principale du plugin au commit du 19 avril (b) Fenêtre de personnalisation des includes Figure 4.8 Boites de dialogue crées lors du premier commit 28

32 4.Réalisation du stage Ajout de la zone de dessin et des classes de modèles commit ef7935d2f62b19fe a07b2be9f0350a4b5 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Thu Apr :29 : Add a Forrester drawing area and its management To create Forrester diagrams, we add a drawing area and its management in the project. To save all components of Forrester diagrams, we add a model class : "Forrester". We also add several gui classes to get informations about a Forrester compartment. Complete list of changes : - The drawing area in the Forrester dialog is added. - A model class to store informations about a Forrester diagram is added. - A model class to store informations about a Forrester compartment is added - The Drawing area management in source file generator is added. - A dialog to get the compartment name is added. - "select", "add", and "delete" actions for compartments are added. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.9 Commit d ajout de la zone de dessin et des classes de modèles Ce deuxième commit effectué le 29 avril a permis d ajouter la zone de dessin, ainsi que l implémentation des compartiments des diagrammes de Forrester. Une fois encore, une partie du code source a été repris du plugin fsa afin d accélérer le développement. Les fonctionnalités suivantes ont été ajoutées au plugin lors du commit : une zone graphique de dessin a été ajoutée, pour permettre l édition du diagramme ; des classes modèles ont été ajoutées afin de stocker les informations du diagramme et des compartiments ; la persistance de la zone graphique à été ajoutée, ce qui permet de recharger un diagramme en éditant le modèle ; une fenêtre d édition des compartiments a été ajoutée. (a) Fenêtre principale du plugin au commit du 19 avril (b) Fenêtre de saisie du nom d un compartiment Figure 4.10 Boites de dialogue crées ou modifiées lors du deuxième commit 29

33 4.Réalisation du stage Ajout du choix des schémas d intégration commit 1921bdd29da36f8068fc37fd3903f1470fca0b7b Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Mon May 7 12 :55 : Add the integration scheme management Adding the support of Euler, RK4 and RSS2 integration method in Forrester plugin. In the same time, we allow user to double click in the drawing area, so it is now possible to edit the name (and the timestep if the choosen integration method is RSS2) of a compartment. Complete list of changes : - Several windows to handle the name and the time step of a compartment are added. - The double click support in the drawing area is added. - The treatment of the conditions (saving and reloading) is added. - NewForresterDialog class is renamed NewCompartmentDialog. - The Forrester.glade file is cleaned. - The Timestep field is added in the model of compartments. - The CMakeLists file is updated. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.11 Commit d ajout des schémas d intégration Le troisième commit a été effectué le 7 mai. Les fonctionnalités implémentées permettent à l utilisateur de choisir son schéma d intégration (méthode de calcul lors des simulations). En fonction du schéma d intégration choisi, l utilisateur peut modifier grâce à une boite de dialogue un pas de temps global, ou bien un deltaq propre à chaque compartiment pour le mode d intégration QSS2. Ce dernier choix a entraîné des modifications dans la fenêtre d édition des compartiments, pour permettre la saisie de ce deltaq. (a) Fenêtre principale du plugin au commit du 7 mai (b) Fenêtre d édition d un compartiment (c) Fenêtre de saisie du pas de temps global Figure 4.12 Boites de dialogue crées ou modifiées lors du troisième commit 30

34 4.Réalisation du stage Ajout de la gestion des conditions expérimentales commit ea0edb72225fdb140e781a55dc34e894cfc3fb10 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Fri May :39 : Add experimental condition management We add the management of experimental conditions, so it s now possible to initialize each variables of the Forrester diagram. Complete list of changes : - A spin button in the dialog of the compartment is added. - The experimental conditions management (saving and reloading) is added. - Some g++ debug flags to the CMakeList are added. - Some constructors are fixed, the attributes were not initialized in the right order. - The settings of variables in the plugin template is added. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.13 Commit d ajout de la gestion des conditions expérimentales Ce commit datant du 11 mai ajoute l initialisation des compartiments avec une valeur initiale. Ces valeurs sont sauvegardées dans le fichier vpz de vle. Une nouvelle fois, la fenêtre d édition des compartiments a été modifiée afin de permettre la saisie de cette valeur. Ajout de la gestion des observations commit f bd386fd82881b04c4ad85bff40f3f23 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Mon May :56 : Add observable value support The implementation of observable values to the Forrester plugin is added. The generated classes can now be simulated (all variables have a constant value). Complete list of changes : - The implementation of observable values is added. - The name check of the compartment to test if the name is a numeric or not is fixed. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.14 Commit d ajout de la gestion des observations Les modifications incluent dans ce commit datant du 14 mai permirent, pour a première fois depuis le début du projet, d obtenir un modèle simulable avec vle. L implémentation des observables(flux de sortie lors de la simulation) était effectivement la dernière étape pour arriver à ce but. Par ailleurs, de légères modifications ont été apportées à la vérification du nom d un compartiment, afin que celui ci ne soit pas un chiffre, ce qui provoquait un bug lors de la compilation du modèle généré. 31

35 4.Réalisation du stage Mise à jour de la forme d un compartiment commit a68a751994c81edd1cee027dd8bd5f16ce7ac062 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Tue May :25 : Update the shape of the Forrester compartment The Forrester compartment has now a rectangular form. We did also improve the compartment focus, when we displace it or click on it. Complete list of changes : - The shape of compartments(background color have also changed) is updated. - The focus of the compartment is changed, selected compartment is now always visible. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.15 Commit de mise à jour de la forme d un compartiment Ce commit du 15 mai changea la forme des compartiments dans la zone graphique, qui était jusqu à présent de la même forme que les états du diagramme d état (plugin fsa). En outre, lors de la sélection d un compartiment, celui ci passe au premier plan, ce qui a changé la manière de dessiner la zone graphique (le compartiment sélectionné étant dessiné en dernier). Changements dans la gestion de la zone graphique commit e6d7edf56d8268d29bc56e9a4120f0e0a7086c31 Author : Remy Phelipot <Remy.Phelipot@toulouse.inra.fr> Date : Wed May :26 : Add a graphical item abstract class and flows To improve the creation of new graphical items, we add an abstract class called "GraphicalItem", and several sub-classes : "Compartment", "Flow", and "ForresterGI". The previous code has been adapted to this new model. Finaly, the user can now add a flow to the forrester diagram. Complete list of changes : - A new abstract class for graphical items is added. - Several inherited classes of this new abstract class are added. - The previous treatment of the drawing area to fit the new model is modified. - 2 new folders of the project (graphicalitems and dialogs) are added. - A new graphical item, the Flow is available. - A dialog and a class to modify the name of a Flow is available. - A new button in the main window to add a flow is added. Signed-off-by : Patrick Chabrier <patrick.chabrier@toulouse.inra.fr> Figure 4.16 Commit de changements dans la gestion de la zone graphique Ce commit effectué le 23 mai apporte de nombreux changements dans la gestion de la zone graphique et des différents traitements associés. La création d une classe abstraite pour les éléments graphiques fut un élément central des modifications, puisqu il permit d utiliser le polymorphisme afin de dessiner tous les éléments graphiques. En outre, le traitement de la sauvegarde des éléments a été également modifié via l utilisation du downcast (voir annexe VI), afin de déterminer à quelle classe appartient un élément. Par ailleurs, ce commit ajoute un nouvel élément à la zone de dessin : les flux qui permettent de faire varier le modèle dans le temps. 32

36 4.Réalisation du stage Figure 4.17 Fenêtre principale du plugin au commit du 23 mai 33

37 4.Réalisation du stage Code généré par le plugin 1 /** 2 dsqdsq.cpp 3 4 *... 5 Forrester@vle.extension.differentialEquation 400;c:c1,271,265,71,25 7 ;f:f1,35,306,72,20;@@end tag@@ 8 */ 9 10 #include <vle/extension/differentialequation/differentialequation.hpp> //@@begin:include@@ //@@end:include@@ 15 namespace vd = vle::devs; 16 namespace ve = vle::extension::differentialequation; 17 namespace vv = vle::value; namespace test3 { class Test : public ve::differentialequation 22 { 23 public: 24 Test( 25 const vd::dynamicsinit& init, 26 const vd::initeventlist& evts) 27 : ve::differentialequation(init, evts) 28 { 29 c1 = createvar("c1"); 30 } virtual void compute(const vd::time&) 33 { 34 grad(c1) = 0; 35 } virtual ~Test() 38 { } private: 41 Var c1; 42 }; } // namespace test DECLARE_DYNAMICS(test3::Test) Figure 4.18 Code généré par le plugin Le code généré par le plugin Forrester peut être divisé en 2 parties : les tags (commentaires en en-têtes du fichier) et la classe c++. Les tags permettent de sauvegarder les informations importantes du plugin, et sont rechargées à l édition d un modèle. On peut observer dans cet exemple : le nom de la classe générée «Test», le nom d espace «test3», la taille de la zone graphique « », la position et les dimensions des compartiments et des flux : «c :c1,271,265,71,25» et «f :f1,35,306,72,20». Dans la classe c++, on retrouve les compartiments, définis par des attributs Var et initialisés dans le constructeur de la classe. La méthode compute est utilisée lors de la simulation, et contient les équations différentielles du diagramme de Forrester. On peut remarquer que dans cet exemple, elles ne varient pas dans le temps (grad(c1) = 0), car les liens entre les flux et les compartiments n ont, à l heure actuelle, pas été implémentés (cet ajout sera 34

38 4.Réalisation du stage présent avant la fin du stage). La classe c++ est générée à partir d un template (voir annexe III). Ce fichier contient des balises, par exemple «for i in compartments» qui sont remplacées par des informations ciblées. À la fermeture du plugin, ce traitement de remplacement des balises est effectué, ce qui permet d obtenir une classe en langage c++, et qui est compilable par vle. 35

39 5 État final du projet Sommaire 5.1 Diagramme de classe Fonctionnalités effectivement implémentées Prolongements envisageables Diagramme de classe Figure 5.1 Diagramme de classes du projet en fin de stage Ce diagramme de classe représente une partie du travail que j ai pu effectuer lors de mon stage. Nous pouvons y voir la classe abstraite graphicalitem, qui permet de définir des éléments graphiques comme les compartiments et les flux. Cette classe regroupe un certain nombre de membres et de méthodes communs à tous ces éléments, citons par exemple : les coordonnées et les dimensions de l élément : membres x, y, width et height une méthode permettant de dessiner l élément sur la zone graphique : méthode draw une méthode permettant de savoir si l élément a été sélectionné par un clic de l utilisateur : méthode select La classe Forrester permet de sauvegarder l état du plugin. Elle contient un vecteur d élément graphique (de type GraphicalItem), le schéma d intégration choisi par l utilisateur, et des méthodes permettant d ajouter ou de supprimer des éléments graphiques du vecteur. 36

40 5.État final du projet La classe Plugin est la pièce centrale de l architecture logicielle. Elle est instanciée par gvle, et permet de recharger et sauvegarder les données, mais aussi de lancer l interface graphique. Cette classe possède également un template qui permet de générer le code c++ associé au diagramme. Le template est utilisé grâce à une bibliothèque propre à gvle, et est constitué de balises qui sont remplacées par les informations nécessaires lors de la fermeture du plugin. Après la génération, on obtient donc une classe c++ du modèle compilable. Enfin, la classe ForresterDrawingArea est une classe purement graphique qui permet de gérer la zone de dessin. Elle permet de dessiner tous les éléments constitutifs du diagramme, mais aussi de gérer les actions de l utilisateur, comme les différents clics souris. En nous plaçant du point de vue du modèle MVC, nous pouvons dire que les classes modèles sont représentées par les classes Forrester, ainsi que toutes les classes filles de GraphicalItem. Ces classes contiennent toutes les données du diagramme, et sont utilisées lors du rechargement et de la sauvegarde, mais aussi lors de l édition du diagramme. Les classes «vues» sont représentées par la classe ForresterDrawingArea, mais aussi les classes gérant les boites de dialogue comme CompartmentDialog et FlowDialog. 5.2 Fonctionnalités effectivement implémentées Au terme de ce projet de stage, la majorité des objectifs explicités dans la partie 3.3 ont été remplis. Le plugin de modélisation que j ai développé permet la gestion d une zone de dessin implémentant les diagrammes de Forrester, la configuration de l environnement vle/gvle (modification du fichier vpz), ainsi que la génération du code c++ du modèle associé au diagramme. Voici la liste exhaustive des fonctionnalités de la dernière version stable du projet de stage : l utilisateur a la possibilité de créer un diagramme de Forrester en ajoutant des compartiments et des flux à la zone de dessin ; l utilisateur peut choisir un schéma d intégration pour son modèle : euler, Rk4 et Qss2. En fonction du schéma d intégration choisi, il a la possibilité de choisir un pas de temps pour l intégration (méthode d intégration Euler et Rk4), ou bien un deltaq pour la méthode d intégration Qss2 ; l utilisateur peut intégrer directement dans le plugin des includes particuliers, ce qui lui permettra d utiliser d autres classes ou types dans son modèle. Le plugin génère le code c++ du modèle, et sauvegarde dans ce même fichier des informations lui permettant de recharger le modèle ; Le plugin configure le simulateur gvle (fichier vpz), ce qui permet de lancer la simulation sans configuration de l utilisateur La dernière version de développement du plugin (version instable), permet la connexion des compartiments et des flux grâce à des flèches. Les diagrammes de cette version pourront donc générer des modèles non constants, ce qui constituera une première version intéressante pour les utilisateurs de l inra. Cette version sera finalisée d ici la fin du stage, le 29 juin Prolongements envisageables Comme nous avons pu le voir dans la partie présentant les diagrammes de Forrester, ces diagrammes possèdent de nombreux éléments. À l heure actuelle, seuls les compartiments et les flux sont implémentés dans le plugin, il reste donc encore de nombreux autres éléments à ajouter pour que les modélisateurs puissent créer des diagrammes de Forrester complets. D autre part, des améliorations en terme d ergonomie sont encore possibles, par exemple en mettant en place un système de zoom afin d adapter la zone graphique à la convenance de l utilisateur, mais aussi en facilitant la visualisation des caractéristiques d un élément graphique grâce à une infobulle. Le stage ne permettant que de lancer le développement du plugin, il reste encore beaucoup de travail à effectuer sur ce projet. 37

41 Conclusion Le stage que j ai effectué à l inra de Toulouse m a beaucoup apporté. D une part il m a fait découvrir le domaine de la modélisation des systèmes dynamiques et le domaine de la recherche agronomique en général, que je ne connaissais pas jusqu à présent. D autre part il m a permis de m améliorer dans le langage c++ que j avais déjà commencé à pratiquer à l iut de Blagnac. Ce stage m a également beaucoup apporté au niveau des compétences en conception et développement d interface graphique et de dessin vectoriel, et m a permis de découvrir les bibliothèques Gtkmm et cairo. Travailler dans le monde du logiciel libre, de par les outils utilisés dans le développement (ubuntu et git par exemple) et la nature même du projet vle/gvle, a été une expérience enrichissante et m a motivé pour participer à d autre développement du monde libre. Par ailleurs, le domaine de la recherche que j ai côtoyé durant ce stage m a également beaucoup intéressé, et m a interpellé quant à la possibilité de travailler dans ce domaine dans le futur. Ainsi je pense continuer à me tenir informé concernant les opportunités d effectuer une thèse ou bien de travailler dans ce domaine : la recherche fondamentale restant encore un domaine abstrait pour moi, je souhaiterai participer aux développements d applications en relation avec le monde de la recherche. Enfin, le fait de passer d un contexte scolaire à un contexte professionnel m a permis de progresser, de par les responsabilités j ai pu prendre lors du stage, mais aussi grâce au travail en équipe et aux relations de travail que j ai pu établir. En conclusion, ce stage de fin d études de dut informatique a été très enrichissant, tant sur le plan personnel que professionnel, et m a conforté dans mon projet professionnel : devenir ingénieur en informatique, afin d acquérir les compétences scientifiques et techniques nécessaire à ce genre de projet. 38

42 Sources documentaires Sites internet inra (en ligne). inra, 2009, mis à jour le 7 juin 2012 (consulté le 8 juin 2012). Disponible sur : vle (en ligne). vle, 2012, mis à jour le 21 mai 2012 (consulté le 8 juin 2012). Disponible sur : record (en ligne). inra, 2012, mis à jour le 4 juin 2012 (consulté le 8 juin 2012). Disponible sur : Site des développeurs Gnome (en ligne). The GNOME Project, (consulté le 24 mai 2012). Disponible sur : Site officiel de Cairo (en ligne)(consulté le 24 mai 2012). Disponible sur : Articles encyclopédique Wikipédia, l encyclopédie libre (en ligne). Fondation Wikimedia, (consulté le 8 juin 2012). Jay Wright Forrester. Disponible sur : Wikipédia, l encyclopédie libre (en ligne). Fondation Wikimedia, (consulté le 31 mai 2012). DEVS. Disponible sur : 39

43 Annexes Tables des annexes I Organigramme de l unité Bia en janvier II Offre de stage III Exemple de template du projet IV Méthode create de la classe Plugin V Méthode modify de la classe Plugin VI Méthode generatesource de la classe Plugin

44 I Organigramme de l unité Bia en janvier

45 II Offre de stage Sujet de stage informatique 2012 Conception et réalisation d une interface graphique pour l implémentation de modèles à compartiments dans la plateforme RECORD Lieu : Unité de recherche INRA de Biométrie et Intelligence Artificielle (UR875 BIA) Chemin de Borde-Rouge-Auzeville BP F Castanet-Tolosan cedex, France Contacts : Patrick Chabrier patrick.chabrier@toulouse.inra.fr (INRA Toulouse, UR875 BIA, F Castanet-Tolosan, France) Olivier Martin Olivier.Martin@agroparistech.fr (INRA AgroParisTech, UMR791 MoSAR, F Paris, France) Hélène Raynal Helene.Raynal@toulouse.inra.fr (INRA Toulouse, UR875 BIA, F Castanet-Tolosan, France) Contexte Le travail proposé se situe dans le cadre du projet RECORD 1 dont l objectif est de développer une plate-forme informatique de modélisation et de simulation pour l aide à la conception et à l évaluation des systèmes de production. Cette plate-forme vise à devenir un outil commun qui facilite le développement, le partage et la réutilisation des modèles à l INRA 2. La plateforme RECORD est construite sur la base du logiciel libre VLE 3 qui constitue un environnement informatique de multi-modélisation et de simulation reposant sur le formalisme de bas niveau DEVS 4. Son utilisation se fait à travers l interface graphique GVLE. Dans l optique d ouvrir l utilisation de la plateforme à une nouvelle communauté d utilisateur, une voie d amélioration concernant l utilisation de la plateforme pour la construction de modèles de systèmes dynamiques reposant sur des équations différentielles ou modèles dits à compartiments a été identifiée. Objectif du stage Développement d une nouvelle extension de l interface graphique GVLE permettant d éditer un diagramme de type Forrester 5 et de générer une classe C++ dérivant de celle des équations différentielles disponible au sein de VLE. Analyse et spécification des fonctionnalités de modélisation graphique en utilisant le logiciel ModelMaker 6. Étude de l existant et définition d une stratégie de réutilisation. Conception et programmation de l interface graphique. Les développements seront effectués dans le cadre d un processus de développement logiciel agile et OpenSource préétabli, en utilisant à la fois des outils de génie logiciel (GIT, SourceForge) et des bibliothèques standards (Boost, Glade, gtkmm). Compétences demandées & profil Langage de programmation C++, Modélisation conceptuelle, Méthodes du génie logiciel. Goût pour le développement logiciel et en particulier des interfaces graphiques. Intérêt concernant le domaine de la modélisation et la simulation des systèmes dynamiques. Le candidat devra justifier d un niveau équivalent Master I en informatique. Le travail donne droit à une indemnité de stage de 400e/mois. 1. Rénovation et CooRDination de la modélisation de cultures pour la gestion des agro écosystèmes,http ://www4.inra.fr/record 2. Institut national de la recherche agronomique, http :// 3. Virtual Laboratory Environment, http :// 4. Discrete EVent Specification, Zeigler, B.P., Theory of Modeling and Simulation. Wiley Interscience. 5. Forrester, J.W., Principles of Systems. MIT Press. 6. Citra, M. J. (1997). Modelmaker 3.0 for Windows. Journal of Chemical Information and Modeling, 37(6),