Sistemas biológicos podem ser representados por redes que armazenam não apenas informações de conectividade, mas também informações de características de seus nós. No contexto biomolecular, esses nós podem representar proteínas, metabólitos, entre outros tipos de moléculas. Cada molécula possui características anotadas e armazenadas em bases de dados como o Gene Ontology. A comparação visual dessas redes depende de ferramentas que permitam o usuário identificar diferenças e semelhanças entre as anotações feitas sobre as moléculas (atributos) e também sobre as interações conhecidas (conexões). Neste trabalho de mestrado, buscou-se desenvolver técnicas que facilitem a comparação desses atributos sobre as moléculas, tentando manter no processo a visualização das redes em que essas moléculas estão inseridas. Como resultado, obteve-se a ferramenta VisPipeline-MultiNetwork, que permite comparar até seis redes, utilizando operações de conjuntos sobre as redes e sobre seus atributos. Dessa forma, diferentemente da maioria das ferramentas conhecidas para a visualização de redes biológicas, o VisPipeline-MultiNetwork permite a criação de redes cujos atributos são derivados das redes originais por meio de operações de união, intersecção e valores exclusivos. A comparação visual das redes é feita pela visualização do resultado dessas operações de conjuntos sobre as redes, por meio de um método de comparação lado-a-lado. Já a comparação dos atributos armazenados nos nós das redes é feita por meio de diagramas de Venn. Para auxiliar este tipo de comparação, a técnica InteractiVenn foi desenvolvida, em que o usuário pode interagir com um diagrama de Venn efetuando operações de união entre conjuntos. Essas operações de união aplicadas sobre os conjuntos são também aplicadas sobre as respectivas formas no diagrama. Esta característica da técnica a diferencia das outras ferramentas de criação de diagramas de Venn. Integrando essas funcionalidades, o usuário é capaz de comparar redes sob diversas perspectivas. Para exemplificar a utilização do VisPipeline-MultiNetwork, dois casos no contexto biomolecular foram estudados. Adicionalmente, uma ferramenta web para a comparação de listas de cadeias de caracteres por meio de diagramas de Venn foi desenvolvida. Ela também implementa a técnica InteractiVenn e foi denominada InteractiVenn website. / Biological systems can be represented by networks that store not only connectivity information, but also node feature information. In the context of molecular biology, these nodes may represent proteins, metabolites, and other types of molecules. Each molecule has features annotated and stored in databases such as Gene Ontology. A visual comparison of networks requires tools that allow the user to identify differences and similarities between nodes attributes as well as known interactions between nodes (connections). In this dissertation, we sought to develop a technique that would facilitate the comparison of these biological networks, striving to maintain in the process the visualization of the network connectivities. As a result, we have developed the VisPipeline-MultiNetwork tool, which allows comparison of up to six networks, using sets of operations on networks and on their attributes. Unlike most known tools for visualizing biological networks, VisPipeline-MultiNetwork allows the creation of networks whose attributes are derived from the original networks through operations of union, intersection and unique values. A visual comparison of the networks is achieved by visualizing the outcome of such joint operations through a all-in-one comparison method. The comparison of nodes attributes is performed using Venn diagrams. To assist this type of comparison, the InteractiVenn technique was developed, in which the user can interact with a Venn diagram, performing union operations between sets and their corresponding diagrams. This diagram union feature differs from other tools available for creating Venn diagrams. With these tools, users manage to compare networks from different perspectives. To exemplify the use of VisPipeline-MultiNetwork, two case studies were carried out in the biomolecular context. Additionally, a web tool for comparing lists of strings by means of Venn diagrams was made available. It also implements the InteractiVenn technique and its site has been named InteractiVenn.

De nombreux documents concernant l'émergence, la propagation ou le suivi de maladies humaines et animales sont quotidiennement publiés sur le Web. Afin de prévenir l'expansion des maladies, les épidémiologistes doivent constamment rechercher ces documents et les étudier afin de détecter les foyers de propagation le plus tôt possible. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux deux activités liées à ce travail de veille afin de proposer des outils visuels permettant de faciliter/accélérer l'accès aux informations pertinentes. Nous nous focalisons sur les maladies animales, qui ont été moins étudiées et qui pourtant peuvent avoir de lourdes conséquences sur les activités humaines (maladies transmises d'animaux à humains, épidémies dans les élevages, ...).La première activité du veilleur consiste à collecter les documents issus du Web. Pour cela, nous proposons EpidVis, un outil visuel permettant aux épidémiologistes de regrouper et structurer les mots-clés nécessaires à leurs recherches, construire visuellement des requêtes complexes, les lancer sur différents moteurs de recherche et visualiser les résultats retournés. La seconde activité du veilleur consiste à explorer un grand nombre de documents concernant les maladies. Ces documents contiennent non seulement des informations telles que les noms des maladies, les symptômes associés, les espèces infectées, mais aussi des informations de type spatio-temporelles. Nous proposons EpidNews, un outil de visualisation analytique permettant d'explorer ces données en vue d'en extraire des informations. Les deux outils ont été réalisés dans le cadre d'une étroite collaboration avec des experts en épidémiologie. Ces derniers ont réalisé des études de cas pour montrer que les fonctionnalités des propositions étaient complètement adaptées et permettaient de pouvoir facilement extraire de la connaissance. / Many documents concerning emergence, spread or follow-up of human and animal diseases are published daily on the Web. In order to prevent the spread of disease, epidemiologists must frequently search for these documents and analyze them to detect outbreaks as early as possible. In this thesis, we are interested in the two activities related to this monitoring work in order to produce visual tools facilitating the access to relevant information. We focus on animal diseases, which have been less studied but can have serious consequences for human activities (diseases transmitted from animals to humans, epidemics in livestock ...).The first activity is to collect documents from the Web. For this, we propose EpidVis, a visual tool that allows epidemiologists to group and organize the keywords used for their research, visually build complex queries, launch them on different search engines and view the results returned. The second activity is to explore a large number of documents concerning diseases. These documents contain not only information such as disease names, associated symptoms, infected species, but also spatio-temporal information. We propose EpidNews, a visual analytics tool to explore this data for information extraction. Both tools were developed in close collaboration with experts in epidemiology. The latter carried out case studies to show that the functionalities of the proposals were completely adapted and made it possible to easily extract knowledge.

A Engenharia de Software evolui gradativamente para uma disciplina científica baseada em observação, formulação teórica e experimentação. Nesse contexto, estudos experimentais têm sido conduzidos para proporcionar evidências sobre a qualidade e a produtividade de técnicas, ferramentas e métodos de desenvolvimento de software. Porém, resultados obtidos a partir de pesquisas experimentais são úteis somente se os pesquisadores puderem consolidá-las em um contexto significativo de conhecimento. O projeto Readers: A Collaborative Research to Develop, Validate and Package Reading Techniques for Software Defect Detection aborda diversos aspectos envolvidos na construção de um corpo significativo de resultados a partir de experimentos controlados. Nesse contexto, sustenta-se que a aplicação de meios alternativos de análise e exploração de dados dos experimentos conduzidos pode colaborar para a evolução do Pacote de Laboratório, e como efeito colateral, contribuir com a formação do corpo de conhecimento almejado. Este projeto propõe mecanismos para integrar técnicas de visualização exploratória à análise de dados de experimentos controlados. Para isso, foram propostas adequações ao processo de experimentação, bem como um processo de visualização para Engenharia de Software Experimental ? V iDAESE. Para ilustrar o V iDAESE, ciclos de análises são apresentados, juntamente com as conclusões obtidas em cada um. As análises visuais apóiam o processo de consolidação de conhecimento a partir dos dados e a melhoria do Pacote de Laboratório. Adicionalmente, uma abordagem para simulação de dados experimentais foi proposta, permitindo explorar cenários que apóiem o planejamento de experimento. / A Engenharia de Software evolui gradativamente para uma disciplina científica baseada em observação, formulação teórica e experimentação. Nesse contexto, estudos experimentais têm sido conduzidos para proporcionar evidências sobre a qualidade e a produtividade de técnicas, ferramentas e métodos de desenvolvimento de software. Porém, resultados obtidos a partir de pesquisas experimentais são úteis somente se os pesquisadores puderem consolidá-las em um contexto significativo de conhecimento. O projeto Readers: A Collaborative Research to Develop, Validate and Package Reading Techniques for Software Defect Detection aborda diversos aspectos envolvidos na construção de um corpo significativo de resultados a partir de experimentos controlados. Nesse contexto, sustenta-se que a aplicação de meios alternativos de análise e exploração de dados dos experimentos conduzidos pode colaborar para a evolução do Pacote de Laboratório, e como efeito colateral, contribuir com a formação do corpo de conhecimento almejado. Este projeto propõe mecanismos para integrar técnicas de visualização exploratória à análise de dados de experimentos controlados. Para isso, foram propostas adequações ao processo de experimentação, bem como um processo de visualização para Engenharia de Software Experimental ? V iDAESE. Para ilustrar o V iDAESE, ciclos de análises são apresentados, juntamente com as conclusões obtidas em cada um. As análises visuais apóiam o processo de consolidação de conhecimento a partir dos dados e a melhoria do Pacote de Laboratório. Adicionalmente, uma abordagem para simulação de dados experimentais foi proposta, permitindo explorar cenários que apóiem o planejamento de experimento.

The continuously advent of new technologies have made a rich and growing type of information sources available to analyses and investigation. In this context, multidimensional data analysis is considerably important when dealing with such large and complex datasets. Among the possibilities when analyzing such kind of data, applying visualization techniques can help the user find and understand patters, trends and establish new goals. Some applications examples of visualization of multidimensional data analysis goes from image classification, semantic word clouds, cluster analysis of document collection to exploration of multimedia content. This thesis presents several visualization methods to interactively explore multidimensional datasets aimed from specialized to casual users, by making use of both static and dynamic representations created by multidimensional projections. Firstly, we present a multidimen- sional projection technique which faithfully preserves distance and can handle any type of high-dimensional data, demonstrating applications scenarios in both multimedia and text docu- ments collections. Next, we address the task of interpreting projections in 2D, by calculating neighborhood errors. Hereafter, we present a set of interactive visualizations that aim to help users with these tasks by revealing the quality of a projection in 3D, applied in different high dimensional scenarios. In the final part, we address two different approaches to get insight into multimedia data, in special soccer sport videos. While the first make use of multidimensional projections, the second uses efficient visual metaphor to help non-specialist users in browsing and getting insights in soccer matches. / O advento contínuo de novas tecnologias tem criado um tipo rico e crescente de fontes de informação disponíveis para análise e investigação. Neste contexto, a análise de dados multidi- mensional é consideravelmente importante quando se lida com grandes e complexos conjuntos de dados. Dentre as possibilidades ao analisar esses tipos de dados, a aplicação de técnicas de visualização pode auxiliar o usuário a encontrar e entender os padrões, tendências e estabelecer novas metas. Alguns exemplos de aplicações de visualização de análise de dados multidimen- sionais vão de classificação de imagens, nuvens semântica de palavras, e análise de grupos de coleção de documentos, à exploração de conteúdo multimídia. Esta tese apresenta vários métodos de visualização para explorar de forma interativa conjuntos de dados multidimensionais que visam de usuários especializados aos casuais, fazendo uso de ambas representações estáticas e dinâmicas criadas por projeções multidimensionais. Primeiramente, apresentamos uma técnica de projeção multidimensional que preserva fielmente distância e que pode lidar com qualquer tipo de dados com alta-dimensionalidade, demonstrando cenários de aplicações em ambos os casos de multimídia e coleções de documentos de texto. Em seguida, abordamos a tarefa de interpretar as projeções em 2D, calculando erros de vizinhança. Posteriormente, apresentamos um conjunto de visualizações interativas que visam ajudar os usuários com essas tarefas, revelando a qualidade de uma projeção em 3D, aplicadas em diferentes cenários de alta dimensionalidade. Na parte final, discutimos duas abordagens diferentes para obter percepções sobre dados multimídia, em particular vídeos de futebol. Enquanto a primeira abordagem utiliza projeções multidimensionais, a segunda faz uso de uma eficiente metáfora visual para auxiliar usuários não especialistas em navegar e obter conhecimento em partidas de futebol.

In this dissertation we apply sparse constraints to improve optical flow and trajectories. We apply sparsity in two ways. First, with 2-frame optical flow, we enforce a sparse representation of flow patches using a learned overcomplete dictionary. Second, we apply a low rank constraint to trajectories via robust coupling. We begin with a review of optical flow fundamentals. We discuss the commonly used flow estimation strategies and the advantages and shortcomings of each. We introduce the concepts associated with sparsity including dictionaries and low rank matrices. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Natural matte extraction is a difficult and generally unsolved problem. Generating a matte from a nonuniform background traditionally requires a tediously hand drawn matte. This thesis studies recent methods requiring the user to place only modest scribbles identifying the foreground and the background. This research demonstrates a new GPU-based implementation of the recently introduced Fuzzy- Matte algorithm. Interactive matte extraction was achieved on a CUDA enabled G80 graphics processor. Experimental results demonstrate improved performance over the previous CPU based version. In depth analysis of experimental data from the GPU and the CPU implementations are provided. The design challenges of porting a variant of Dijkstra's shortest distance algorithm to a parallel processor are considered. / by Joel Gibson. / Thesis (M.S.C.S.)--Florida Atlantic University, 2008. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 2008. Mode of access: World Wide Web.

Molecular dynamics is a computer simulation technique for expressing the ultimate details of individual particle motions and can be used in many fields, such as chemical physics, materials science, and the modeling of biomolecules. In this thesis, we study visualization and pattern mining in molecular dynamics simulation. The molecular data set has a large number of atoms in each frame and range of frames. The features of the data set include atom ID; frame number; position in x, y, and z plane; charge; and mass. The three main challenges of this thesis are to display a larger number of atoms and range of frames, to visualize this large data set in 3-dimension, and to cluster the abnormally shifting atoms that move with the same pace and direction in different frames. Focusing on these three challenges, there are three contributions of this thesis. First, we design an abnormal pattern mining and visualization framework for molecular dynamics simulation. The proposed framework can visualize the clusters of abnormal shifting atom groups in a three-dimensional space, and show their temporal relationships. Second, we propose a pattern mining method to detect abnormal atom groups which share similar movement and have large variance compared to the majority atoms. We propose a general molecular dynamics simulation tool, which can visualize a large number of atoms, including their movement and temporal relationships, to help domain experts study molecular dynamics simulation results. The main functions for this visualization and pattern mining tool include atom number, cluster visualization, search across different frames, multiple frame range search, frame range switch, and line demonstration for atom motions in different frames. Therefore, this visualization and pattern mining tool can be used in the field of chemical physics, materials science, and the modeling of biomolecules for the molecular dynamic simulation outcomes. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

This thesis will explore the vital importance of empathy on the part of graphic designers when creating information graphics. Today’s over-mediated public expects a rich user experience that is emotionally engaging, and multi-sensory by nature. To meet the public’s need, graphic designers must accept the cognitive responsibility to be empathetic to the viewers’ relationship to the information, and not just the surface issues of form, media, and content. / Includes bibliography. / Thesis (M.F.A.)--Florida Atlantic University, 2015 / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Os layouts gerados por técnicas de projeção multidimensional podem ser a base para diferentes metáforas de visualização que são aplicáveis a diversos tipos de dados. Existe muito interesse em investigar metáforas alternativas à comumente usada, nuvem de pontos usada para exibir layouts gerados por projeções multidimensionais. Neste trabalho, foi estudado este problema, com foco no domínio da visualização de músicas. Existem muitas dimensões envolvidas na percepção e manipulação de músicas e portanto é difícil encontrar um modelo computacional intuitivo para representá-las. Nosso objetivo neste trabalho foi investigar as representações visuais capazes de transmitir a estrutura de uma música, assim como exibir uma coleção de músicas de modo a ressaltar as similaridades. A solução proposta consiste em uma representação icônica de músicas individuais, que é associada ao posicionamento espacial dos grupos ou coleções de músicas gerado por uma técnica de projeção multidimensional que reflete suas similaridades estruturais. Tanto a projeção quanto o ícone requerem um vetor de características para representar a música. As características são extraídas a partir de arquivos MIDI, já que a própria natureza das descrições MIDI permite a identificação das estruturas musicais relevantes. Estas características proporcionam a entrada tanto para a comparação de dissimilaridades quanto para a construção do ícone da música. Os posicionamentos espaciais são obtidos usando a técnica de projeção multidimensional Least Square Projection (LSP), e as similaridades são calculadas usando a distância Dynamic Time Warping (DTW). O ícone fornece um resumo visual das repetições de acordes em uma música em particular. Nessa dissertação são descritos os processos de geração destas representações visuais, além de descrever um sistema que implementa esses recursos e ilustrar como eles podem apoiar algumas tarefas exploratórias das coleções de músicas, identificando possíveis cenários de uso / The layouts generated by multidimensional projection techniques can be the basis for different visualization metaphors that are applicable to various data types. There is much interest in investigating alternatives to the point cloud metaphor commonly used to present projection layouts. In this work, we investigated this problem, targeting the domain of music visualization. There are many dimensions involved in the perception and manipulation of music and therefore it is difficult to find an intuitive computer model to represent music. Our goal in this work was to investigate visual representations capable of conveying the musical structure of a song, as well as displaying a collection of songs so as to highlight their similarities. The proposed solution consists of an iconic representation for individual songs, that is associated with the spatial positioning of groups or collections of songs generated by a multidimensional projection technique that reflects their structural similarity. Both the projection and the icon require a feature vector representation of the music. The features are extracted from MIDI files, as the nature of the MIDI descriptions allows the identification of the relevant musical structures. These features provide the input for both the dissimilarity comparison and for constructing the music icon. The spatial layout is computed with the Least Square Projection (LSP) technique, and similarities are computed using the Dynamic Time Warping (DTW) distance. The icon provides a visual summary of the chord repetitions in a particular song. We describe the process of generating these visual representations, describe a system that implements such funcionalities and illustrate how they can support some exploratory tasks on music collections, identifying possible usage scenarios

O crescente uso de ambientes virtuais de aprendizagem faz com que os professores e desenvolvedores precisem avaliar qual o melhor formato de visualização a ser utilizado. Infográfico é tipo de visualização de informação que vem ganhando popularidade no contexto educacional. Ele utiliza figuras, gráficos e curtas explicações textuais associados à elementos de design, para transformar informações complexas em visualizações simples. No entanto, poucos trabalhos empíricos investigam a interferência do formato infográfico no processo de aprendizagem e consideram a influência dos estados afetivos (em particular a satisfação) e a preferência (i.e. estilo de aprendizagem) do aluno na sua capacidade de reter informação quando o material apresentado é o infográfico. Esse trabalho de mestrado tem como objetivo investigar os benefícios educacionais do uso de infográficos como material de aprendizagem comparando-os com materiais tradicionais, texto puro e gráfico+texto. Também visa analisar a influência de outras variáveis experimentais no processo de aprendizagem como complexidade do infográfico, satisfação e estilo de aprendizagem. Para isso, foi executado um experimento com 74 alunos de graduação distribuídos entre três formatos de materiais de aprendizagem (i.e. infográficos, gráficos+texto e texto puro) em uma sessão de aprendizagem individual suportada por computador. Os sujeitos foram avaliados quanto à aprendizagem imediata, retenção e perda de conhecimento, satisfação, estilos de aprendizagem e tempo. Os resultados obtidos sugerem que os infográficos são tão bons para a aprendizagem e retenção de conhecimento quanto os materiais tradicionais. Não foram encontradas evidências de que os estilos de aprendizagem visual ou verbal têm impacto na aprendizagem ou na satisfação dos alunos. Além disso, foram encontrados indícios de que satisfações positivas podem resultar em uma maior retenção de conhecimento. Para analisar a variável complexidade, foi proposto um framework para classificação dos infográficos. Pode-se concluir que, de fato, infográficos classificados como de baixa complexidade proporcionam maior aprendizagem. No entanto, o aprendizado por meio dos infográficos de complexidade alta não foi significativamente menor. É possível atribuir essa queda não significativa à natureza explicativa dos infográficos, capaz de estabilizar o aprendizado do aluno a partir de um determinado nível de complexidade, mesmo que a complexidade aumente. / The increasing use of virtual learning environments lead teachers and developers to assess what is the best visualization format to use. Infographic is an information visualization format that has gained the educational context. It uses figures, graphs, and short textual explanations associated with design elements, to transform complex information into simple display. However, few empirical studies investigate the interference of the infographic format in the learning process and consider the influence of affective states (in particular enjoyment) and preference (i.e., learning styles) in students information retention when using infographics. This masters dissertation aims at investigating the educational benefits of using infographics as learning material and comparing them to traditional materials, pure text and graphic+text. In addition, it aims at analysing the influence of other experimental variables such as infographics complexity, students satisfaction and learning style. For this, an experiment was carried out with 74 undergraduate students distributed among three formats of learning materials (i.e., infographics, graphics+text and pure text) in a computer-supported individual learning session. Subjects were evaluated about immediate learning, retention and loss of knowledge, satisfaction, learning styles and time. The results suggest that infographics are as good for learning and retention as traditional materials. There is no evidence that visual or verbal learning styles impact on student learning or enjoyment. In addition, evidence has been found that positive satisfactions may result in greater retention of information. To analyze the infographics complexity, a framework was proposed to classify infographics. It can be concluded that, in fact, infographics classified as low complexity provide greater results for learning. However, learning through infographics of high complexity was not significantly smaller. It is possible to assign this non-significant dacay to the infographics explanatory nature, capable of steading the students learning from a certain level of complexity.