Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trenhago2.pdf: 15966707 bytes, checksum: 00c5e69b3e4ccb8745765adf1d2fa0a8 (MD5) Previous issue date: 2009-03-23 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / This work describes the development of a software structure that currently controls the CAVE at LNCC, as well as its use for biological data visualization. This work also includes the adaptation and configuration of the InstantReality framework considering all particularities of the CAVE built at LNCC, which amongst other things does not have square walls all around (two walls have a particular shape). In order to accompish this task we make use of the emerging X3D technology. This work also proposes a process for fast development of biological data visualization. Such process has been used to develop a series of sample applications, which included geometric description of parts of the human cardiovascular system as well as other structures such as parts of worms and other creatures, visualization of proteine models and virus envelops both relying or not on some programming language. This work also introduces important aspects of complex surface visualization and describes the implementation of a GPU based ilumination model. Additionally, some justifications are presented regarding the use of Virtual Reality as a tool for bioinformatics visuzalization or biologic applications. Finally, this work evaluates the CAVE prototype, considering each of its components, in the light of the results achieved in the biologic visualization applications developed. Problems are identified and further improvements are proposed. / Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma estrutura lógica de software para o controle do CAVE do LNCC e sua utilização na visualização de dados biológicos. Configuramos e adaptamos o framework InstantReality para fazer funcionar todos os componentes singulares do CAVE do LNCC ( uma parede não ortogonal, duas paredes com cinco lados, projetores convencionais, entre outros ) por meio de uma tecnologia emergente, o X3D, usado para distribuir conteúdo 3D multimídia pela Internet. Propomos um processo para o rápido desenvolvimento, recorrendo ou não a uma linguagem de programação, de aplicações para visualização de dados biológicos, tais como: descrição geométrica de parte do sistema cardiovascular humano, de parte de uma larva, visualização de modelos de proteínas e capsídios de vírus. Apresentamos questões importantes na visualização de superfícies complexas, como a importância do modelo de iluminação utilizado e descrevemos a implementação de um modelos de iluminação em GPU. Adicionalmente, justificamos o emprego da Realidade Virtual como ferramenta valiosa para a visualização em bioinformática, e mesmo na biologia. Finalmente, avaliamos a eficiência geral do CAVE e de cada componente,através dos resultados obtidos na visualização de cenários temáticos de interesse biológico. Identificamos possíveis problemas e sugerimos opções para uma melhoria geral do desempenho.

Statische Codemetriken sind wichtige Indikatoren für die Qualität eines Softwaresystems. Sie beleuchten dabei unterschiedliche Aspekte eines Softwaresystems. Deshalb ist es notwendig, mehrere Codemetriken zu nutzen, um die Qualität eines Softwaresystems in seiner Gesamtheit bewerten zu können. Wünschenswert wäre zudem eine Darstellung, die die Struktur des Gesamtsystems und die Bewertung einzelner Elemente eines Softwaresystems in einer Darstellung kombiniert. Die Arbeit untersucht deshalb, welche Metaphern geeignet sind, um eine solche Darstellung zu ermöglichen. Ein zweites Ziel der Arbeit war es, eine solche Visualisierung automatisch erzeugen zu können. Dafür wurde ein Generator entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Zur Konzeption dieses Generators kamen Techniken aus der generativen Softwareentwicklung zum Einsatz. Bei der Umsetzung des Generators wurde auf Techniken aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung zurückgegriffen, vor allem auf Techniken aus dem openArchitectureWare-Framework. Der Generator kann in Eclipse eingebunden werden und ist in der Lage, aus einem Java-Projekt die Struktur und die Metrikwerte automatisch zu extrahieren. Diese Werte werden daraufhin in ein dreidimensionales Modell überführt, das auf dem offenen Extensible 3D Standard basiert. Der Generator ermöglichte zudem die Evaluierung zweier unterschiedlicher Metaphern, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma estrutura lógica de software para o controle do CAVE do LNCC e sua utilização na visualização de dados biológicos. Configuramos e adaptamos o framework InstantReality para fazer funcionar todos os componentes singulares do CAVE do LNCC ( uma parede não ortogonal, duas paredes com cinco lados, projetores convencionais, entre outros ) por meio de uma tecnologia emergente, o X3D, usado para distribuir conteúdo 3D multimídia pela Internet. Propomos um processo para o rápido desenvolvimento, recorrendo ou não a uma linguagem de programação, de aplicações para visualização de dados biológicos, tais como: descrição geométrica de parte do sistema cardiovascular humano, de parte de uma larva, visualização de modelos de proteínas e capsídios de vírus. Apresentamos questões importantes na visualização de superfícies complexas, como a importância do modelo de iluminação utilizado e descrevemos a implementação de um modelos de iluminação em GPU. Adicionalmente, justificamos o emprego da Realidade Virtual como ferramenta valiosa para a visualização em bioinformática, e mesmo na biologia. Finalmente, avaliamos a eficiência geral do CAVE e de cada componente,através dos resultados obtidos na visualização de cenários temáticos de interesse biológico. Identificamos possíveis problemas e sugerimos opções para uma melhoria geral do desempenho. / This work describes the development of a software structure that currently controls the CAVE at LNCC, as well as its use for biological data visualization. This work also includes the adaptation and configuration of the InstantReality framework considering all particularities of the CAVE built at LNCC, which amongst other things does not have square walls all around (two walls have a particular shape). In order to accompish this task we make use of the emerging X3D technology. This work also proposes a process for fast development of biological data visualization. Such process has been used to develop a series of sample applications, which included geometric description of parts of the human cardiovascular system as well as other structures such as parts of worms and other creatures, visualization of proteine models and virus envelops both relying or not on some programming language. This work also introduces important aspects of complex surface visualization and describes the implementation of a GPU based ilumination model. Additionally, some justifications are presented regarding the use of Virtual Reality as a tool for bioinformatics visuzalization or biologic applications. Finally, this work evaluates the CAVE prototype, considering each of its components, in the light of the results achieved in the biologic visualization applications developed. Problems are identified and further improvements are proposed.

Statische Codemetriken sind wichtige Indikatoren für die Qualität eines Softwaresystems. Sie beleuchten dabei unterschiedliche Aspekte eines Softwaresystems. Deshalb ist es notwendig, mehrere Codemetriken zu nutzen, um die Qualität eines Softwaresystems in seiner Gesamtheit bewerten zu können. Wünschenswert wäre zudem eine Darstellung, die die Struktur des Gesamtsystems und die Bewertung einzelner Elemente eines Softwaresystems in einer Darstellung kombiniert. Die Arbeit untersucht deshalb, welche Metaphern geeignet sind, um eine solche Darstellung zu ermöglichen. Ein zweites Ziel der Arbeit war es, eine solche Visualisierung automatisch erzeugen zu können. Dafür wurde ein Generator entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Zur Konzeption dieses Generators kamen Techniken aus der generativen Softwareentwicklung zum Einsatz. Bei der Umsetzung des Generators wurde auf Techniken aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung zurückgegriffen, vor allem auf Techniken aus dem openArchitectureWare-Framework. Der Generator kann in Eclipse eingebunden werden und ist in der Lage, aus einem Java-Projekt die Struktur und die Metrikwerte automatisch zu extrahieren. Diese Werte werden daraufhin in ein dreidimensionales Modell überführt, das auf dem offenen Extensible 3D Standard basiert. Der Generator ermöglichte zudem die Evaluierung zweier unterschiedlicher Metaphern, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde.

Softwaresysteme sind komplexe immaterielle Systeme mit einer Vielzahl von Bestandteilen und Beziehungen. Um den Aufbau, die Funktionsweise und die Entwicklung von Softwaresystemen besser zu verstehen, eignen sich Softwarevisualisierungen, welche die abstrakte Datengrundlage in eine visuelle Repräsentation übertragen. Auf Grund der Masse und der Komplexität der in der Visualisierung enthaltenen Informationen, kommt es schnell zur Unübersichtlichkeit, was sich negativ auf den Prozess des Verstehens auswirkt. Zur Beherrschung der Komplexität muss der Betrachter daher die Gesamtheit zuerst in mehrere Perspektiven unterteilen, um diese anschließend gezielt nach verschiedenen Aspekten untersuchen zu können. Die dafür benötigten Interaktionsmöglichkeiten sind Gegenstand der Untersuchungen in dieser Arbeit, wobei im Wesentlichen Visualisierungen der Struktur von Software als Ausgangspunkt genutzt werden. Insbesondere wird der Frage nachgegangen, wie die Interaktion gestaltet werden kann, damit der Benutzer ein möglichst umfassendes Verständnis der Struktur erlangt. Zur Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse wird ein Prototyp vorgestellt, der automatisiert aus den Strukturinformationen eines Ecore-Modells eine interaktive dreidimensionale Softwarevisualisierung der Struktur im freien standardisierten Format Extensible 3D generiert. Der Prozess der Visualisierung wird dabei durch Werkzeuge des openArchitectureWare-Frameworks realisiert. Zur Integration in den Entwicklungsprozess ist der Prototyp in ein Plugin für Eclipse eingebettet.

Softwaresysteme sind komplexe immaterielle Systeme mit einer Vielzahl von Bestandteilen und Beziehungen. Um den Aufbau, die Funktionsweise und die Entwicklung von Softwaresystemen besser zu verstehen, eignen sich Softwarevisualisierungen, welche die abstrakte Datengrundlage in eine visuelle Repräsentation übertragen. Auf Grund der Masse und der Komplexität der in der Visualisierung enthaltenen Informationen, kommt es schnell zur Unübersichtlichkeit, was sich negativ auf den Prozess des Verstehens auswirkt. Zur Beherrschung der Komplexität muss der Betrachter daher die Gesamtheit zuerst in mehrere Perspektiven unterteilen, um diese anschließend gezielt nach verschiedenen Aspekten untersuchen zu können. Die dafür benötigten Interaktionsmöglichkeiten sind Gegenstand der Untersuchungen in dieser Arbeit, wobei im Wesentlichen Visualisierungen der Struktur von Software als Ausgangspunkt genutzt werden. Insbesondere wird der Frage nachgegangen, wie die Interaktion gestaltet werden kann, damit der Benutzer ein möglichst umfassendes Verständnis der Struktur erlangt. Zur Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse wird ein Prototyp vorgestellt, der automatisiert aus den Strukturinformationen eines Ecore-Modells eine interaktive dreidimensionale Softwarevisualisierung der Struktur im freien standardisierten Format Extensible 3D generiert. Der Prozess der Visualisierung wird dabei durch Werkzeuge des openArchitectureWare-Frameworks realisiert. Zur Integration in den Entwicklungsprozess ist der Prototyp in ein Plugin für Eclipse eingebettet.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ziele 1.3 Aufbau 2 Softwarevisualisierung 2.1 Visualisierung 2.1.1 Grundlagen 2.1.2 Aufgaben und Ziele 2.1.3 Teilgebiete 2.2 Definition 2.3 Ziele und Aufgaben 2.4 Visualisierungspipeline 2.5 Visualisierungstechniken 2.5.1 Graphen 2.5.2 Visuelle Metaphern 2.6 Taxonomie für Softwarevisualisierungen 3 Interaktion mit einer Softwarevisualisierung 3.1 Einordnung 3.2 Definition 3.3 Ziele 3.4 Benutzungsschnittstelle 3.5 Aufbau der Benutzungsschnittstelle 3.5.1 Anwendungsschnittstelle 3.5.2 Dialogschnittstelle 3.5.3 Ein-/Ausgabenschnittstelle 3.6 Interaktionstechnik 3.7 Taxonomie der Interaktionstechniken 3.8 Konzept zur Interaktion mit einer Softwarevisualisierung 4 Technische Grundlagen des Prototyps 4.1 Eclipse 4.2 Das openArchitectureWare-Framework 4.2.1 Modellgetriebene Softwareentwicklung 4.2.2 Aufbau des Frameworks 4.2.3 oAW-Workflow 4.2.4 Ecore 4.2.5 Xtend Modell-zu-Modell-Transformationen 4.3 Extensible 3D 4.3.1 Grundlagen 4.3.2 Szenegraph 4.3.3 Ereignismodell 4.3.4 X3D-Prototypen 5 Basisprototyp 5.1 Funktionsweise 5.2 Einordnung 5.3 Visualisierungsprozess des Generators 5.3.1 Modelltransformation von Ecore zu Graph 5.3.2 Modellmodifikation des Graphen 5.3.3 Modelltransformation von Graph zu X3D 5.4 Ansatzpunkte der Erweiterung 6 Erweiterung des Prototyps für die Interaktion 6.1 Benutzungsschnittstelle 6.1.1 Direkte Manipulation 6.1.2 Manipulation nach Elementtyp 6.1.3 Navigation durch Pakethierarchie und Klassengraph 6.1.4 Identifikation nach Bezeichner und Tooltip 6.2 Architektur des interaktiven X3D-Modells 6.3 Erweiterung des Generators 6.3.1 Anpassung der Transformationen des Basisprototyps 6.3.2 Modelltransformation in ein interaktives X3D-Modell 6.4 Integration in das Eclipse-Plugin 7 Fazit und Ausblick

Approved for public release, distribution is unlimited / alities. The extensible Markup Language (XML) is used for data storage and message exchange, Extensible 3D (X3D) Graphics for visualization and XML Schema-based Binary Compression (XSBC) for data compression. The AUV Workbench provides an intuitive cross-platform-capable tool with extensibility to provide for future enhancements such as agent-based control, asynchronous reporting and communication, loss-free message compression and built-in support for mission data archiving. This thesis also investigates the Jabber instant messaging protocol, showing its suitability for text and file messaging in a tactical environment. Exemplars show that the XML backbone of this open-source technology can be leveraged to enable both human and agent messaging with improvements over current systems. Integrated Jabber instant messaging support makes the NPS AUV Workbench the first custom application supporting XML Tactical Chat (XTC). Results demonstrate that the AUV Workbench provides a capable testbed for diverse AUV technologies, assisting in the development of traditional single-vehicle operations and agent-based multiple-vehicle methodologies. The flexible design of the Workbench further encourages integration of new extensions to serve operational needs. Exemplars demonstrate how in-mission and post-mission event monitoring by human operators can be achieved via simple web page, standard clients or custom instant messaging client. Finally, the AUV Workbench's potential as a tool in the development of multiple-AUV tactics and doctrine is discussed. / Civilian, Singapore Defence Science and Technology Agency