Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

Tradicionalmente, utiliza-se um servidor central para prover suporte a MMOGs (massively multiplayer online games, ou jogos online maciçamente multijogador), nos quais o número de participantes é da ordem de dezenas de milhares. Muitos trabalhos foram realizados com o intuito de criar um modelo de suporte completamente descentralizado, par-a-par, para este tipo de aplicação, minimizando o custo de manutenção da sua infraestrutura, mas algumas questões críticas persistem. Exemplos de problemas do modelo de suporte par-a-par são: vulnerabilidade a trapaça, sobrecarga da banda de envio dos pares e dificuldade para manter a consistência da simulação entre os diferentes participantes. Neste trabalho, é proposta a utilização de nodos de baixo custo geograficamente distribuídos, operando como um servidor distribuído de jogo. O modelo de distribuição proposto e alguns trabalhos relacionados também são apresentados. Para tratar o custo de comunicação imposto aos servidores, foi projetado aqui um novo refinamento para a técnica de gerenciamento de interesse, reduzindo significativamente a largura de banda necessária ao jogo. Foram realizadas simulações utilizando o simulador ns-2, comparando diferentes algoritmos de área de interesse. Os resultados demonstram que a nossa proposta é a que tem a menor utilização de largura de banda, com uma redução em 33,10% do tráfego máximo, e em 33,58% do tráfego médio, quando comparada com outros algoritmos de gerenciamento de interesse. Além disso, em uma arquitetura de servidor distribuído para MMOGs, com recursos heterogêneos, os nodos servidores podem ser facilmente sobrecarregados pela alta demanda dos jogadores por atualizações de estado. Neste trabalho, é proposto também um esquema de balanceamento de carga que utiliza o tráfego de rede como a carga a balancear entre os servidores e tem como objetivos principais: alocar a carga nos servidores proporcionalmente à capacidade de cada um e reduzir tanto quanto possível o overhead introduzido pela própria distribuição. O esquema de balanceamento é dividido em três fases: seleção local de servidores para participarem, o balanceamento em si e o posterior refinamento da divisão de carga. Quatro algoritmos foram propostos: ProGReGA, ProGReGA-KH, ProGReGA-KF e BFBCT. Destes, o ProGReGA foi o que introduziu o menor overhead de todos e o ProGReGA-KF foi o que se mostrou mais eficiente para reduzir o número de migrações de jogadores entre servidores. / Traditionally, a central server is used to provide support to MMOGs (massively multiplayer online games), where the number of participants is in the order of tens of thousands. Much work has been done trying to create a fully peer-to-peer model to support this kind of application, in order to minimize the maintenance cost of its infra-structure, but critical questions remain. Examples of the problems relative to peer-to-peer MMOG support systems are: vulnerability to cheating, overload of the upload links of the peers and difficulty to maintain consistency of the simulation among the participants. In this work, it is proposed the utilization of geographically distributed lower-cost nodes, working as a distributed server to the game. The distribution model and some related works are also presented. To address the communication cost imposed to the servers, we specify a novel refinement to the area of interest technique, significantly reducing the necessary bandwidth. Simulations have been made with ns-2, comparing different area of interest algorithms. The results show that our approach achieves the least bandwidth utilization, with a 33.10% maximum traffic reduction and 33.58% average traffic reduction, when compared to other area of interest algorithms. Besides, in a distributed MMOG server architecture, with heterogeneous resources, the server nodes may become easily overloaded by the high demand from the players for state updates. In this work, we also propose a load balancing scheme, which considers the network traffic as the load to balance between the servers, and it has the following main objectives: allocate load on the servers proportionally to the power of each one of them and reduce as much as possible the overhead introduced by the distribution itself. It is is divided in three phases: local selection of servers, balancing and refinement. Four algorithms were proposed: ProGReGA, ProGReGA-KH, ProGReGA-KF and BFBCT. From these, ProGReGA has proved to be the best for overhead reduction and ProGReGA-KF is the most suited for reducing player migrations between servers.

Análise exploratória visual e simulação interativa visual são duas áreas afins, porém tratadas separadamente até o momento. 0 trabalho relatado neste texto objetivou a abordagem unificada destas duas classes de problemas, a partir da identificação de ambas com as questões de linguagens visuais, visualização de dados e de programas. A partir de estudos de casos considerados representativos destas duas classes (análise de dados multivariados populacionais, análise de dados multivariados espaciais, análise de dados univariados, estudo de campos eletromagnéticos a partir de resultados da análise de elementos finitos, simulação interativa visual de objetos animados dinamicamente e simulação interativa de sistemas discretos) é estabelecida uma classificação de entidades e atributos. Entidades são consideradas como pertencendo a três grandes classes: sistemas compostos por múltiplas entidades, objetos manufaturáveis e entidades ou fenômenos naturais, e são caracterizadas por atributos que podem ser analisados de acordo com sua natureza, o tipo dos valores que podem assumir, a natureza e dimensão do domínio no qual estão definidos. A seguir, são identificados os objetivos e tarefas no tratamento das entidades e atributos. Como objetivos considera-se observação de objetos num contexto, analise da estrutura dos objetos, analise das suas propriedades estáticas ou dinâmicas, analise comparativa de vários objetos e comunicação de informações. Tarefas básicas que servem a realização dos diversos objetivos são navegação, seleção, consulta, preparação e controle de processamento, anotação de textos e armazenamento de resultados. Esta classificação de tarefas permite a determinação das ferramentas básicas necessárias a realização tanto de analise exploratória como de simulação interativa, ambas visuais. E estabelecido um conjunto coordenado de ferramentas que permitem a realização das tarefas mencionadas com as diferentes classes de entidades. Essencial a estas classes de problemas é a representação visual a ser adotada como forma de transmissão de uma informação a respeito de uma entidade. Este aspecto é enfatizado neste trabalho; é estabelecida uma taxonomia para representações visuais, a saber, Ícones, gráficos e tabelas, diagramas e redes, modelos geométricos, mapas e seqüencias. de acordo com a informação fornecida e com o atendimento dos objetivos identificados anteriormente. Na seqüência, é proposta uma metodologia para a escolha de representações visuais baseada na classe das entidades sob estudo e nos objetivos do estudo (ou de uma face do estudo), numa primeira etapa, e na natureza dos atributos e dimensão de seu domínio, numa segunda etapa. A tese apresenta a abordagem baseada em ferramentas como paradigma básico de linguagem visual para analise exploratória e simulação interativa visual e estende o use da abordagem declarativa de visualização de programas a questão de visualização de dados. As classes de entidades reconhecidas ao longo do estudo são modeladas de acordo com a abordagem orientada a objetos: da mesma forma, o conjunto de ferramentas é organizado numa plataforma orientada a objetos. Esta plataforma é comparada, do ponto de vista funcional e considerando diferentes classes de usuários, com sistemas existentes. A estrutura proposta é, ainda, discutida como um modelo de referência para analise exploratória e simulação interativa visual. / Two related areas, visual exploratory analysis and visual interactive simulation, have been handled separately until now. This thesis gives an integrated approach to these two classes of problems, based on their relationships to visual languages, data visualization and program visualization. Case studies representing both areas like multivariate analysis of populational data, multivariate analysis of spatial data, analysis of univariate data, study of electromagnetic fields based on finite element analysis, dynamic graphical simulation and interactive visual discrete-event simulation, allow the construction of a taxonomy for entities and attributes. Entities are considered to belong to three classes: multiple-entity systems, manufacturable objects, and natural entities or phenomena. They are characterized by their attributes, which in turn are classified by nature, value types and nature and dimension of their definition domain. The goals and tasks in the study of entities and attributes are identified. Goals are observing an object in a context, analyzing an object structure, analyzing their static and dynamic properties, comparing objects or different states of objects and communicating information. Tasks are elementary procedures employed to achieve certain goals: navigation, selection, query, modification, processing control, text annotation and data storage. This classification of tasks determine the basic tools that a scientific user needs to visually explore data or conduct visual interactive simulation studies. These tools are organized as a set of interactive procedures that can be applied to visual representations of entities or their attributes. Visual representations are, of course, essential to visual exploratory analysis and visual interactive simulation, in order to precisely and adequately represent information about entities. This question is emphasized in this work. Based on the information conveyed by the several existing graphical representations as well as the goals established earlier, six classes of visual representations are considered: icons, graphs and tables, diagrams and networks, geometric models, maps, and sequences of these representations. A methodology for selecting the appropriate visual representation is then proposed, based firstly on the goals of the study and the classes of entities and attributes, and secondly on the nature and dimension of the attributes domain. This thesis presents a tool-centered approach as the paradigm for both visual exploratory analysis and visual interactive simulation. The thesis also extends the concept of declarative visualization employed for program visualization to scientific data visualization. The classes of entities identified in the case studies are modeled using the object-oriented approach; the set of tools defined here is also organized in an objectoriented framework. Our proposal is discussed as a reference model for visual exploratory analysis and visual interactive simulation.

Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

Ao longo dos anos houve um aumento considerável da complexidade das simulações o que tem motivado intensa pesquisa com o intuito de possibilitar uma analise mais adequada e efetiva dos dados gerados pelas mesmas. A elaboração de modelos bem como sua verificação e validação também são alvos passíveis de aprimoramento, podendo levar ao desenvolvimento de uma serie de recursos que podem revolucionar a atividade de simulação em pouco tempo. Há também uma tendência de use crescente de representações gráficas bem como de animações na simulação, respaldada pelo maior poder de processamento alcançado pelas estações de trabalho recentemente. A presente dissertação consistiu no projeto e implementação de um ambiente de simulação visual interativa chamado VISE (de Visual Interactive Simulation Environment). Este ambiente utilizou a linguagem SIMSCRIPT como ferramenta de modelagem e oferece uma serie de recursos de interação, controle e visualização com o intuito de facilitar e potencializar a atividade de simulação. / Recent years have seen a considerable increase on the complexity of simulations. This growing complexity is the motivation for an intense research on more adequate and effective tools for the analysis of data generated by simulations. The activities of building, verifying, and validating simulation models are also important targets of improvement, leading to the development of various facilities that may cause a revolution in the simulation field in very short time. There is also a trend towards the increasing use of graphical representations and animations in simulation, motivated and supported by the higher processing capabilities of present workstations. The present work consisted in the specification, design and implementation of a visual interactive simulation environment called VISE. This environment uses the SIMSCRIPT simulation language as modeling tool and offers various interaction, steering, and visualization facilities aiming at an easier and more powerful simulation activity.

Ao longo dos anos houve um aumento considerável da complexidade das simulações o que tem motivado intensa pesquisa com o intuito de possibilitar uma analise mais adequada e efetiva dos dados gerados pelas mesmas. A elaboração de modelos bem como sua verificação e validação também são alvos passíveis de aprimoramento, podendo levar ao desenvolvimento de uma serie de recursos que podem revolucionar a atividade de simulação em pouco tempo. Há também uma tendência de use crescente de representações gráficas bem como de animações na simulação, respaldada pelo maior poder de processamento alcançado pelas estações de trabalho recentemente. A presente dissertação consistiu no projeto e implementação de um ambiente de simulação visual interativa chamado VISE (de Visual Interactive Simulation Environment). Este ambiente utilizou a linguagem SIMSCRIPT como ferramenta de modelagem e oferece uma serie de recursos de interação, controle e visualização com o intuito de facilitar e potencializar a atividade de simulação. / Recent years have seen a considerable increase on the complexity of simulations. This growing complexity is the motivation for an intense research on more adequate and effective tools for the analysis of data generated by simulations. The activities of building, verifying, and validating simulation models are also important targets of improvement, leading to the development of various facilities that may cause a revolution in the simulation field in very short time. There is also a trend towards the increasing use of graphical representations and animations in simulation, motivated and supported by the higher processing capabilities of present workstations. The present work consisted in the specification, design and implementation of a visual interactive simulation environment called VISE. This environment uses the SIMSCRIPT simulation language as modeling tool and offers various interaction, steering, and visualization facilities aiming at an easier and more powerful simulation activity.

Tradicionalmente, utiliza-se um servidor central para prover suporte a MMOGs (massively multiplayer online games, ou jogos online maciçamente multijogador), nos quais o número de participantes é da ordem de dezenas de milhares. Muitos trabalhos foram realizados com o intuito de criar um modelo de suporte completamente descentralizado, par-a-par, para este tipo de aplicação, minimizando o custo de manutenção da sua infraestrutura, mas algumas questões críticas persistem. Exemplos de problemas do modelo de suporte par-a-par são: vulnerabilidade a trapaça, sobrecarga da banda de envio dos pares e dificuldade para manter a consistência da simulação entre os diferentes participantes. Neste trabalho, é proposta a utilização de nodos de baixo custo geograficamente distribuídos, operando como um servidor distribuído de jogo. O modelo de distribuição proposto e alguns trabalhos relacionados também são apresentados. Para tratar o custo de comunicação imposto aos servidores, foi projetado aqui um novo refinamento para a técnica de gerenciamento de interesse, reduzindo significativamente a largura de banda necessária ao jogo. Foram realizadas simulações utilizando o simulador ns-2, comparando diferentes algoritmos de área de interesse. Os resultados demonstram que a nossa proposta é a que tem a menor utilização de largura de banda, com uma redução em 33,10% do tráfego máximo, e em 33,58% do tráfego médio, quando comparada com outros algoritmos de gerenciamento de interesse. Além disso, em uma arquitetura de servidor distribuído para MMOGs, com recursos heterogêneos, os nodos servidores podem ser facilmente sobrecarregados pela alta demanda dos jogadores por atualizações de estado. Neste trabalho, é proposto também um esquema de balanceamento de carga que utiliza o tráfego de rede como a carga a balancear entre os servidores e tem como objetivos principais: alocar a carga nos servidores proporcionalmente à capacidade de cada um e reduzir tanto quanto possível o overhead introduzido pela própria distribuição. O esquema de balanceamento é dividido em três fases: seleção local de servidores para participarem, o balanceamento em si e o posterior refinamento da divisão de carga. Quatro algoritmos foram propostos: ProGReGA, ProGReGA-KH, ProGReGA-KF e BFBCT. Destes, o ProGReGA foi o que introduziu o menor overhead de todos e o ProGReGA-KF foi o que se mostrou mais eficiente para reduzir o número de migrações de jogadores entre servidores. / Traditionally, a central server is used to provide support to MMOGs (massively multiplayer online games), where the number of participants is in the order of tens of thousands. Much work has been done trying to create a fully peer-to-peer model to support this kind of application, in order to minimize the maintenance cost of its infra-structure, but critical questions remain. Examples of the problems relative to peer-to-peer MMOG support systems are: vulnerability to cheating, overload of the upload links of the peers and difficulty to maintain consistency of the simulation among the participants. In this work, it is proposed the utilization of geographically distributed lower-cost nodes, working as a distributed server to the game. The distribution model and some related works are also presented. To address the communication cost imposed to the servers, we specify a novel refinement to the area of interest technique, significantly reducing the necessary bandwidth. Simulations have been made with ns-2, comparing different area of interest algorithms. The results show that our approach achieves the least bandwidth utilization, with a 33.10% maximum traffic reduction and 33.58% average traffic reduction, when compared to other area of interest algorithms. Besides, in a distributed MMOG server architecture, with heterogeneous resources, the server nodes may become easily overloaded by the high demand from the players for state updates. In this work, we also propose a load balancing scheme, which considers the network traffic as the load to balance between the servers, and it has the following main objectives: allocate load on the servers proportionally to the power of each one of them and reduce as much as possible the overhead introduced by the distribution itself. It is is divided in three phases: local selection of servers, balancing and refinement. Four algorithms were proposed: ProGReGA, ProGReGA-KH, ProGReGA-KF and BFBCT. From these, ProGReGA has proved to be the best for overhead reduction and ProGReGA-KF is the most suited for reducing player migrations between servers.

Análise exploratória visual e simulação interativa visual são duas áreas afins, porém tratadas separadamente até o momento. 0 trabalho relatado neste texto objetivou a abordagem unificada destas duas classes de problemas, a partir da identificação de ambas com as questões de linguagens visuais, visualização de dados e de programas. A partir de estudos de casos considerados representativos destas duas classes (análise de dados multivariados populacionais, análise de dados multivariados espaciais, análise de dados univariados, estudo de campos eletromagnéticos a partir de resultados da análise de elementos finitos, simulação interativa visual de objetos animados dinamicamente e simulação interativa de sistemas discretos) é estabelecida uma classificação de entidades e atributos. Entidades são consideradas como pertencendo a três grandes classes: sistemas compostos por múltiplas entidades, objetos manufaturáveis e entidades ou fenômenos naturais, e são caracterizadas por atributos que podem ser analisados de acordo com sua natureza, o tipo dos valores que podem assumir, a natureza e dimensão do domínio no qual estão definidos. A seguir, são identificados os objetivos e tarefas no tratamento das entidades e atributos. Como objetivos considera-se observação de objetos num contexto, analise da estrutura dos objetos, analise das suas propriedades estáticas ou dinâmicas, analise comparativa de vários objetos e comunicação de informações. Tarefas básicas que servem a realização dos diversos objetivos são navegação, seleção, consulta, preparação e controle de processamento, anotação de textos e armazenamento de resultados. Esta classificação de tarefas permite a determinação das ferramentas básicas necessárias a realização tanto de analise exploratória como de simulação interativa, ambas visuais. E estabelecido um conjunto coordenado de ferramentas que permitem a realização das tarefas mencionadas com as diferentes classes de entidades. Essencial a estas classes de problemas é a representação visual a ser adotada como forma de transmissão de uma informação a respeito de uma entidade. Este aspecto é enfatizado neste trabalho; é estabelecida uma taxonomia para representações visuais, a saber, Ícones, gráficos e tabelas, diagramas e redes, modelos geométricos, mapas e seqüencias. de acordo com a informação fornecida e com o atendimento dos objetivos identificados anteriormente. Na seqüência, é proposta uma metodologia para a escolha de representações visuais baseada na classe das entidades sob estudo e nos objetivos do estudo (ou de uma face do estudo), numa primeira etapa, e na natureza dos atributos e dimensão de seu domínio, numa segunda etapa. A tese apresenta a abordagem baseada em ferramentas como paradigma básico de linguagem visual para analise exploratória e simulação interativa visual e estende o use da abordagem declarativa de visualização de programas a questão de visualização de dados. As classes de entidades reconhecidas ao longo do estudo são modeladas de acordo com a abordagem orientada a objetos: da mesma forma, o conjunto de ferramentas é organizado numa plataforma orientada a objetos. Esta plataforma é comparada, do ponto de vista funcional e considerando diferentes classes de usuários, com sistemas existentes. A estrutura proposta é, ainda, discutida como um modelo de referência para analise exploratória e simulação interativa visual. / Two related areas, visual exploratory analysis and visual interactive simulation, have been handled separately until now. This thesis gives an integrated approach to these two classes of problems, based on their relationships to visual languages, data visualization and program visualization. Case studies representing both areas like multivariate analysis of populational data, multivariate analysis of spatial data, analysis of univariate data, study of electromagnetic fields based on finite element analysis, dynamic graphical simulation and interactive visual discrete-event simulation, allow the construction of a taxonomy for entities and attributes. Entities are considered to belong to three classes: multiple-entity systems, manufacturable objects, and natural entities or phenomena. They are characterized by their attributes, which in turn are classified by nature, value types and nature and dimension of their definition domain. The goals and tasks in the study of entities and attributes are identified. Goals are observing an object in a context, analyzing an object structure, analyzing their static and dynamic properties, comparing objects or different states of objects and communicating information. Tasks are elementary procedures employed to achieve certain goals: navigation, selection, query, modification, processing control, text annotation and data storage. This classification of tasks determine the basic tools that a scientific user needs to visually explore data or conduct visual interactive simulation studies. These tools are organized as a set of interactive procedures that can be applied to visual representations of entities or their attributes. Visual representations are, of course, essential to visual exploratory analysis and visual interactive simulation, in order to precisely and adequately represent information about entities. This question is emphasized in this work. Based on the information conveyed by the several existing graphical representations as well as the goals established earlier, six classes of visual representations are considered: icons, graphs and tables, diagrams and networks, geometric models, maps, and sequences of these representations. A methodology for selecting the appropriate visual representation is then proposed, based firstly on the goals of the study and the classes of entities and attributes, and secondly on the nature and dimension of the attributes domain. This thesis presents a tool-centered approach as the paradigm for both visual exploratory analysis and visual interactive simulation. The thesis also extends the concept of declarative visualization employed for program visualization to scientific data visualization. The classes of entities identified in the case studies are modeled using the object-oriented approach; the set of tools defined here is also organized in an objectoriented framework. Our proposal is discussed as a reference model for visual exploratory analysis and visual interactive simulation.

Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

Maintaining coherence between the independent views of multiple participants at distributed locations is essential in an Embedded Simulation environment. Currently, the Distributed Interactive Simulation (DIS) protocol maintains coherence by broadcasting the entity state streams from each simulation station. In this dissertation, a novel alternative to DIS that replaces the transmitting sources with local sources is developed, validated, and assessed by analytical and experimental means. The proposed Concurrent Model approach reduces the communication burden to transmission of only synchronization and model-update messages. Necessary and sufficient conditions for the correctness of Concurrent Models in a discrete event simulation environment are established by developing Behavioral Congruence ¨B(EL, ER) and Temporal Congruence ¨T(t, ER) functions. They indicate model discrepancies with respect to the simulation time t, and the local and remote entity state streams EL and ER, respectively. Performance benefits were quantified in terms of the bandwidth reduction ratio BR=N/I obtained from the comparison of the OneSAF Testbed Semi-Automated Forces (OTBSAF) simulator under DIS requiring a total of N bits and a testbed modified for the Concurrent Model approach which required I bits. In the experiments conducted, a range of 100 d BR d 294 was obtained representing two orders of magnitude reduction in simulation traffic. Investigation showed that the models rely heavily on the priority data structure of the discrete event simulation and that performance of the overall simulation can be enhanced by an additional 6% by improving the queue management. A low run-time overhead, self-adapting storage policy called the Smart Priority Queue (SPQ) was developed and evaluated within the Concurrent Model. The proposed SPQ policies employ a lowcomplexity linear queue for near head activities and a rapid-indexing variable binwidth calendar queue for distant events. The SPQ configuration is determined by monitoring queue access behavior using cost scoring factors and then applying heuristics to adjust the organization of the underlying data structures. Results indicate that optimizing storage to the spatial distribution of queue access can decrease HOLD operation cost between 25% and 250% over existing algorithms such as calendar queues. Taken together, these techniques provide an entity state generation mechanism capable of overcoming the challenges of Embedded Simulation in harsh mobile communications environments with restricted bandwidth, increased message latency, and extended message drop-outs.