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2.3 圖型化程式語言環境案例
圖型化程式語言的工具，常針對科學家、設計師、藝術家、音樂家、兒童等 族群，被運用在科學運算、機器人控制、影像處理、聲音處理、甚至是3D 遊戲 與手機程式設計等領域。不需閱讀厚重的程式語言書籍，不用寫任何一行程式的 前提下完成工作，減少程式知識上的負擔。以下介紹10 款圖型化編寫工具的案 例：
圖 26 右側為 labView 的圖型化程式編寫空間，左側為使用者介面
LabVIEW 為 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的簡稱，
是由美國國家儀器公司所開發的圖形化程式編譯平台，軟體最初於1986 年在蘋 果電腦上發表。LabVIEW 早期是為了儀器自動控制所設計，至今轉變成為一種 逐漸成熟的高階程式語言。
20多年來，LabVIEW 已超過數百萬名的工程師與科學家使用，它可用來設 計圖形化程式，整合各種硬體測量設備，有助於快速設計開發，完整佈署量測與 控制應用。LabVIEW 主要有二種特點，它所使用的G程式語言是運用圖型式程 式模組相連結，可被直接編譯為 Machine code，讓電腦處理器執行之。G語言雖 然是以圖形化的方式替代文字，但仍具備大多數傳統程式語言的程式設計概念。
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舉例來說，G包含所有標準結構，有資料類型、迴圈、事件處理、變數、遞迴，
與物件導向程式設計等。
另一特點，即是可根據資料流的規則而執行，不同於 C 與 C++ 的大多數 文字架構程式設計語言，必須依序執行指令。如 G 的資料流程式語言，均可於 所有程式背景之後將資料推升為主要概念。程式節點之間的資料流，將決定執行 作業的順序，而非文字行列的順序所決定。
圖 27 G 程式語言簡單將兩輸入數值相加
而在校園中，大多數的程式設計語言，學生均需耗時了解特定語法，再對應 該語言的架構，才能解決問題。G 圖型化程式設計有更好的處理方法，以人的 直覺觀察並處理圖像，而不需耗時建置大量程式碼。
另外，LabVIEW也率先引入特別的虛擬儀表概念，使用者可透過虛擬人機 介面直接控制自行開發之儀器，LabVIEW也包含眾多函式庫，像是訊號擷取、
訊號分析、機器視覺、數值運算、邏輯運算、聲音震動分析、資料儲存...等。目 前也被廣泛的應用於工業自動化之領域上，受到系統開發及研究人員的喜愛。
(Labview,1986)
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圖 28 Max 的編寫環境，左半邊是編輯區，右半邊是可使用的物件
Max 圖型化程式設計軟體內，每個圖型化物件都包含了一段小程式，只保留 輸入與輸出的接口，讓使用者只需在乎輸入端與輸出端，不用了解物件處理邏輯 的過程，只要簡單地把物件放在畫布當中，用連接線把物件連結在一起，不用寫 任何程式碼，就能創造出互動軟體。電子音樂家們用 Max 做出自己獨特的聲響，
特殊的樂器，以及專屬的演出系統，現場視覺藝術家用 Max 做出能與聲音或其 他輸入互動的視覺特效，展場設計師則用 Max 做出豐富而有教育性的展出，來 吸引美術館的觀眾，互動媒體藝術家則結合不同科技，感應現場的變化，來挑戰 觀眾，或讓他們會心一笑。科學家與研究者則能利用 Max 的快速原型及相容性，
來發展實驗及記錄數據。電玩設計師與聲音設計師則用 Max 創造電玩音效，研 發客製化的開發工具，並測試新控制器的原型機。
圖 29 利用Max 與 Kinect 結合，做到肢體互動的表演
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在世界許多大學中都使用 Max。無論是電腦音樂，互動媒體與新媒體，聲音 設計等等不同科系，針對不同背景的學生，都能夠簡單上手。 Max 的圖型化程 式語言，降低初學者的學習門檻，能讓學生不對程式碼心生卻步，從而獲得駕馭 電腦運算的強大力量。（Zicarelli, 2003）
圖 30 利用 PureData 製造聲響且同時與影像互動
Pd ，全名為 Pure Data，是一種即時圖形化編寫程式環境，針對音頻、視頻 和圖形的處理。最初是由 Miller Puckette 所開發，同樣為 Max/msp 的作者，pd 原本只處理聲音的部份，而後很多創作者、程式設計師將它另外擴充了其他領域 的功能，像是專門處理圖形的GEM。因此 Pd 不僅可以處理聲音也可以處理影像。
比起過去的文字程式語言，像是C++，它能夠更快速的開發，塑造想法，並且更 容易讓初學者入手且了解。也因為他開放原碼的特性，讓他與Max/msp 相較起 來，介面更簡單，更有彈性支援到不同的平台上。在創作上，使用者可以透過 pd 做聲音合成、用聲響控制影像，做到現場聲音及影像的的表演，或是影像處 理，也可透過網路讓多台電腦同步、網頁互動，以及做到各種感測器的互動，互 動裝置、視訊的控制，或是控制機器人。(PureData, 2010)
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圖 31 Synthmaker 的編輯環境，圖型設計上利用很多實體物件
SynthMaker編寫方式與Max相似，是一個專注於聲音創作的工具，讓創作者 可透過許多圖型化儀器、效果控制器，在編輯空間中配置，相互串聯，創造自己 的聲響，而不用寫任何一行程式，就可即時聽到反應的效果。(SynthMaker,2007)
圖 32 利用 Lily 抓取xml 網頁的照片
Lily是一個基於網頁的圖型化程式語言，他利用資料、影像、文字之前的連 線來完成程式，不用寫任何文字的程式，操作起來與Max、PureData相似。Lily 由JavaScript撰寫，且開放原碼，只要在Firefox瀏覽器上安裝Lily的外掛，就可以 創造網頁的原型、產生圖型、動畫，或是播放音樂，連結網路上的其他電腦，在 網頁瀏覽器中。
Lily的每一個物件都被稱為external，每個external物件擁有單一的功能，像
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輸入以及輸出的連結，就可以完成很多互動。特別的是，總共有超過180種的 external物件，部分有使用到Twitter、Amazon、Flickr、Wikipedia、Yahoo的API，
也可透過Open Sound Control的訊息與Arduino開發板溝通。(Lily, 2012)
圖 33 Scratch 的動畫編輯環境
Scratch 是一款適合 8 歲以上兒童，作為學習程式設計的入門軟體，他可以 透過圖型化的設計，讓使用者輕鬆的規劃劇情、製作動畫、遊戲、音樂等，並且 上傳分享到網路平台上。每個圖型化物件如同拼圖一般，相互拼接堆疊，產生一 連串的程式邏輯，與Max 不同的是，他沒有線斷連接，由彼此緊密的物件由上 而下的先後排序，決定邏輯順序，至今已發展出多種版本。
開發團隊希望能用Scratch 來幫助 8 歲以上的兒童發展二十一世紀的學習技 能。使用者可以在學習過程中了解數學、電腦概念，同時也學到如做有創意的思 考、系統化的推理，以及與他人合作。(Resnick et al., 2009)
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圖 34 Modkit 可透過圖型化設計設定電子電路連接的腳位
Modkit 是一個圖型化編寫環境，他可以讓兒童、藝術家、發明家去創造電 子電路作品，控制像是馬達、感測器、LED 燈泡、到最流行的 Arduino 電路板。
創作者最初是受到Sratch 程式編輯環境的啟發，不同的是，他是針對硬體的控制，
簡單的透過拖拉虛擬程式的圖像、硬體腳位設定也將之圖像化，與Max 所有物 件都是方塊圖型不同，也不是利用線來連接彼此。Modkit 在程式連結的過程中，
仍然保留Arduino 程式語言的結構，利用像是拼圖的方式將每一塊物件給組合起 來，擁有函式概念的物件，也會將內部程式碼前後框住，最後呈現的圖型架構與 真實語言相同，還可以輸出真正的程式碼，對於學習Arduino 程式語言的使用者，
是一大幫助。(Millner & Baafi, 2011)
圖 35 利用Modkit 撰寫基本 LED 閃爍程式
創作者希望大家都可以利用程式以及工程來解決問題、表達他們自己、製造 一些娛樂、分享知識、最後增進他們的生活樂趣。目前提供給使用者網路版本，
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以及電腦軟體版本。
圖 36 Alice 3D 編輯環境
Alice 是針對程式初學者所設計的軟體，可透過圖型化程式語言簡單創造動 畫去講述一個故事、創造一個互動遊戲、或是一個可分享到網路上的影片，教學 目標是希望幫助第一次學習物件導向程式語言的學生入門。在Alice 環境當中，
3D 物件都可以透過圖型化物件的拖移來創造動作，且立即得看到程式編輯後的 反應，從動畫或是簡單的遊戲中學到程式語言的基本觀念。(Alice,2003)
圖 37 LEGO MINDESTORMS Education NXT Software 編輯環境
至今可以編寫NXT程式的軟體有很多，主要的圖形化編輯軟體有LEGO MINDESTORMS Education NXT Software、ROBOLAB、 Microsoft Robotic
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Developer Studio等等，這裡主要探討的是LEGO官方出的NXT Software。在圖型 化程式的編輯中，由一個主要軸線串起所有圖型化的物件，物件包含馬達、聲音、
螢幕為主要輸出硬體，加上邏輯物件，迴圈、等待、Switch，而邏輯物件又可選 擇，要從何感測器來做邏輯判斷。互動操作上，會將物件插入樂高接榫點來進入 邏輯順序中，回饋與真實世界相呼應，使用上雖然限制邏輯物件的排列方式，但 在物件數量多時，比起Max、PureData等軟體的連線式互動，畫面上會更加整齊，
比較容易觀看整體的邏輯。搭配圖案的物件，也比Modkit將程式語言變為拼圖的 方式，更貼近NXT的使用族群，10~14歲的兒童。讓使用者不像是在撰寫程式，
而是在接力拼圖一般。
NXT Software使用族群廣大，也造就背後的社群知識平台完備，美中不足 的是，造價昂貴，不是一般使用者都負擔得起。(Lego, 2003)
圖 38 App Inventor 的軟體開發流程
App Inventor 原是Google實驗室的一個子計畫，由一群Google工程師與使用 者共同參與。Google App Inventor是一個完全線上開發的Android程式環境，拋棄
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除此之外它也正式支援樂高NXT機器人，讓使用者透過App Inventor的簡易開發 方式，也可以使用藍牙來控制NXT機器人。對於想要用手機控制機器人的使用者 而言，剛開始也只需要使用基本元件例如按鈕、文字輸入輸出即可。App Inventor 於 2012年1月1日移交給麻省理工學院行動學習中心，並已於3月4日公佈使用。
除此之外它也正式支援樂高NXT機器人，讓使用者透過App Inventor的簡易開發 方式，也可以使用藍牙來控制NXT機器人。對於想要用手機控制機器人的使用者 而言，剛開始也只需要使用基本元件例如按鈕、文字輸入輸出即可。App Inventor 於 2012年1月1日移交給麻省理工學院行動學習中心，並已於3月4日公佈使用。