ОНТОЛИС: адаптируемый визуальный редактор онтологий

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Математика. Механика. Информатика
2013
Вып. 3(22)
УДК 004.89:004.4
ОНТОЛИС: адаптируемый визуальный
редактор онтологий
С. И.Чуприна, Д. В. Зиненко
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
chuprinas@inbox.ru; (342) 239-65-94, 239-67-72
me@bobrnor.com
Описан адаптируемый визуальный редактор онтологий ОНТОЛИС, который является многоплатформенным программным средством для создания и редактирования онтологий.
Данный редактор реализует оригинальный алгоритм адаптации визуального редактора к
формату описания онтологий, позволяя тем самым настраивать визуальную среду редактирования на работу с онтологиями, представленными как в стандартном формате (OWL,
RDF), так и в нотации пользователя. Программа позволяет унифицированным образом
настраиваться на представление расширяемого набора поддерживаемых типов связей и на
способ визуализации сущностей (фигуры определенного типа, цвета и т.п.) за счет использования метаданных. Бизнес-логика, связанная с интерпретацией онтологических знаний,
полностью отделена от редактора онтологий.
Ключевые слова: онтология, адаптируемый визуальный редактор онтологий; RDF; OWL,
когнитивные карты.
Введение

В настоящее время для создания и поддержки онтологий существует целый ряд инструментов, которые помимо общих функций
редактирования и просмотра выполняют поддержку документирования онтологий, импорт
и экспорт онтологий различных форматов,
поддержку графического редактирования,
управление библиотеками онтологий и т.д.
Среди них всем известный редактор Protégé,
специализированный OntoSaurus, набирающий популярность OilEd и др. (см., например,
не потерявший своей актуальности обзор [3]).
Однако, несмотря на большое разнообразие графических редакторов для работы с
онтологиями и богатый набор поддерживаемых форматов представления онтологических
знаний, до сих пор не существует широкораспространнённых и в тоже время доступных
визуальных редакторов онтологий, легко

© Чуприна С. И., Зиненко Д. В., 2013
адаптируемых как к различным форматам
представления онтологий, так и к способам их
визуализации. Расширенные возможности по
работе с различными форматами представления онтологий позволили бы упростить использование редактора в проектах, где применяются свои пользовательские форматы или
некоторые расширения стандартных, ведь,
например, даже при небольших изменениях в
нотации стандарта формата OWL использование редактора Protégé становится практически
невозможным. Кроме того, не существует
распространённых решений, позволяющих
адаптировать способы визуального представления онтологических знаний к индивидуальным предпочтениям пользователей, а также
предоставляющих возможность унифицированным образом привязывать к графическим
элементам некоторую дополнительную информацию на основе метаданных.
Наличие вышеперечисленных возможностей позволяет также расширить область
применения графических редакторов онтологий в контексте задач, связанных с визуализа-
106
ОНТОЛИС: адаптируемый визуальный редактор онтологий
цией концептуальных графов. В частности,
становится возможным адаптировать редактор онтологий к представлению так называемых "наивных" карт в задачах лингвосемиотического моделирования обыденной географической картины мира [1].
Описанный в данной работе адаптируемый визуальный редактор онтологий ОНТОЛИС [4] предоставляет гибкие возможности
по расширению стандартного набора поддерживаемых форматов онтологий, по настройке
способов их графического представления
(цвет текста, фона, вид графического примитива и т. п.), а также позволяет описывать необходимые метаданные в привязке к графическим элементам.
1. Описание предлагаемого подхода
Основной задачей при разработке ОНТОЛИС являлось достижение максимального
уровня адаптируемости, что подразумевает
разработку механизмов, предоставляющих
пользователю возможность описывать правила работы с тем или иным форматом представления онтологий, будь то расширение некоторого стандарта или же оригинальный
пользовательский
формат.
Кроме того, необходимо было предоставить
возможность настройки графических средств
и правил визуализиции онтологических знаний с учетом индивидуальных предпочтений
пользователей.
Поставленная задача была решена благодаря разработанной на базе онтологий архитектуре визуального редактора (см. рис. 1),
где унифицированным образом подключаются и используются соответствующие внешние
ресурсы (внешние модули импорта/экспорта)
для адаптации как к различным форматам
представления
онтологий
(стандартным,
пользовательским), так и к различным способам их визуализации. Графический редактор
может использовать любые определённым
образом описанные пользователем графические примитивы и изображения для визуализации соответствующих элементов онтологий.
Не имея встроенных возможностей интерпретации визуальных объектов, ОНТОЛИС, благодаря использованию таких внешних ресурсов для описания специфичной логики работы с онтологиями как внешние модули трансформации, позволяет тем не менее
выполнять соответствующие операции над
представлением знаний непосредственно из
среды визуального редактора без необходимости их экспорта во внешние форматы.
Рис. 1. Архитектура адаптируемого визуального редактора онтологий ОНТОЛИС
107
С. И.Чуприна, Д. В. Зиненко
2. Адаптация к форматам
представления онтологий
Рассмотрим механизм, обеспечивающий адаптируемость к различным форматам
представления онтологий.
Во-первых, еще раз отметим тот факт,
что программная система ОНТОЛИС является
исключительно визуальным редактором онтологий и не имеет никаких встроенных возможностей по интерпретации онтологических
знаний. Это позволяет в значительной степени упростить процедуру адаптации визуального редактора к новым форматам представления онтологий.
Во-вторых, для представления онтологий нами разработан оригинальный формат.olz, который позволяет описывать и эффективно использовать на внутреннем уровне
системы все необходимые редактору метаданные о визуализируемых элементах онтологии, включая то, из каких элементов состоит
онтология и как эти элементы необходимо
визуализировать. Данный формат предназначен исключительно для адекватного хранения
данных об онтологии и способах её визуализации и также не используется редактором
для интерпретации содержания онтологических знаний. Он прост в освоении и не требует изучения дополнительной литературы.
В-третьих, разработанная архитектура
редактора ОНТОЛИС (см. рис. 1) подразумевает использование внешних модулей для задач импорта/экспорта между внешними форматами представления онтологий и внутренним форматом .olz. Данный подход позволяет
вынести на внешний уровень всю логику работы с форматами онтологий и автоматизировать процесс адаптации к тому или иному
внешнему формату на базе описания правил
преобразования этих форматов в формат .olz и
обратно.
Благодаря примитивности формата .olz
стало возможно максимальное упрощение
адаптации к другим форматам. Более того,
наш подход позволяет использовать редактор
ОНТОЛИС не только для графического представления и редактирования онтологий, но и
других графических данных представленных
в различных форматах, к примеру, в формате
SVG, а также любых текстовых данных с разметкой.
Для демонстрации возможностей подхода был реализован внешний модуль работы
с некоторым расширением стандартного формата OWL, который не поддерживается имеющимися в открытом доступе редакторами
онтологий, в том числе, Protégé. Визуальный
редактор ОНТОЛИС был легко адаптирован
под измененный формат, что доказывает жизнеспособность предлагаемого подхода.
3. Адаптируемость к способу
визуального представления онтологий
Большинство существующих графических редакторов для визуализации онтологий
используют:
• списки,
• деревья,
• графы.
Данного набора достаточно для решения стереотипных задач, более того, эти способы представления для онтологий являются
наиболее естественными. Тем не менее, как
показывает опыт, зачастую имеется потребность в более специализированном представлении тех или иных знаний онтологического
характера. Так, онтологию знаний о структурных составляющих тех или иных объектов,
а также их комбинаций, нагляднее представлять непосредственно в виде соответствующих изображений этих структур.
Потребность в специфическом графическом представлении возникает также и в случае создания и редактировании так называемых когнитивных карт, в частности, "наивных" карт, совмещающих в своем представлении графическую и вербальную знаковые
системы [1]. Графический код в таких картах
передается объектами (топономами) и границами; протяженностью объектов; расположением в пространстве относительно друг друга;
размером объектов и др., что позволяет
наглядно представлять трудновербализируемую информацию (см. рис. 2).
"Наивная" карта фактически является
рисунком, на котором в зависимости от контекста может быть изображено практически
все что угодно. При этом для последующей
(вне рамок визуального редактора) автоматизированной или "ручной" интерпретации
«наивных» карт значимыми являются все указанные выше графические и вербальные знаки
(детали изображения, их относительное взаиморасположение и связь составных частей,
подписи к ним, а также размер, цвет и т.п.).
108
С. И.Чуприна, Д. В. Зиненко
Рис. 2. Пример "наивной" карты [1]
Решить задачу представления онтологических знаний в виде подобных карт в доступных в настоящее время визуальных редакторах онтологий не представляется возможным.
Рассмотрим механизмы, поддерживаемые визуальным редактором ОНТОЛИС, позволяющие осуществлять адаптацию редактора
к специфическим потребностям визуального
представления онтологий и автоматически
сохранять необходимую метаинформацию о
визуальных элементах изображения для целей
их последующей интерпретации.
Как было отмечено ранее, для представления данных об онтологии был разработан
собственный формат .olz, который, помимо
прочего, позволяет хранить метаданные о том,
каким образом визуализировать тот или иной
элемент онтологии. Реализовано это с помощью механизма специальных атрибутов (Сатрибутов).
С-атрибуты – это метаданные об онтологии в целом или отдельных ее элементах,
которые специально предназначены для хранения разнообразных данных об элементах
графического представления, начиная от цвета фона элемента и заканчивая метаинформацией, необходимой для последующей интерпретации онтологических знаний. Например,
можно настроить редактор таким образом,
чтобы понятия вместо традиционных прямоугольников с соответствующим именем понятия изображались овалами с необходимым
цветом фона, контура и текста, или вместо
имени понятия использовалась соответствующая графическая пиктограмма и т.п.
Механизм С-атрибутов позволяет осуществлять настройку редактора на соответствующие способы графического представления понятий и связей между ними, а также,
при необходимости, обеспечивает возможность расширения автоматически поддерживаемых графических представлений для определенных классов объектов и поддерживаемых парадигматических типов связей ("классподкласс", "род-вид", "часть-целое" и др.).
Кроме того, этот механизм позволяет настраивать редактор на различные способы визуального представления взаимосвязей между
понятиями (или любыми графическими объектами).
Связи могут быть представлены соответствующими типами линий: фрагментами
ломаной, пунктирными линиями и др. с подписями или без таковых. Имеется также возможность при построении описания онтологии в формате .olz вместо явного указания
связей использовать указание размеров изоб-
109
ражений и их относительного взаиморасположения, что, в частности, и позволяет на основе онтологических данных строить "наивные" карты в среде редактора ОНТОЛИС.
Заключение
В данной статье описан разработанный
авторами адаптируемый визуальный редактор
онтологий ОНТОЛИС. Рассмотрены подходы,
позволяющие осуществлять гибкую настройку редактора на работу с различными форматами представления онтологий, в том числе
пользовательскими.
Также представлены механизмы гибкой
адаптации редактора к специфике визуального представления онтологических знаний в
различных предметных областях (см. также
[2]). Приведены примеры, демонстрирующие
необходимость реализации на практике таких,
в известном смысле инновационных для графических редакторов возможностей, как
имеющиеся в ОНТОЛИС средства сохранения
метаданных когнитивного характера о соответствующих графических элементах изображений с возможностью их последующей интерпретации вне среды редактора.
Многоплатформенное
программное
средство ОНТОЛИС зарегистрировано в государственном Реестре программ для ЭВМ [4].
В настоящее время разрабатывается новая
версия этого визуального редактора ОНТОЛИС++ с более совершенным механизмом
адаптации и с более развитыми средствами
графического представления онтологий, ком-
мерциализация которого, на наш взгляд, способна расширить сферу применения и круг
пользователей графических редакторов онтологий.
Список литературы
1. Белоусов К.И., Зелянская Н.Л. Лингвосемиотическое моделирование обыденной географической картины мира // Вопросы когнитивной лингвистики. 2013. № 2 (035).
C. 73–85.
2. Зиненко Д.В. Автоматизация построения
приложений для мобильных платформ на
базе онтологий // V Междунар. студ. электронная науч. конф. "Студенческий научный форум". [Электронный ресурс]
URL:http://www.scienceforum.ru/2013/147/44
71 (дата обращения: 01.07.2013).
3. Овдей О.М., Проскудина Г.Ю. Обзор инструментов инженерии онтологий. [Электронный ресурс]
URL:http://www.elbib.ru/index.phtml?page=el
bib/rus/journal/2004/part4/op (дата обращения: 30.07.2013).
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№
2013615844. "ОНТОЛИС – адаптируемый
визуальный
редактор
онтологий"
/
Д.В.Зиненко, С.И.Чуприна; заявитель и
правообладатель ФГБОУ ВПО "Пермский
государственный национальный исследовательский университет". №20132613451; заявл. 29.04.2013; опубл. 20.06.2013.
Adaptable Visual Ontological Editor ONTOLIS
S. I. Chuprina, D. V. Zinenko
Perm State University, Russia, 614990, Perm, Bukireva st., 15
chuprinas@inbox.ru, (342) 239-65-94, 239-67-72
me@bobrnor.com
This article is devoted to the description of ONTOLIS, which is a multi-platform software tool for
visual creating and editing of ontologies in adaptable way. This editor implements the original algorithm to adapt the format of the visual editor to the specific of domain ontology. It is allows to
customize the visual editing environment to processing of ontologies presented in standard format
(OWL, RDF) as well as in the notation of the user. ONTOLIS is adaptable to the representation of
an extensible set of different types of entities' visualization features (a certain type of shape, color,
etc.) and relationships between the entities by means of metadata. Business logic associated with
the interpretation of ontological knowledge is completely separated from the ontology editor.
Key words: ontology, adaptable visual ontological editor; OWL; RDF, cognitive maps.