Submitted by Lukas Riehl Figueiredo null (lukas_rf@hotmail.com) on 2018-06-05T16:44:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Lukas-Riehl-Figueiredo.pdf: 2667513 bytes, checksum: ea70d94af0366189c71508909d5f3ba7 (MD5) / Rejected by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: Problema 01) Na folha de aprovação deve constar a data(dia, mês e ano) da defesa, no seu arquivo está somente o ano. Lembramos que o arquivo depositado no repositório deve ser igual ao impresso, o rigor com o padrão da Universidade se deve ao fato de que o seu trabalho passará a ser visível mundialmente. Agradecemos a compreensão. on 2018-06-06T15:51:03Z (GMT) / Submitted by Lukas Riehl Figueiredo null (lukas_rf@hotmail.com) on 2018-06-06T21:57:37Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Lukas-VF.pdf: 2667598 bytes, checksum: 032e5b83677ed9c2b780bd1c8401aa2e (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-06-08T13:33:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 figueiredo_lr_me_sjrp.pdf: 2667598 bytes, checksum: 032e5b83677ed9c2b780bd1c8401aa2e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T13:33:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 figueiredo_lr_me_sjrp.pdf: 2667598 bytes, checksum: 032e5b83677ed9c2b780bd1c8401aa2e (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 / Modelos de processos de negócio têm sido utilizados em ambientes organizacionais para o entendimento da cadeia de processos, visando melhorias técnicas, gerenciais e estratégicas. Esses modelos abrangem variadas informações sobre os recursos utilizados e interações entre diferentes setores e pessoas, evidenciando interdependências entre os processos. Contudo, esses modelos podem apresentar problemas de legibilidade e dificuldades de navegação à medida em que se tornam extensos. A representação do conhecimento implícito é complexa e não está padronizada; as interdependências nem sempre são fáceis de serem compreendidas. O uso de ontologias tem aberto uma perspectiva complementar para mitigar esses problemas e prover processos com semânticas acessíveis por máquina. As ontologias contribuem para a conceituação e organização da informação embutida e desestruturada que se encontra presente nos processos de negócio e que deve ser explorada. As ontologias são utilizadas para estruturar o conhecimento implícito que está presente nos processos de negócio, possibilitando a compreensão desse conhecimento por máquina. As ontologias também contribuem para o alinhamento das visões das equipes de negócio e de Tecnologia da Informação da organização. Nesse contexto, este trabalho apresenta um processo sistemático para gerar uma ontologia a partir de um modelo de processos de negócio em BPMN v2.0, permitindo consultar informações sobre o modelo. Uma ferramenta denominada PM2ONTO foi então desenvolvida, visando gerar a ontologia em OWL automaticamente e disponibilizar uma interface para consultas predefinidas, elaboradas na linguagem SPARQL. Os modelos de processos de negócio devem ser exportados para arquivos em XPDL v2.2, os quais serão as entradas do sistema PM2ONTO. As ontologias resultantes ficam disponíveis em um banco de dados para consultas e também podem ser manipuladas por outras diferentes ferramentas. A avaliação do processo sistemático apresentado neste trabalho foi feita com base em estudos de caso, usando modelos de processos de negócio de diferentes áreas e diferentes níveis de complexidade. / Aiming technical, managerial and strategic improvements, business process models have been used in organizational environments to understand the process chain. Although these models may present readability problems and navigation difficulties as they become extensive, they can cover many information about resources and interactions between different sectors and people, showing interdependencies among the processes. Interdependencies are not always easy to understand because of its complex and not standardized knowledge. The use of ontologies has opened a complementary perspective to mitigate these problems and to provide processes with machine-accessible semantics. Also, they contribute in the conceptualization and organization of the embedded and unstructured information that is present in the business processes and that must be explored. In order to ease machine knowledge, ontologies are used to structure the implicit knowledge in business processes. They also contribute to the alignment of the organization's business and IT teams. In this context, this work presents a systematic process to generate an ontology from a business process model in BPMN v2.0, allowing to query information about the model. In this way, PM2ONTO tool was developed aiming to generate the ontology in OWL automatically and to provide an interface for predefined queries elaborated in the SPARQL language. Business process models should be exported to files in XPDL v2.2, which will be the inputs of the PM2ONTO system. The resulting ontologies stay available in a database for queries and can also be manipulated by other different tools. The systematic process evaluation presented in this work was made based on case studies, using business process models of different areas and different levels of complexity.

For researches in the field of the data mining and machine learning the necessary condition is an availability of various input data set. Now researchers create the databases of such sets. Examples of the following systems are: The UCI Machine Learning Repository, Data Envelopment Analysis Dataset Repository, XMLData Repository, Frequent Itemset Mining Dataset Repository. Along with above specified statistical repositories, the whole pleiad from simple filestores to specialized repositories can be used by researchers during solution of applied tasks, researches of own algorithms and scientific problems. It would seem, a single complexity for the user will be search and direct understanding of structure of so separated storages of the information. However detailed research of such repositories leads us to comprehension of deeper problems existing in usage of data. In particular a complete mismatch and rigidity of data files structure with SDMX - Statistical Data and Metadata Exchange - standard and structure used by many European organizations, impossibility of preliminary data origination to the concrete applied task, lack of data usage history for those or other scientific and applied tasks. Now there are lots of methods of data miming, as well as quantities of data stored in various repositories. In repositories there are no methods of DM (data miming) and moreover, methods are not linked to application areas. An essential problem is subject domain link (problem domain), methods of DM and datasets for an appropriate method. Therefore in this work we consider the building problem of ontological models of DM methods, interaction description of methods of data corresponding to them from repositories and intelligent agents allowing the statistical repository user to choose the appropriate method and data corresponding to the solved task. In this work the system structure is offered, the intelligent search agent on ontological model of DM methods considering the personal inquiries of the user is realized. For implementation of an intelligent data and metadata exchange repository the agent oriented approach has been selected. The model uses the service oriented architecture. Here is used the cross platform programming language Java, multi-agent platform Jadex, database server Oracle Spatial 10g, and also the development environment for ontological models - Protégé Version 3.4.

In der Geschäftsprozessmodellierung haben sich semiformale, grafische Darstellungen etabliert. Die Bezeichnung der Elemente in diesen Modellen ist dabei an betriebswirtschaftliche Fachtermini angelehnt und erfolgt mit Hilfe der natürlichen Sprache, die jedoch Interpretationsspielräume mit sich bringt. Die Semantik der einzelnen Modellelemente ist somit für Menschen und Maschinen nicht eindeutig interpretierbar. In der vorliegenden Dissertation erfolgt daher die Konzeption und Realisierung einer semantischen Prozessmodellierung, die die Verknüpfung der semiformalen Prozessmodellierung mit formalen Begriffssystemen (Ontologien) gestaltet und werkzeugtechnisch unterstützt. Durch diese Verknüpfung wird die Semantik der einzelnen Modellelemente um eine eindeutige und maschinell verarbeitbare Semantik erweitert. Hierdurch können die mit formalen Ontologien möglichen Schlussfolgerungen angewendet werden, um etwa bei der Suche in Modellbeständen oder der Korrektheitsprüfung genauere oder vollständigere Ergebnisse zu erhalten. Im Ergebnis werden somit die im Bereich der Informatik und Künstlichen Intelligenz etablierten Ansätze der Wissensrepräsentation, insbesondere der Beschreibungslogik, in die fachlichen Prozessmodellierung eingebettet. Die Erprobung des Konzepts erfolgt über eine prototypische Implementierung, die einerseits die technische Umsetzbarkeit zeigt, andererseits auch für ein Laborexperiment zur Evaluation genutzt wurde.

Present web is aiming to the possibility of automatization of user behavior on web applications. Adding of semantics and creation of web service interface are the main approaches for accomplishment of this user comfort. Nevertheless, this direction brings some problems which can make more difficult publishing and implementation of web documents. Web services can connect heterogeneous systems, because they are based on XML markup language that is a place where all applications can meet without lost of platform independence. The automatic transformation of a web application into a web service could be considerably more effective than to create a web service from the beginning. However, this step is for some applications almost unreal without knowledge of their inner structure. In most cases, the transformation will be done semiautomatically with help of human decisions.

La thèse concerne le rôle joué par le contexte dans l'accès au Web de données depuis les dispositifs mobiles. Le travail analyse ce problème de deux points de vue distincts: adapter au contexte la présentation de données liées, et protéger l'accès aux bases des donnés RDF depuis les dispositifs mobiles. La première contribution est PRISSMA, un moteur de rendu RDF qui étend Fresnel avec la sélection de la meilleure représentation pour le contexte physique ou on se trouve. Cette opération est effectuée par un algorithme de recherche de sous-graphes tolérant aux erreurs basé sur la notion de distance d'édition sur les graphes. L'algorithme considère les différences entre les descriptions de contexte et le contexte détecté par les capteurs, supporte des dimensions de contexte hétérogènes et est exécuté sur le client pour ne pas révéler des informations privées. La deuxième contribution concerne le système de contrôle d'accès Shi3ld. Shi3ld supporte tous les triple stores et il ne nécessite pas de les modifier. Il utilise exclusivement les langages du Web sémantique, et il n'ajoute pas des nouveaux langages de définition de règles d'accès, y compris des analyseurs syntaxiques et des procédures de validation. Shi3ld offre une protection jusqu'au niveau des triplets. La thèse décrit les modèles, algorithmes et prototypes de PRISSMA et de Shi3ld. Des expériences montrent la validité des résultats de PRISSMA ainsi que les performances au niveau de mémoire et de temps de réponse. Le module de contrôle d'accès Shi3ld a été testé avec différents triple stores, avec et sans moteur SPARQL. Les résultats montrent l'impact sur le temps de réponse et démontrent la faisabilité de l'approche.

Data masses on the World Wide Web can hardly be managed by humans or machines. One option is the formal description and linking of data sources using Semantic Web and Linked Data technologies. Ontologies written in standardised languages foster the sharing and linking of data as they provide a means to formally define concepts and relations between these concepts. A second option is visualisation. The visual representation allows humans to perceive information more directly, using the highly developed visual sense. Relatively few efforts have been made on combining both options, although the formality and rich semantics of ontological data make it an ideal candidate for visualisation. Advanced visualisation design systems support the visualisation of tabular, typically statistical data. However, visualisations of ontological data still have to be created manually, since automated solutions are often limited to generic lists or node-link diagrams. Also, the semantics of ontological data are not exploited for guiding users through visualisation tasks. Finally, once a good visualisation setting has been created, it cannot easily be reused and shared. Trying to tackle these problems, we had to answer how to define composable and shareable mappings from ontological data to visual means and how to guide the visual mapping of ontological data. We present an approach that allows for the guided visualisation of ontological data, the creation of effective graphics and the reuse of visualisation settings. Instead of generic graphics, we aim at tailor-made graphics, produced using the whole palette of visual means in a flexible, bottom-up approach. It not only allows for visualising ontologies, but uses ontologies to guide users when visualising data and to drive the visualisation process at various places: First, as a rich source of information on data characteristics, second, as a means to formally describe the vocabulary for building abstract graphics, and third, as a knowledge base of facts on visualisation. This is why we call our approach ontology-driven. We suggest generating an Abstract Visual Model (AVM) to represent and »synthesise« a graphic following a role-based approach, inspired by the one used by J. v. Engelhardt for the analysis of graphics. It consists of graphic objects and relations formalised in the Visualisation Ontology (VISO). A mappings model, based on the declarative RDFS/OWL Visualisation Language (RVL), determines a set of transformations from the domain data to the AVM. RVL allows for composable visual mappings that can be shared and reused across platforms. To guide the user, for example, we discourage the construction of mappings that are suboptimal according to an effectiveness ranking formalised in the fact base and suggest more effective mappings instead. The guidance process is flexible, since it is based on exchangeable rules. VISO, RVL and the AVM are additional contributions of this thesis. Further, we initially analysed the state of the art in visualisation and RDF-presentation comparing 10 approaches by 29 criteria. Our approach is unique because it combines ontology-driven guidance with composable visual mappings. Finally, we compare three prototypes covering the essential parts of our approach to show its feasibility. We show how the mapping process can be supported by tools displaying warning messages for non-optimal visual mappings, e.g., by considering relation characteristics such as »symmetry«. In a constructive evaluation, we challenge both the RVL language and the latest prototype trying to regenerate sketches of graphics we created manually during analysis. We demonstrate how graphics can be varied and complex mappings can be composed from simple ones. Two thirds of the sketches can be almost or completely specified and half of them can be almost or completely implemented. / Datenmassen im World Wide Web können kaum von Menschen oder Maschinen erfasst werden. Eine Option ist die formale Beschreibung und Verknüpfung von Datenquellen mit Semantic-Web- und Linked-Data-Technologien. Ontologien, in standardisierten Sprachen geschrieben, befördern das Teilen und Verknüpfen von Daten, da sie ein Mittel zur formalen Definition von Konzepten und Beziehungen zwischen diesen Konzepten darstellen. Eine zweite Option ist die Visualisierung. Die visuelle Repräsentation ermöglicht es dem Menschen, Informationen direkter wahrzunehmen, indem er seinen hochentwickelten Sehsinn verwendet. Relativ wenige Anstrengungen wurden unternommen, um beide Optionen zu kombinieren, obwohl die Formalität und die reichhaltige Semantik ontologische Daten zu einem idealen Kandidaten für die Visualisierung machen. Visualisierungsdesignsysteme unterstützen Nutzer bei der Visualisierung von tabellarischen, typischerweise statistischen Daten. Visualisierungen ontologischer Daten jedoch müssen noch manuell erstellt werden, da automatisierte Lösungen häufig auf generische Listendarstellungen oder Knoten-Kanten-Diagramme beschränkt sind. Auch die Semantik der ontologischen Daten wird nicht ausgenutzt, um Benutzer durch Visualisierungsaufgaben zu führen. Einmal erstellte Visualisierungseinstellungen können nicht einfach wiederverwendet und geteilt werden. Um diese Probleme zu lösen, mussten wir eine Antwort darauf finden, wie die Definition komponierbarer und wiederverwendbarer Abbildungen von ontologischen Daten auf visuelle Mittel geschehen könnte und wie Nutzer bei dieser Abbildung geführt werden könnten. Wir stellen einen Ansatz vor, der die geführte Visualisierung von ontologischen Daten, die Erstellung effektiver Grafiken und die Wiederverwendung von Visualisierungseinstellungen ermöglicht. Statt auf generische Grafiken zielt der Ansatz auf maßgeschneiderte Grafiken ab, die mit der gesamten Palette visueller Mittel in einem flexiblen Bottom-Up-Ansatz erstellt werden. Er erlaubt nicht nur die Visualisierung von Ontologien, sondern verwendet auch Ontologien, um Benutzer bei der Visualisierung von Daten zu führen und den Visualisierungsprozess an verschiedenen Stellen zu steuern: Erstens als eine reichhaltige Informationsquelle zu Datencharakteristiken, zweitens als Mittel zur formalen Beschreibung des Vokabulars für den Aufbau von abstrakten Grafiken und drittens als Wissensbasis von Visualisierungsfakten. Deshalb nennen wir unseren Ansatz ontologie-getrieben. Wir schlagen vor, ein Abstract Visual Model (AVM) zu generieren, um eine Grafik rollenbasiert zu synthetisieren, angelehnt an einen Ansatz der von J. v. Engelhardt verwendet wird, um Grafiken zu analysieren. Das AVM besteht aus grafischen Objekten und Relationen, die in der Visualisation Ontology (VISO) formalisiert sind. Ein Mapping-Modell, das auf der deklarativen RDFS/OWL Visualisation Language (RVL) basiert, bestimmt eine Menge von Transformationen von den Quelldaten zum AVM. RVL ermöglicht zusammensetzbare »Mappings«, visuelle Abbildungen, die über Plattformen hinweg geteilt und wiederverwendet werden können. Um den Benutzer zu führen, bewerten wir Mappings anhand eines in der Faktenbasis formalisierten Effektivitätsrankings und schlagen ggf. effektivere Mappings vor. Der Beratungsprozess ist flexibel, da er auf austauschbaren Regeln basiert. VISO, RVL und das AVM sind weitere Beiträge dieser Arbeit. Darüber hinaus analysieren wir zunächst den Stand der Technik in der Visualisierung und RDF-Präsentation, indem wir 10 Ansätze nach 29 Kriterien vergleichen. Unser Ansatz ist einzigartig, da er eine ontologie-getriebene Nutzerführung mit komponierbaren visuellen Mappings vereint. Schließlich vergleichen wir drei Prototypen, welche die wesentlichen Teile unseres Ansatzes umsetzen, um seine Machbarkeit zu zeigen. Wir zeigen, wie der Mapping-Prozess durch Tools unterstützt werden kann, die Warnmeldungen für nicht optimale visuelle Abbildungen anzeigen, z. B. durch Berücksichtigung von Charakteristiken der Relationen wie »Symmetrie«. In einer konstruktiven Evaluation fordern wir sowohl die RVL-Sprache als auch den neuesten Prototyp heraus, indem wir versuchen Skizzen von Grafiken umzusetzen, die wir während der Analyse manuell erstellt haben. Wir zeigen, wie Grafiken variiert werden können und komplexe Mappings aus einfachen zusammengesetzt werden können. Zwei Drittel der Skizzen können fast vollständig oder vollständig spezifiziert werden und die Hälfte kann fast vollständig oder vollständig umgesetzt werden.

Data masses on the World Wide Web can hardly be managed by humans or machines. One option is the formal description and linking of data sources using Semantic Web and Linked Data technologies. Ontologies written in standardised languages foster the sharing and linking of data as they provide a means to formally define concepts and relations between these concepts. A second option is visualisation. The visual representation allows humans to perceive information more directly, using the highly developed visual sense. Relatively few efforts have been made on combining both options, although the formality and rich semantics of ontological data make it an ideal candidate for visualisation. Advanced visualisation design systems support the visualisation of tabular, typically statistical data. However, visualisations of ontological data still have to be created manually, since automated solutions are often limited to generic lists or node-link diagrams. Also, the semantics of ontological data are not exploited for guiding users through visualisation tasks. Finally, once a good visualisation setting has been created, it cannot easily be reused and shared. Trying to tackle these problems, we had to answer how to define composable and shareable mappings from ontological data to visual means and how to guide the visual mapping of ontological data. We present an approach that allows for the guided visualisation of ontological data, the creation of effective graphics and the reuse of visualisation settings. Instead of generic graphics, we aim at tailor-made graphics, produced using the whole palette of visual means in a flexible, bottom-up approach. It not only allows for visualising ontologies, but uses ontologies to guide users when visualising data and to drive the visualisation process at various places: First, as a rich source of information on data characteristics, second, as a means to formally describe the vocabulary for building abstract graphics, and third, as a knowledge base of facts on visualisation. This is why we call our approach ontology-driven. We suggest generating an Abstract Visual Model (AVM) to represent and »synthesise« a graphic following a role-based approach, inspired by the one used by J. v. Engelhardt for the analysis of graphics. It consists of graphic objects and relations formalised in the Visualisation Ontology (VISO). A mappings model, based on the declarative RDFS/OWL Visualisation Language (RVL), determines a set of transformations from the domain data to the AVM. RVL allows for composable visual mappings that can be shared and reused across platforms. To guide the user, for example, we discourage the construction of mappings that are suboptimal according to an effectiveness ranking formalised in the fact base and suggest more effective mappings instead. The guidance process is flexible, since it is based on exchangeable rules. VISO, RVL and the AVM are additional contributions of this thesis. Further, we initially analysed the state of the art in visualisation and RDF-presentation comparing 10 approaches by 29 criteria. Our approach is unique because it combines ontology-driven guidance with composable visual mappings. Finally, we compare three prototypes covering the essential parts of our approach to show its feasibility. We show how the mapping process can be supported by tools displaying warning messages for non-optimal visual mappings, e.g., by considering relation characteristics such as »symmetry«. In a constructive evaluation, we challenge both the RVL language and the latest prototype trying to regenerate sketches of graphics we created manually during analysis. We demonstrate how graphics can be varied and complex mappings can be composed from simple ones. Two thirds of the sketches can be almost or completely specified and half of them can be almost or completely implemented.:Legend and Overview of Prefixes xiii 1 Introduction 1 2 Background 11 2.1 Visualisation 11 2.1.1 What is Visualisation? 11 2.1.2 What are the Benefits of Visualisation? 12 2.1.3 Visualisation Related Terms Used in this Thesis 12 2.1.4 Visualisation Models and Architectural Patterns 12 2.1.5 Visualisation Design Systems 14 2.1.6 What is the Difference between Visual Mapping and Styling? 14 2.1.7 Lessons Learned from Style Sheet Languages 15 2.2 Data 16 2.2.1 Data – Information – Knowledge 17 2.2.2 Structured Data 17 2.2.3 Ontologies in Computer Science 19 2.2.4 The Semantic Web and its Languages 19 2.2.5 Linked Data and Open Data 20 2.2.6 The Metamodelling Technological Space 21 2.2.7 SPIN 21 2.3 Guidance 22 2.3.1 Guidance in Visualisation 22 3 Problem Analysis 23 3.1 Problems of Ontology Visualisation Approaches 24 3.2 Research Questions 25 3.3 Set up of the Case Studies 25 3.3.1 Case Studies in the Life Sciences Domain 26 3.3.2 Case Studies in the Publishing Domain 26 3.3.3 Case Studies in the Software Technology Domain 27 3.4 Analysis of the Case Studies’ Ontologies 27 3.5 Manual Sketching of Graphics 29 3.6 Analysis of the Graphics for Typical Visualisation Cases 29 3.7 Requirements 33 3.7.1 Requirements for Visualisation and Interaction 34 3.7.2 Requirements for Data Awareness 34 3.7.3 Requirements for Reuse and Composition 34 3.7.4 Requirements for Variability 35 3.7.5 Requirements for Tooling Support and Guidance 35 3.7.6 Optional Features and Limitations 36 4 Analysis of the State of the Art 37 4.1 Related Visualisation Approaches 38 4.1.1 Short Overview of the Approaches 38 4.1.2 Detailed Comparison by Criteria 46 4.1.3 Conclusion – What Is Still Missing? 60 4.2 Visualisation Languages 62 4.2.1 Short Overview of the Compared Languages 62 4.2.2 Detailed Comparison by Language Criteria 66 4.2.3 Conclusion – What Is Still Missing? 71 4.3 RDF Presentation Languages 72 4.3.1 Short Overview of the Compared Languages 72 4.3.2 Detailed Comparison by Language Criteria 76 4.3.3 Additional Criteria for RDF Display Languages 87 4.3.4 Conclusion – What Is Still Missing? 89 4.4 Model-Driven Interfaces 90 4.4.1 Metamodel-Driven Interfaces 90 4.4.2 Ontology-Driven Interfaces 92 4.4.3 Combined Usage of the Metamodelling and Ontology Technological Space 94 5 A Visualisation Ontology – VISO 97 5.1 Methodology Used for Ontology Creation 100 5.2 Requirements for a Visualisation Ontology 100 5.3 Existing Approaches to Modelling in the Field of Visualisation 101 5.3.1 Terminologies and Taxonomies 101 5.3.2 Existing Visualisation Ontologies 102 5.3.3 Other Visualisation Models and Approaches to Formalisation 103 5.3.4 Summary 103 5.4 Technical Aspects of VISO 103 5.5 VISO/graphic Module – Graphic Vocabulary 104 5.5.1 Graphic Representations and Graphic Objects 105 5.5.2 Graphic Relations and Syntactic Structures 107 5.6 VISO/data Module – Characterising Data 110 5.6.1 Data Structure and Characteristics of Relations 110 5.6.2 The Scale of Measurement and Units 112 5.6.3 Properties for Characterising Data Variables in Statistical Data 113 5.7 VISO/facts Module – Facts for Vis. Constraints and Rules 115 5.7.1 Expressiveness of Graphic Relations 116 5.7.2 Effectiveness Ranking of Graphic Relations 118 5.7.3 Rules for Composing Graphics 119 5.7.4 Other Rules to Consider for Visual Mapping 124 5.7.5 Providing Named Value Collections 124 5.7.6 Existing Approaches to the Formalisation of Visualisation Knowledge . . 126 5.7.7 The VISO/facts/empiric Example Knowledge Base 126 5.8 Other VISO Modules 126 5.9 Conclusions and Future Work 127 5.10 Further Use Cases for VISO 127 5.11 VISO on the Web – Sharing the Vocabulary to Build a Community 128 6 A VISO-Based Abstract Visual Model – AVM 129 6.1 Graphical Notation Used in this Chapter 129 6.2 Elementary Graphic Objects and Graphic Attributes 131 6.3 N-Ary Relations 131 6.4 Binary Relations 131 6.5 Composition of Graphic Objects Using Roles 132 6.6 Composition of Graphic Relations Using Roles 132 6.7 Composition of Visual Mappings Using the AVM 135 6.8 Tracing 135 6.9 Is it Worth Having an Abstract Visual Model? 135 6.10 Discussion of Fresnel as a Related Language 137 6.11 Related Work 139 6.12 Limitations 139 6.13 Conclusions 140 7 A Language for RDFS/OWL Visualisation – RVL 141 7.1 Language Requirements 142 7.2 Main RVL Constructs 145 7.2.1 Mapping 145 7.2.2 Property Mapping 146 7.2.3 Identity Mapping 146 7.2.4 Value Mapping 147 7.2.5 Inheriting RVL Settings 147 7.2.6 Resource Mapping 148 7.2.7 Simplifications 149 7.3 Calculating Value Mappings 150 7.4 Defining Scale of Measurement 153 7.4.1 Determining the Scale of Measurement 154 7.5 Addressing Values in Value Mappings 156 7.5.1 Determining the Set of Addressed Source Values 156 7.5.2 Determining the Set of Addressed Target Values 157 7.6 Overlapping Value Mappings 158 7.7 Default Value Mapping 158 7.8 Default Labelling 159 7.9 Defining Interaction 159 7.10 Mapping Composition and Submappings 160 7.11 A Schema Language for RVL 160 7.11.1 Concrete Examples of the RVL Schema 163 7.12 Conclusions and Future Work 166 8 The OGVIC Approach 169 8.1 Ontology-Driven, Guided Editing of Visual Mappings 172 8.1.1 Classification of Constraints 172 8.1.2 Levels of Guidance 173 8.1.3 Implementing Constraint-Based Guidance 173 8.2 Support of Explicit and Composable Visual Mappings 177 8.2.1 Mapping Composition Cases 178 8.2.2 Selecting a Context 180 8.2.3 Using the Same Graphic Relation Multiple Times 181 8.3 Prototype P1 (TopBraid-Composer-based) 182 8.4 Prototype P2 (OntoWiki-based) 184 8.5 Prototype P3 (Java Implementation of RVL) 187 8.6 Lessons Learned from Prototypes & Future Work 190 8.6.1 Checking RVL Constraints and Visualisation Rules 190 8.6.2 A User Interface for Editing RVL Mappings 190 8.6.3 Graph Transformations with SPIN and SPARQL 1.1 Update 192 8.6.4 Selection and Filtering of Data 193 8.6.5 Interactivity and Incremental Processing 193 8.6.6 Rendering the Final Platform-Specific Code 196 9 Application 197 9.1 Coverage of Case Study Sketches and Necessary Features 198 9.2 Coverage of Visualisation Cases 201 9.3 Coverage of Requirements 205 9.4 Full Example 206 10 Conclusions 211 10.1 Contributions 211 10.2 Constructive Evaluation 212 10.3 Research Questions 213 10.4 Transfer to Other Models and Constraint Languages 213 10.5 Limitations 214 10.6 Future Work 214 Appendices 217 A Case Study Sketches 219 B VISO – Comparison of Visualisation Literature 229 C RVL 231 D RVL Example Mappings and Application 233 D.1 Listings of RVL Example Mappings as Required by Prototype P3 233 D.2 Features Required for Implementing all Sketches 235 D.3 JSON Format for Processing the AVM with D3 – Hierarchical Variant 238 Bibliography 238 List of Figures 251 List of Tables 254 List of Listings 257 / Datenmassen im World Wide Web können kaum von Menschen oder Maschinen erfasst werden. Eine Option ist die formale Beschreibung und Verknüpfung von Datenquellen mit Semantic-Web- und Linked-Data-Technologien. Ontologien, in standardisierten Sprachen geschrieben, befördern das Teilen und Verknüpfen von Daten, da sie ein Mittel zur formalen Definition von Konzepten und Beziehungen zwischen diesen Konzepten darstellen. Eine zweite Option ist die Visualisierung. Die visuelle Repräsentation ermöglicht es dem Menschen, Informationen direkter wahrzunehmen, indem er seinen hochentwickelten Sehsinn verwendet. Relativ wenige Anstrengungen wurden unternommen, um beide Optionen zu kombinieren, obwohl die Formalität und die reichhaltige Semantik ontologische Daten zu einem idealen Kandidaten für die Visualisierung machen. Visualisierungsdesignsysteme unterstützen Nutzer bei der Visualisierung von tabellarischen, typischerweise statistischen Daten. Visualisierungen ontologischer Daten jedoch müssen noch manuell erstellt werden, da automatisierte Lösungen häufig auf generische Listendarstellungen oder Knoten-Kanten-Diagramme beschränkt sind. Auch die Semantik der ontologischen Daten wird nicht ausgenutzt, um Benutzer durch Visualisierungsaufgaben zu führen. Einmal erstellte Visualisierungseinstellungen können nicht einfach wiederverwendet und geteilt werden. Um diese Probleme zu lösen, mussten wir eine Antwort darauf finden, wie die Definition komponierbarer und wiederverwendbarer Abbildungen von ontologischen Daten auf visuelle Mittel geschehen könnte und wie Nutzer bei dieser Abbildung geführt werden könnten. Wir stellen einen Ansatz vor, der die geführte Visualisierung von ontologischen Daten, die Erstellung effektiver Grafiken und die Wiederverwendung von Visualisierungseinstellungen ermöglicht. Statt auf generische Grafiken zielt der Ansatz auf maßgeschneiderte Grafiken ab, die mit der gesamten Palette visueller Mittel in einem flexiblen Bottom-Up-Ansatz erstellt werden. Er erlaubt nicht nur die Visualisierung von Ontologien, sondern verwendet auch Ontologien, um Benutzer bei der Visualisierung von Daten zu führen und den Visualisierungsprozess an verschiedenen Stellen zu steuern: Erstens als eine reichhaltige Informationsquelle zu Datencharakteristiken, zweitens als Mittel zur formalen Beschreibung des Vokabulars für den Aufbau von abstrakten Grafiken und drittens als Wissensbasis von Visualisierungsfakten. Deshalb nennen wir unseren Ansatz ontologie-getrieben. Wir schlagen vor, ein Abstract Visual Model (AVM) zu generieren, um eine Grafik rollenbasiert zu synthetisieren, angelehnt an einen Ansatz der von J. v. Engelhardt verwendet wird, um Grafiken zu analysieren. Das AVM besteht aus grafischen Objekten und Relationen, die in der Visualisation Ontology (VISO) formalisiert sind. Ein Mapping-Modell, das auf der deklarativen RDFS/OWL Visualisation Language (RVL) basiert, bestimmt eine Menge von Transformationen von den Quelldaten zum AVM. RVL ermöglicht zusammensetzbare »Mappings«, visuelle Abbildungen, die über Plattformen hinweg geteilt und wiederverwendet werden können. Um den Benutzer zu führen, bewerten wir Mappings anhand eines in der Faktenbasis formalisierten Effektivitätsrankings und schlagen ggf. effektivere Mappings vor. Der Beratungsprozess ist flexibel, da er auf austauschbaren Regeln basiert. VISO, RVL und das AVM sind weitere Beiträge dieser Arbeit. Darüber hinaus analysieren wir zunächst den Stand der Technik in der Visualisierung und RDF-Präsentation, indem wir 10 Ansätze nach 29 Kriterien vergleichen. Unser Ansatz ist einzigartig, da er eine ontologie-getriebene Nutzerführung mit komponierbaren visuellen Mappings vereint. Schließlich vergleichen wir drei Prototypen, welche die wesentlichen Teile unseres Ansatzes umsetzen, um seine Machbarkeit zu zeigen. Wir zeigen, wie der Mapping-Prozess durch Tools unterstützt werden kann, die Warnmeldungen für nicht optimale visuelle Abbildungen anzeigen, z. B. durch Berücksichtigung von Charakteristiken der Relationen wie »Symmetrie«. In einer konstruktiven Evaluation fordern wir sowohl die RVL-Sprache als auch den neuesten Prototyp heraus, indem wir versuchen Skizzen von Grafiken umzusetzen, die wir während der Analyse manuell erstellt haben. Wir zeigen, wie Grafiken variiert werden können und komplexe Mappings aus einfachen zusammengesetzt werden können. Zwei Drittel der Skizzen können fast vollständig oder vollständig spezifiziert werden und die Hälfte kann fast vollständig oder vollständig umgesetzt werden.:Legend and Overview of Prefixes xiii 1 Introduction 1 2 Background 11 2.1 Visualisation 11 2.1.1 What is Visualisation? 11 2.1.2 What are the Benefits of Visualisation? 12 2.1.3 Visualisation Related Terms Used in this Thesis 12 2.1.4 Visualisation Models and Architectural Patterns 12 2.1.5 Visualisation Design Systems 14 2.1.6 What is the Difference between Visual Mapping and Styling? 14 2.1.7 Lessons Learned from Style Sheet Languages 15 2.2 Data 16 2.2.1 Data – Information – Knowledge 17 2.2.2 Structured Data 17 2.2.3 Ontologies in Computer Science 19 2.2.4 The Semantic Web and its Languages 19 2.2.5 Linked Data and Open Data 20 2.2.6 The Metamodelling Technological Space 21 2.2.7 SPIN 21 2.3 Guidance 22 2.3.1 Guidance in Visualisation 22 3 Problem Analysis 23 3.1 Problems of Ontology Visualisation Approaches 24 3.2 Research Questions 25 3.3 Set up of the Case Studies 25 3.3.1 Case Studies in the Life Sciences Domain 26 3.3.2 Case Studies in the Publishing Domain 26 3.3.3 Case Studies in the Software Technology Domain 27 3.4 Analysis of the Case Studies’ Ontologies 27 3.5 Manual Sketching of Graphics 29 3.6 Analysis of the Graphics for Typical Visualisation Cases 29 3.7 Requirements 33 3.7.1 Requirements for Visualisation and Interaction 34 3.7.2 Requirements for Data Awareness 34 3.7.3 Requirements for Reuse and Composition 34 3.7.4 Requirements for Variability 35 3.7.5 Requirements for Tooling Support and Guidance 35 3.7.6 Optional Features and Limitations 36 4 Analysis of the State of the Art 37 4.1 Related Visualisation Approaches 38 4.1.1 Short Overview of the Approaches 38 4.1.2 Detailed Comparison by Criteria 46 4.1.3 Conclusion – What Is Still Missing? 60 4.2 Visualisation Languages 62 4.2.1 Short Overview of the Compared Languages 62 4.2.2 Detailed Comparison by Language Criteria 66 4.2.3 Conclusion – What Is Still Missing? 71 4.3 RDF Presentation Languages 72 4.3.1 Short Overview of the Compared Languages 72 4.3.2 Detailed Comparison by Language Criteria 76 4.3.3 Additional Criteria for RDF Display Languages 87 4.3.4 Conclusion – What Is Still Missing? 89 4.4 Model-Driven Interfaces 90 4.4.1 Metamodel-Driven Interfaces 90 4.4.2 Ontology-Driven Interfaces 92 4.4.3 Combined Usage of the Metamodelling and Ontology Technological Space 94 5 A Visualisation Ontology – VISO 97 5.1 Methodology Used for Ontology Creation 100 5.2 Requirements for a Visualisation Ontology 100 5.3 Existing Approaches to Modelling in the Field of Visualisation 101 5.3.1 Terminologies and Taxonomies 101 5.3.2 Existing Visualisation Ontologies 102 5.3.3 Other Visualisation Models and Approaches to Formalisation 103 5.3.4 Summary 103 5.4 Technical Aspects of VISO 103 5.5 VISO/graphic Module – Graphic Vocabulary 104 5.5.1 Graphic Representations and Graphic Objects 105 5.5.2 Graphic Relations and Syntactic Structures 107 5.6 VISO/data Module – Characterising Data 110 5.6.1 Data Structure and Characteristics of Relations 110 5.6.2 The Scale of Measurement and Units 112 5.6.3 Properties for Characterising Data Variables in Statistical Data 113 5.7 VISO/facts Module – Facts for Vis. Constraints and Rules 115 5.7.1 Expressiveness of Graphic Relations 116 5.7.2 Effectiveness Ranking of Graphic Relations 118 5.7.3 Rules for Composing Graphics 119 5.7.4 Other Rules to Consider for Visual Mapping 124 5.7.5 Providing Named Value Collections 124 5.7.6 Existing Approaches to the Formalisation of Visualisation Knowledge . . 126 5.7.7 The VISO/facts/empiric Example Knowledge Base 126 5.8 Other VISO Modules 126 5.9 Conclusions and Future Work 127 5.10 Further Use Cases for VISO 127 5.11 VISO on the Web – Sharing the Vocabulary to Build a Community 128 6 A VISO-Based Abstract Visual Model – AVM 129 6.1 Graphical Notation Used in this Chapter 129 6.2 Elementary Graphic Objects and Graphic Attributes 131 6.3 N-Ary Relations 131 6.4 Binary Relations 131 6.5 Composition of Graphic Objects Using Roles 132 6.6 Composition of Graphic Relations Using Roles 132 6.7 Composition of Visual Mappings Using the AVM 135 6.8 Tracing 135 6.9 Is it Worth Having an Abstract Visual Model? 135 6.10 Discussion of Fresnel as a Related Language 137 6.11 Related Work 139 6.12 Limitations 139 6.13 Conclusions 140 7 A Language for RDFS/OWL Visualisation – RVL 141 7.1 Language Requirements 142 7.2 Main RVL Constructs 145 7.2.1 Mapping 145 7.2.2 Property Mapping 146 7.2.3 Identity Mapping 146 7.2.4 Value Mapping 147 7.2.5 Inheriting RVL Settings 147 7.2.6 Resource Mapping 148 7.2.7 Simplifications 149 7.3 Calculating Value Mappings 150 7.4 Defining Scale of Measurement 153 7.4.1 Determining the Scale of Measurement 154 7.5 Addressing Values in Value Mappings 156 7.5.1 Determining the Set of Addressed Source Values 156 7.5.2 Determining the Set of Addressed Target Values 157 7.6 Overlapping Value Mappings 158 7.7 Default Value Mapping 158 7.8 Default Labelling 159 7.9 Defining Interaction 159 7.10 Mapping Composition and Submappings 160 7.11 A Schema Language for RVL 160 7.11.1 Concrete Examples of the RVL Schema 163 7.12 Conclusions and Future Work 166 8 The OGVIC Approach 169 8.1 Ontology-Driven, Guided Editing of Visual Mappings 172 8.1.1 Classification of Constraints 172 8.1.2 Levels of Guidance 173 8.1.3 Implementing Constraint-Based Guidance 173 8.2 Support of Explicit and Composable Visual Mappings 177 8.2.1 Mapping Composition Cases 178 8.2.2 Selecting a Context 180 8.2.3 Using the Same Graphic Relation Multiple Times 181 8.3 Prototype P1 (TopBraid-Composer-based) 182 8.4 Prototype P2 (OntoWiki-based) 184 8.5 Prototype P3 (Java Implementation of RVL) 187 8.6 Lessons Learned from Prototypes & Future Work 190 8.6.1 Checking RVL Constraints and Visualisation Rules 190 8.6.2 A User Interface for Editing RVL Mappings 190 8.6.3 Graph Transformations with SPIN and SPARQL 1.1 Update 192 8.6.4 Selection and Filtering of Data 193 8.6.5 Interactivity and Incremental Processing 193 8.6.6 Rendering the Final Platform-Specific Code 196 9 Application 197 9.1 Coverage of Case Study Sketches and Necessary Features 198 9.2 Coverage of Visualisation Cases 201 9.3 Coverage of Requirements 205 9.4 Full Example 206 10 Conclusions 211 10.1 Contributions 211 10.2 Constructive Evaluation 212 10.3 Research Questions 213 10.4 Transfer to Other Models and Constraint Languages 213 10.5 Limitations 214 10.6 Future Work 214 Appendices 217 A Case Study Sketches 219 B VISO – Comparison of Visualisation Literature 229 C RVL 231 D RVL Example Mappings and Application 233 D.1 Listings of RVL Example Mappings as Required by Prototype P3 233 D.2 Features Required for Implementing all Sketches 235 D.3 JSON Format for Processing the AVM with D3 – Hierarchical Variant 238 Bibliography 238 List of Figures 251 List of Tables 254 List of Listings 257