Os frameworks orientado a objetos oferecem um grande potencial para aumentar a produtividade e a qualidade no desenvolvimento de software. Um framework e uma infra-estrutura ou esqueleto de uma família de aplicações pertencentes a um domínio determinado. Basicamente, aplicações especificas são construídas especializando as classes do framework para fornecer a implementação de alguns métodos, enquanto a maior parte da funcionalidade da aplicação e herdada. Esta característica permite a reutilização tanto do código quanto o projeto das aplicações do domínio, o qual representa um beneficio muito significativo a respeito de outras tecnologias de reutilização. Entretanto, começar a utilizar um framework para construir aplicações especificas e complicado para um usuário que não seja o projetista do framework. Compreender um framework é frequentemente muito mais difícil que compreender bibliotecas de componentes que podem ser reutilizados independentemente. Neste caso, e suficiente compreender sua interface externa. No caso dos frameworks, para aproveitar ao Máximo as possibilidades de reutilização que oferece, e necessário compreender o projeto interno de suas classes, como essas classes colaboram entre si, bem como a forma na qual instancias dessas classes colaboram em tempo de execução. Compreender estes aspectos uma tarefa reconhecidamente complexa e demorada, sendo este e um dos fatores mais limitantes da tecnologia para ser de utilidade efetiva na produção de software. Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem reflexiva para a construção de ferramentas de apoio a compreensão de frameworks. Esta abordagem e suportada por Luthier, um framework projetado, e implementado em Smalltalk-80, para a construção de ferramentas de analise dinâmica e visualização de programas orientados a objetos. Luthier introduz três contribuições importantes: Utilização de técnicas de reflexão computacional baseadas no conceito de gerenciadores de meta-objetos, o qual suporta a implementação de metaarquiteturas de meta-objetos especializadas para a análise de aplicações. Controle interativo do grau de detalhe das visualizações (zoom semântico) através do suporte explícito de escalas de abstração. As escalas de abstração são controladas por objetos denominados abstratores. Um abstrator permite encapsular em objetos específicos algoritmos de derivação de abstracões, filtragem e seleção de informação, bem como o controle do nível de detalhe mostrado pelas visualizações. Esta separação de funcionalidade permite implementar complexas funcionalidades de análise de programas, sem a necessidade de modificar as classes que implementam visualizações ou a representação da informação. Suporte de uma estratégia de análise orientada pela visualização da arquitetura. Esta abordagem divide o processo de compreensão em duas fases iterativa: 1) compreensão dos principais aspectos estruturais do framework a partir de da recuperação e visualização da arquitetura,; 2) análise detalhada do comportamento de instâncias envolvidas em pontos específicos da arquitetura, os quais são selecionados pelo usuário a partir da visualização arquitetônica. Luthier fornece suporte flexível para construção de ferramentas de visualização dinamicamente adaptáveis para diferentes funcionalidades de análise, através de quatro subframeworks: LuthierMOPs. o qual fornece o suporte adaptável de meta-objetos para captura de informação das aplicações analisadas; LuthierBooks que fornece suporte genérico de gerenciamento de hiperdocumentos para a representação da informação capturada e gerenciamento de livros persistentes de projeto; LuthierAbstractors, que prove suporte genérico para a derivação de abstrações da informação coletada e escalas de abstração dinamicamente variáveis; e LuthierViews, extensão do framework MVC para a construção de visualizações da informação coletada, com capacidades de manipulação direta e zooming utilizando visualizações alternativas, as quais podem ser dinamicamente selecionadas pelo usuário. Com o suporte fornecido por Luthier, uma ferramenta, especialmente projetada para apoiar a compreensão de frameworks a partir da analise de exemplos, foi desenvolvida. Esta ferramenta fornece um conjunto de visualizações estruturais, com capacidade de animação de fluxo de controle do framework, bem como visualizações alternativas de subsistemas e padrões de projeto. Estas abstrações são reconhecidas através da análise da informação coletada dos exemplos analisados. Através das visualizações providas, o usuário pode explorar um dado framework através de mecanismos de navegação entre diferentes representações visuais, bem como filtragem e consulta acerca de informação relevante a ser visualizada. Este mecanismos são integrados com mecanismos de zoom semântico que habilitam a visualização da informação em diferentes níveis de abstração. Através da representação de hiperdocumento, a ferramenta suporta a construção manual, bem como a geração automática em alguns casos, de livros persistentes de documentação, com capacidade de edição, de importação de diagramas produzidos pelas visualizações, e de navegação sobre diferentes livros e o código fonte do framework. Esta características habilita a geração de documentação durante o processo de compreensão, facilidade não disponível, habitualmente, nas ferramentas de compreensão desenvolvidas até hoje. A capacidade de Luthier para a construção de ferramentas foi testada com a construção de outras ferramentas, como por exemplo, depuradores visuais e de coleta de métricas. A viabilidade e eficácia da abordagem foi testada através de experimentos, os quais mostraram que grupos utilizando a ferramenta de apoio produziram aplicações com maior nível de reutilização do framework que grupos de usuários não utilizando a ferramenta. / Object-oriented frameworks are a powerful reuse technique for building applications in a given domain. A framework works as a template or skeleton for building applications, being composed of a set of classes abstracting the general characteristics of an application domain. Building a specific application requires the specialization of some classes that provide the implementation of methods that will complete the necessary behaviour, while the global control structure is given by the framework. Frameworks offer a great potential to increase the productivity and quality in software development. However, starting to use a framework to build a specific application is complicated for any user other than a framework designer. Understanding a framework is frequently much harder than understanding libraries of components that can be reused independently. To adequately reuse isolated classes of a class library, it is sufficient to understand their external interface. In case of a framework, in contrast, to take full advantage of the services provided, it is necessary to understand the way its classes collaborate, as well as the internal design of some of them. These classes code the complex behaviour of a network of instances dynamically created. Therefore, it is often needed not only to understand how the classes are organized in static inheritance hierarchies, but also how instances collaborate at runtime. This work presents a reflective approach for the construction of tools for framework comprehension. This approach is supported by Luthier, a framework designed, and implemented in Smalltalk-80, which provides a flexible support for building tools for the dynamic analysis and visualization of object-oriented programs. Luthier introduces three important contributions: The use of computational reflection techniques, based on the concept of meta-object managers, which support the implementation of specialized meta-object-based metaarchitectures for the dynamic analysis of applications Support for building visualizations with different levels of abstraction under interactive control of the user (semantic zoom) through the explicit support of abstraction scales. Abstraction scales are controlled by objects called abstractors, which allow the encapsulation, in specific objects, of algorithms for abstraction derivation, filtering and information selection, as well as the interactive control of the detail level to be shown by visualizations. This separation of concerns enables the implementation of complex program analysis functionalities without the need of modifying classes implementing visualizations or information representation. Support for an architecture-driven analysis strategy. This approach divides the understanding process in two iterative phases: I) comprehension of the global structural and behavioural aspects of the framework from the recovery and visualization of its architecture.; 2) detailed analysis of specific instances involved in particular points of the architecture, selected by the user form the architectural view. Luthier provides a flexible support for the construction of visualization tools dynamically adaptable to different analysis functionalities through four sub-frameworks: LuthierMOPs, which provides an adaptable support of meta-objects for information gathering from the analyzed applications; LuthierBooks, which provides generic support for hyperdocument management to represent captured information and management of persistent design books: LuthierAbstractors, which provides generic support for the derivation of abstractions and dynamically variable abstraction-scales: and LuthierViews. extension of the MVC framework for the construction visualizations of the captured information, with capabilities of direct manipulation and zooming using alternative visualizations, dynamically selected by the user. With the support provided by Luthier a tool, specially designed to support framework comprehension from analysis of examples, was developed. This tool provides a set of structural visualizations with control-flow animation capabilities, as well as alternative visualizations of subsystems and design patterns, recognized through the analysis of information gathered from examples. Through these visualizations the user can explore a given framework by using mechanisms for navigating among different visual representations, as well as information filtering and queries about relevant information to be visualized. These functionalities are fully integrated with semantic zoom mechanisms that enable information visualization at different levels of abstraction. With the hyperdocument support, the tool allows for manual construction, as well as automatic generation in some cases, of persistent documentation books. These books offers editing capabilities, importation of diagrams from visualizations, as well as navigation through different books and through the source code of the analyzed framework.. These characteristics allows the support of additional documentation generation during the comprehension process, facility which is not normally available in current understanding tools. The capabilities for tool construction supported by Luthier were tested through the development of different tools, such as, visual debuggers and metrics collectors. The viability of the approach was tested through experiments. These experiments suggest that users using the understanding tool produce applications with a greater re-use level than groups of users not using it.

[pt] Problemas de design decorrem de violações de princípios de design em um sistema de software. Tais problemas podem prejudicar a manutenção de sistemas e, logo, devem ser identificados e eliminados sempre que possível. Porém, identificar problemas de design não é trivial. Isso pois a documentação de design desses sistemas é em geral obsoleta ou inexistente. Assim, o desenvolvedor de um sistema tende a analisar o código-fonte em busca de problemas de design. Estudos sugerem anomalias de código-fonte como indicadores úteis desses problemas. Porém, outros estudos recentes mostram que uma única anomalia não é indicador suficiente. De fato, em torno de 80 por cento dos problemas de design estão associadas com múltiplas anomalias. Estas inter-relacionam-se na forma de aglomerações de anomalias. Embora as aglomerações de anomalias possam ajudar o desenvolvedor a identificar problemas de design, certas aglomerações contêm muitas anomalias. Isso então dificulta o raciocínio sobre a existência de um problema de design. Além disso, mesmo as propostas mais recentes de abordagens para a visualização de aglomerações de anomalias provêm suporte bastante limitado à identificação de problemas de design. Essa limitação é evidente quando um problema de design afeta múltiplos elementos na implementação de um sistema. Esta dissertação objetiva tratar essa limitação ao propor uma abordagem inovadora para a visualização de aglomerações de anomalias. Tal abordagem baseia-se em evidências coletadas a partir de vários experimentos propostos e conduzidos por nós. Contamos com a participação de desenvolvedores da academia e da indústria em cada experimento. Nossos resultados de estudo sugerem que vários desenvolvedores podem utilizar nossa abordagem de visualização para identificar de forma precisa problemas de design, especialmente aqueles que afetam múltiplos elementos de programa. Nossos resultados também apontam melhorias necessárias à abordagem com base na percepção dos desenvolvedores. / [en] Design problems are characterized by violations of design principles affecting a software system. Because they often hinder the software maintenance, developers should identify and eliminate design problems whenever possible. Nevertheless, identifying design problems is far from trivial. Due to outdated and scarce design documentation, developers not rarely have to analyze the source code for identifying these problems. Past studies suggest that code smells are useful hints of design problems. However, recent studies show that a single code smell might not suffice to reveal a design problem. That is, around 80 percent of design problems are realized by multiple code smells, which interrelate in the so-called smell agglomerations. Thus, developers can explore each smell agglomeration to identify a design problem in the source code. However, certain smell agglomerations are formed by several code smells, which makes it hard reasoning about the existence of a design problem. Visualization approaches have been proposed to represent smell agglomerations and guide developers in identifying design problems. However, those approaches provide a very limited support to the identification of specific design problems, especially the ones affecting multiple design elements. This dissertation aims to address this limitation by proposing a novel approach for the visualization of smell agglomerations. We rely on evidence collected from multiple empirical studies to design our approach. We evaluate our approach with developers from both academy and industry. Our results suggest that various developers could use our visualization approach to accurately identify design problems, in particular those affecting multiple program elements. Our results also point out to different ways for improving our visualization approach based on the developers perceptions.

Considerações de informação perceptual têm ganhado espaço rapidamente em pesquisas referentes a representação, análise e exibição de malhas. Estudos com usuários, eye tracking e outras técnicas são capazes de fornecer informações cada vez mais úteis para sistemas voltados a usuário, que formam a maioria das aplicações em computação gráfica. Neste trabalho nós expandimos sobre o conceito de Saliência de Malhas — uma medida automática de importância visual para malhas de triângulos baseada em modelos de atenção humana em baixo nível — melhorando, extendendo e realizando integração com diferentes aplicações. Nós extendemos o conceito de Saliência de Malhas para englobar objetos deformáveis, mostrando como um mapa de saliência em nível de vértice pode ser construído capturando corretamente regiões de alta importância perceptual através de um conjunto de poses ou deformações. Nós definimos saliência multi-pose como um agregado multi-escala de valores de curvatura sobre uma vizinhança localmente estável, em conjunto com deformações desta vizinhança em múltiplas poses. Nós substituímos distância Euclideana por geodésica, assim fornecendo melhores estimativas de vizinhança local. Resultados mostram que saliência multi-pose gera resultados visualmente mais interessantes em simplificações quando comparado à saliência em uma única pose. Nós também aplicamos saliência de malhas ao problema de segmentação e rendering dependente de ponto de vista, introduzindo uma técnica para segmentação que particiona um objeto em um conjunto de clusters, cada um englobando um grupo de características localmente interessantes. Saliência de malhas é incorporada em um framework para clustering propagativo, guiando seleção de pontos de partida para clusters e custos de propagação de faces, levando a uma convergência de clusters ao redor de características perceptualmente importantes. Nós comparamos nossa técnica com diferentes métodos automáticos para segmentação, mostrando que ela fornece segmentação melhor ou comparável sem necessidade de intervenção do usuário. Uma vez que o algoritmo de segmentação proposto é especialmente aplicável a rendering multi-resolução, nós ilustramos uma aplicação do mesmo através de um sistema de rendering baseado em ponto de vista guiado por saliência, alcançando melhorias consideráveis em framerate com muito pouca perda de qualidade visual. / Considerations on perceptual information are quickly gaining importance in mesh representation, analysis and display research. User studies, eye tracking and other techniques are able to provide ever more useful insights for many user-centric systems, which form the bulk of computer graphics applications. In this work we build upon the concept of Mesh Saliency — an automatic measure of visual importance for triangle meshes based on models of low-level human visual attention—improving, extending and integrating it with different applications. We extend the concept of Mesh Saliency to encompass deformable objects, showing how a vertex-level saliency map can be constructed that accurately captures the regions of high perceptual importance over a range of mesh poses or deformations. We define multipose saliency as a multi-scale aggregate of curvature values over a locally stable vertex neighborhood together with deformations over multiple poses. We replace the use of the Euclidean distance by geodesic distance thereby providing superior estimates of the local neighborhood. Results show that multi-pose saliency generates more visually appealing mesh simplifications when compared to a single-pose mesh saliency. We also apply Mesh Saliency to the problem of mesh segmentation and view-dependent rendering, introducing a technique for segmentation that partitions an object into a set of face clusters, each encompassing a group of locally interesting features. Mesh Saliency is incorporated in a propagative mesh clustering framework, guiding cluster seed selection and triangle propagation costs and leading to a convergence of face clusters around perceptually important features. We compare our technique with different fully automatic segmentation algorithms, showing that it provides similar or better segmentation without the need for user input. Since the proposed clustering algorithm is specially suitable for multi-resolution rendering, we illustrate application of our clustering results through a saliency-guided view-dependent rendering system, achieving significant framerate increases with little loss of visual detail.

Técnicas de visualização de informações multidimensionais têm o potencial de auxiliar na análise visual e exploração de grandes conjuntos de dados, através do emprego de mecanismos que buscam tanto representar visualmente os dados quanto permitir ao usuário a interação com estas representações. Neste contexto, diversas técnicas têm sido desenvolvidas, muitas delas sem uma avaliação detalhada e aprofundada tanto de eficiência como de utilidade no suporte às necessidades dos usuários. Contudo, há relativamente pouco tempo começaram a ser publicados trabalhos abordando as diversas questões relacionadas à avaliação de usabilidade de sistemas ou das aplicações que implementam estas técnicas como forma de promover sua eficiente e efetiva utilização. A avaliação de usabilidade de interfaces de sistemas de visualização representa um desafio de pesquisa uma vez que elas apresentam significativas diferenças com relação a outros tipos de interface. Neste sentido, existe uma carência de sistematização (incluindo o uso de métodos e técnicas de avaliação de usabilidade) que explore e considere as características deste tipo de interface de maneira adequada. Esta tese investiga soluções viáveis para o desenvolvimento de uma abordagem sistemática para avaliação de usabilidade de técnicas de visualização de informações multidimensionais e apresenta as seguintes soluções ao problema em estudo: 1) determinação de uma taxonomia de tarefas específica relacionada ao uso de visualizações multidimensionais no processo de análise de dados e 2) adaptação de técnicas e métodos de avaliação de usabilidade, com o objetivo de torná-los mais efetivos ao contexto de sistemas de visualização de informações multidimensionais. / Multidimensional visualization techniques have the potential of supporting the visual analysis and exploration of large datasets, by means of providing visual representations and interaction techniques which allow users to interact with the data through their graphical representation. In this context, several techniques have been developed, most of them being reported without a broad and deep evaluation both regarding their efficiency and utility in supporting users tasks. Few years ago, thus quite recently, several works have been published reporting many issues related to the evaluation of visualization systems and applications, as a means of promoting their efficiency and effective use. In spite of these works, the usability evaluation of visualization systems’ graphical interfaces remains a challenge because of the significant differences between these interfaces and those of other systems. This way, there is a need of finding a systematic approach for such evaluations, including the definition of which usability methods and techniques are best suited for this kind of interfaces. This thesis reports our investigation of viable solutions for the development of a systematic approach for the usability evaluation of multidimensional information visualizations. We have conducted several case studies and experiments with users and have achieved the following contributions: 1) a taxonomy of visualization tasks, that is related to the use of interactive visualization techniques for the exploration and analysis of multidimensional datasets and 2) adaptation of usability evaluation techniques with the goal of making them more effective in the context of multidimensional information visualizations.

Os frameworks orientado a objetos oferecem um grande potencial para aumentar a produtividade e a qualidade no desenvolvimento de software. Um framework e uma infra-estrutura ou esqueleto de uma família de aplicações pertencentes a um domínio determinado. Basicamente, aplicações especificas são construídas especializando as classes do framework para fornecer a implementação de alguns métodos, enquanto a maior parte da funcionalidade da aplicação e herdada. Esta característica permite a reutilização tanto do código quanto o projeto das aplicações do domínio, o qual representa um beneficio muito significativo a respeito de outras tecnologias de reutilização. Entretanto, começar a utilizar um framework para construir aplicações especificas e complicado para um usuário que não seja o projetista do framework. Compreender um framework é frequentemente muito mais difícil que compreender bibliotecas de componentes que podem ser reutilizados independentemente. Neste caso, e suficiente compreender sua interface externa. No caso dos frameworks, para aproveitar ao Máximo as possibilidades de reutilização que oferece, e necessário compreender o projeto interno de suas classes, como essas classes colaboram entre si, bem como a forma na qual instancias dessas classes colaboram em tempo de execução. Compreender estes aspectos uma tarefa reconhecidamente complexa e demorada, sendo este e um dos fatores mais limitantes da tecnologia para ser de utilidade efetiva na produção de software. Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem reflexiva para a construção de ferramentas de apoio a compreensão de frameworks. Esta abordagem e suportada por Luthier, um framework projetado, e implementado em Smalltalk-80, para a construção de ferramentas de analise dinâmica e visualização de programas orientados a objetos. Luthier introduz três contribuições importantes: Utilização de técnicas de reflexão computacional baseadas no conceito de gerenciadores de meta-objetos, o qual suporta a implementação de metaarquiteturas de meta-objetos especializadas para a análise de aplicações. Controle interativo do grau de detalhe das visualizações (zoom semântico) através do suporte explícito de escalas de abstração. As escalas de abstração são controladas por objetos denominados abstratores. Um abstrator permite encapsular em objetos específicos algoritmos de derivação de abstracões, filtragem e seleção de informação, bem como o controle do nível de detalhe mostrado pelas visualizações. Esta separação de funcionalidade permite implementar complexas funcionalidades de análise de programas, sem a necessidade de modificar as classes que implementam visualizações ou a representação da informação. Suporte de uma estratégia de análise orientada pela visualização da arquitetura. Esta abordagem divide o processo de compreensão em duas fases iterativa: 1) compreensão dos principais aspectos estruturais do framework a partir de da recuperação e visualização da arquitetura,; 2) análise detalhada do comportamento de instâncias envolvidas em pontos específicos da arquitetura, os quais são selecionados pelo usuário a partir da visualização arquitetônica. Luthier fornece suporte flexível para construção de ferramentas de visualização dinamicamente adaptáveis para diferentes funcionalidades de análise, através de quatro subframeworks: LuthierMOPs. o qual fornece o suporte adaptável de meta-objetos para captura de informação das aplicações analisadas; LuthierBooks que fornece suporte genérico de gerenciamento de hiperdocumentos para a representação da informação capturada e gerenciamento de livros persistentes de projeto; LuthierAbstractors, que prove suporte genérico para a derivação de abstrações da informação coletada e escalas de abstração dinamicamente variáveis; e LuthierViews, extensão do framework MVC para a construção de visualizações da informação coletada, com capacidades de manipulação direta e zooming utilizando visualizações alternativas, as quais podem ser dinamicamente selecionadas pelo usuário. Com o suporte fornecido por Luthier, uma ferramenta, especialmente projetada para apoiar a compreensão de frameworks a partir da analise de exemplos, foi desenvolvida. Esta ferramenta fornece um conjunto de visualizações estruturais, com capacidade de animação de fluxo de controle do framework, bem como visualizações alternativas de subsistemas e padrões de projeto. Estas abstrações são reconhecidas através da análise da informação coletada dos exemplos analisados. Através das visualizações providas, o usuário pode explorar um dado framework através de mecanismos de navegação entre diferentes representações visuais, bem como filtragem e consulta acerca de informação relevante a ser visualizada. Este mecanismos são integrados com mecanismos de zoom semântico que habilitam a visualização da informação em diferentes níveis de abstração. Através da representação de hiperdocumento, a ferramenta suporta a construção manual, bem como a geração automática em alguns casos, de livros persistentes de documentação, com capacidade de edição, de importação de diagramas produzidos pelas visualizações, e de navegação sobre diferentes livros e o código fonte do framework. Esta características habilita a geração de documentação durante o processo de compreensão, facilidade não disponível, habitualmente, nas ferramentas de compreensão desenvolvidas até hoje. A capacidade de Luthier para a construção de ferramentas foi testada com a construção de outras ferramentas, como por exemplo, depuradores visuais e de coleta de métricas. A viabilidade e eficácia da abordagem foi testada através de experimentos, os quais mostraram que grupos utilizando a ferramenta de apoio produziram aplicações com maior nível de reutilização do framework que grupos de usuários não utilizando a ferramenta. / Object-oriented frameworks are a powerful reuse technique for building applications in a given domain. A framework works as a template or skeleton for building applications, being composed of a set of classes abstracting the general characteristics of an application domain. Building a specific application requires the specialization of some classes that provide the implementation of methods that will complete the necessary behaviour, while the global control structure is given by the framework. Frameworks offer a great potential to increase the productivity and quality in software development. However, starting to use a framework to build a specific application is complicated for any user other than a framework designer. Understanding a framework is frequently much harder than understanding libraries of components that can be reused independently. To adequately reuse isolated classes of a class library, it is sufficient to understand their external interface. In case of a framework, in contrast, to take full advantage of the services provided, it is necessary to understand the way its classes collaborate, as well as the internal design of some of them. These classes code the complex behaviour of a network of instances dynamically created. Therefore, it is often needed not only to understand how the classes are organized in static inheritance hierarchies, but also how instances collaborate at runtime. This work presents a reflective approach for the construction of tools for framework comprehension. This approach is supported by Luthier, a framework designed, and implemented in Smalltalk-80, which provides a flexible support for building tools for the dynamic analysis and visualization of object-oriented programs. Luthier introduces three important contributions: The use of computational reflection techniques, based on the concept of meta-object managers, which support the implementation of specialized meta-object-based metaarchitectures for the dynamic analysis of applications Support for building visualizations with different levels of abstraction under interactive control of the user (semantic zoom) through the explicit support of abstraction scales. Abstraction scales are controlled by objects called abstractors, which allow the encapsulation, in specific objects, of algorithms for abstraction derivation, filtering and information selection, as well as the interactive control of the detail level to be shown by visualizations. This separation of concerns enables the implementation of complex program analysis functionalities without the need of modifying classes implementing visualizations or information representation. Support for an architecture-driven analysis strategy. This approach divides the understanding process in two iterative phases: I) comprehension of the global structural and behavioural aspects of the framework from the recovery and visualization of its architecture.; 2) detailed analysis of specific instances involved in particular points of the architecture, selected by the user form the architectural view. Luthier provides a flexible support for the construction of visualization tools dynamically adaptable to different analysis functionalities through four sub-frameworks: LuthierMOPs, which provides an adaptable support of meta-objects for information gathering from the analyzed applications; LuthierBooks, which provides generic support for hyperdocument management to represent captured information and management of persistent design books: LuthierAbstractors, which provides generic support for the derivation of abstractions and dynamically variable abstraction-scales: and LuthierViews. extension of the MVC framework for the construction visualizations of the captured information, with capabilities of direct manipulation and zooming using alternative visualizations, dynamically selected by the user. With the support provided by Luthier a tool, specially designed to support framework comprehension from analysis of examples, was developed. This tool provides a set of structural visualizations with control-flow animation capabilities, as well as alternative visualizations of subsystems and design patterns, recognized through the analysis of information gathered from examples. Through these visualizations the user can explore a given framework by using mechanisms for navigating among different visual representations, as well as information filtering and queries about relevant information to be visualized. These functionalities are fully integrated with semantic zoom mechanisms that enable information visualization at different levels of abstraction. With the hyperdocument support, the tool allows for manual construction, as well as automatic generation in some cases, of persistent documentation books. These books offers editing capabilities, importation of diagrams from visualizations, as well as navigation through different books and through the source code of the analyzed framework.. These characteristics allows the support of additional documentation generation during the comprehension process, facility which is not normally available in current understanding tools. The capabilities for tool construction supported by Luthier were tested through the development of different tools, such as, visual debuggers and metrics collectors. The viability of the approach was tested through experiments. These experiments suggest that users using the understanding tool produce applications with a greater re-use level than groups of users not using it.

A visualização de conjuntos de dados volumétricos é comum em diversas áreas de aplicação e há já alguns anos os diversos aspectos envolvidos nessas técnicas vêm sendo pesquisados. No entanto, apesar dos avanços das técnicas de visualização de volumes, a interação com grandes volumes de dados ainda apresenta desafios devido a questões de percepção (ou isolamento) de estruturas internas e desempenho computacional. O suporte do hardware gráfico para visualização baseada em texturas permite o desenvolvimento de técnicas eficientes de rendering que podem ser combinadas com ferramentas de recorte interativas para possibilitar a inspeção de conjuntos de dados tridimensionais. Muitos estudos abordam a otimização do desempenho de ferramentas de recorte, mas muito poucos tratam das metáforas de interação utilizadas por essas ferramentas. O objetivo deste trabalho é desenvolver ferramentas interativas, intuitivas e fáceis de usar para o recorte de imagens volumétricas. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as principais técnicas de visualização direta de volumes e como é feita a exploração desses volumes utilizando-se recorte volumétrico. Nesse estudo é identificada a solução que melhor se enquadra no presente trabalho para garantir a interatividade necessária. Após, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para determinar as possíveis técnicas de interação mais fáceis de serem utilizadas por ferramentas de recorte. A partir desse embasamento, este trabalho apresenta o desenvolvimento de três ferramentas de recorte genéricas implementadas usando-se duas metáforas de interação distintas que são freqüentemente utilizadas por usuários de aplicativos 3D: apontador virtual e mão virtual. A taxa de interação dessas ferramentas é obtida através de programas de fragmentos especiais executados diretamente no hardware gráfico. Estes programas especificam regiões dentro do volume a serem descartadas durante o rendering, com base em predicados geométricos. Primeiramente, o desempenho, precisão e preferência (por parte dos usuários) das ferramentas de recorte volumétrico são avaliados para comparar as metáforas de interação empregadas. Após, é avaliada a interação utilizando-se diferentes dispositivos de entrada para a manipulação do volume e ferramentas. A utilização das duas mãos ao mesmo tempo para essa manipulação também é testada. Os resultados destes experimentos de avaliação são apresentados e discutidos. / Visualization of volumetric datasets is common in many fields and has been an active area of research in the past two decades. In spite of developments in volume visualization techniques, interacting with large datasets still demands research efforts due to perceptual and performance issues. The support of graphics hardware for texture-based visualization allows efficient implementation of rendering techniques that can be combined with interactive sculpting tools to enable interactive inspection of 3D datasets. Many studies regarding performance optimization of sculpting tools have been reported, but very few are concerned with the interaction techniques employed. The purpose of this work is the development of interactive, intuitive, and easy-to-use sculpting tools. Initially, a review of the main techniques for direct volume visualization and sculpting is presented. The best solution that guarantees the required interaction is highlighted. Afterwards, in order to identify the most user-friendly interaction technique for volume sculpting, several interaction techniques, metaphors and taxonomies are presented. Based on that, this work presents the development of three generic sculpting tools implemented using two different interaction metaphors, which are often used by users of 3D applications: virtual pointer and virtual hand. Interactive rates for these sculpting tools are obtained by running special fragment programs on the graphics hardware which specify regions within the volume to be discarded from rendering based on geometric predicates. After development, the performance, precision and user preference of the sculpting tools were evaluated to compare the interaction metaphors. Afterward, the tools were evaluated by comparing the use of a 3D mouse against a conventional wheel mouse for guiding volume and tools manipulation. Two-handed input was also tested with both types of mouse. The results from the evaluation experiments are presented and discussed.

[pt] O presente trabalho visa elaborar o perfil de solo de uma área na Zona Norte da cidade do Rio de Janeiro, compreendendo os bairros Abolição, Água Santa, Benfica, Bonsucesso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Novo,Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, Maria da Graça, Piedade, Pilares, Quintino, Riachuelo, Rocha, Sampaio, Tomás Coelho,Todos os Santos e Vila Isabel, numa área total aproximada de 33 km2 com base em resultados de sondagens à percussão (SPT).A metodologia para concepção do perfil de sedimentação/intemperismo envolveu a recuperação e interpretações dos perfis obtidos em poços de sondagem, visitas de campo na região selecionada, análise de mapas e imagem aérea, revisões bibliográficas e extensa procura de dados em vários arquivos público. Um banco de dados foi criado no software ArcView, um sistema para aplicação de informação geográfica georeferenciada, a partir da base cartográfica digital na escala 1:2000. As entidades gráficas que representam o posicionamento dos poços sondados foram incorporadas no sistema assim como, toda a informação de interesse associada a interpretação dos respectivos boletins baseada no perfil de subsolo proposto. Na visualização 3D em sub-região de 3,30 Km2, onde o número e distribuição de poços foram considerados satisfatórias em uma análise preliminar, foram empregados dados referentes às sondagens SPT assim armazenadas (posição geográfica da boca do furo, profundidade do lençol freático, valores do número de golpes do ensaio SPT a cada metro de profundidade, quota altimétrica, espessuras e descrição qualitativa das camadas). Aplicações baseadas em GIS quando associadas com métodos de Geoestatística podem ser de interesse e importância fundamental em estudos regionais que envolvem planejamento urbano e tomadas de decisões, para elaboração de mapas de risco,contaminação do subsolo entre muitas outras aplicações no campo da Geotecnia e Geologia de Engenharia. / [en] This research intends to elaborate a subsoil profile for the region of the North Zone of the city of Rio de Janeiro, Brazil, encompassing the districts of Abolição, Água Santa, Benfica, Bonsucesso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Novo, Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, Maria da Graça, Piedade, Pilares, Quintino, Riachuelo, Rocha, Sampaio, Tomás Coelho, Todos os Santos and Vila Isabel, in a total area of 33 km 2 . The methodology aiming this objective involved the recovery and interpretation of borehole logs, several field trips to the selected region, analysis of maps and aerial images, bibliographic reviews and extensive data search in several public archives. A database was constructed using the software ArcView, for geographical information system applications, and a digital cartographic map on scale 1: 2,000. Graphical entities, representing the borehole positions, were also incorporated as well as all other information of interest drawn from the borehole logs, such as depth of the groundwater level, number of recorded SPT blows along the soil profile, a qualitative description of the local stratigraphy, depth of the sound rock, date of test execution, etc. A 3D visualization was also produced, employing the data correspondign to a smaller subregion (3.30 km 2 ), where both the number and distribution of boreholes were considered satisfactory in a preliminary analysis. GIS-based applications, possible associated with geoestatiscal methods, may be of fundamental interest and importance in regional studies involving urban planning, decision-making strategies, elaboration of maps of risk, subsoil and groundwater contamination, among many other applications in the field of geotechnical and geological engineering. / [es] EL presente trabajo tiene como objetivo elaborar el perfil de suelo de una región de la Zona Norte de la ciudad de Rio de Janeiro, que comprende los barrios Abolição, Agua Santa, Benfica, Bomsuceso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Nuevo,Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, María de la Graça, Piedad, Pilares, Quintino, Riachuelo, Roca, Sampaio, Tomás Coelho,Todos los Santos y Vila Isabel, para um total de 33 km2 con base en resultados de sondaje a la percusión (SPT). LA metodología para la concepción del perfil de sedimentación/intemperismo considera la recuperación e interpretaciones de los perfiles obtenidos em los pozos de sondage, visitas de campo en la región seleccionada, análisis de mapas e imágen aérea, revisiones bibliográficas y extensa búsqueda de datos en varios archivos públicos. Un banco de datos fue creado con el software ArcView, un sistema para aplicación de información geográfica georeferenciada, a partir de la base cartográfica digital en la escala 1:2000. Las entidades gráficas que representan la posición de los pozos sondados fueron incorporadas al sistema, así como toda la información de interés asociada a la interpretación de los respectivos boletines. En la visualización 3D en subregión de 3,30 Km2, dondelnúmero y distribución de pozos fueron considerados satisfactorias en un análisis preliminar, se utilizaron datos referentes a las sondages SPT almacenadas (posición geográfica de la boca del hueco, profundidad del manto freático, valores del número de golpes del ensayo SPT a cada metro de profundidad, cuota altimétrica, espesuras y descripción cualitativa de las camadas). Las aplicaciones baseadas en GIS asociadas con métodos de Geoestatística pueden ser de interés e importancia fundamental en estudios regionales que envuelven planificación urbana y toma de decisiones, para la elaboración de mapas de riesgo,contaminación del subsuelo entre muchas otras aplicaciones en el campo de la Geotecnia y Geología de Ingeniería.

A visualização de conjuntos de dados volumétricos é comum em diversas áreas de aplicação e há já alguns anos os diversos aspectos envolvidos nessas técnicas vêm sendo pesquisados. No entanto, apesar dos avanços das técnicas de visualização de volumes, a interação com grandes volumes de dados ainda apresenta desafios devido a questões de percepção (ou isolamento) de estruturas internas e desempenho computacional. O suporte do hardware gráfico para visualização baseada em texturas permite o desenvolvimento de técnicas eficientes de rendering que podem ser combinadas com ferramentas de recorte interativas para possibilitar a inspeção de conjuntos de dados tridimensionais. Muitos estudos abordam a otimização do desempenho de ferramentas de recorte, mas muito poucos tratam das metáforas de interação utilizadas por essas ferramentas. O objetivo deste trabalho é desenvolver ferramentas interativas, intuitivas e fáceis de usar para o recorte de imagens volumétricas. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as principais técnicas de visualização direta de volumes e como é feita a exploração desses volumes utilizando-se recorte volumétrico. Nesse estudo é identificada a solução que melhor se enquadra no presente trabalho para garantir a interatividade necessária. Após, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para determinar as possíveis técnicas de interação mais fáceis de serem utilizadas por ferramentas de recorte. A partir desse embasamento, este trabalho apresenta o desenvolvimento de três ferramentas de recorte genéricas implementadas usando-se duas metáforas de interação distintas que são freqüentemente utilizadas por usuários de aplicativos 3D: apontador virtual e mão virtual. A taxa de interação dessas ferramentas é obtida através de programas de fragmentos especiais executados diretamente no hardware gráfico. Estes programas especificam regiões dentro do volume a serem descartadas durante o rendering, com base em predicados geométricos. Primeiramente, o desempenho, precisão e preferência (por parte dos usuários) das ferramentas de recorte volumétrico são avaliados para comparar as metáforas de interação empregadas. Após, é avaliada a interação utilizando-se diferentes dispositivos de entrada para a manipulação do volume e ferramentas. A utilização das duas mãos ao mesmo tempo para essa manipulação também é testada. Os resultados destes experimentos de avaliação são apresentados e discutidos. / Visualization of volumetric datasets is common in many fields and has been an active area of research in the past two decades. In spite of developments in volume visualization techniques, interacting with large datasets still demands research efforts due to perceptual and performance issues. The support of graphics hardware for texture-based visualization allows efficient implementation of rendering techniques that can be combined with interactive sculpting tools to enable interactive inspection of 3D datasets. Many studies regarding performance optimization of sculpting tools have been reported, but very few are concerned with the interaction techniques employed. The purpose of this work is the development of interactive, intuitive, and easy-to-use sculpting tools. Initially, a review of the main techniques for direct volume visualization and sculpting is presented. The best solution that guarantees the required interaction is highlighted. Afterwards, in order to identify the most user-friendly interaction technique for volume sculpting, several interaction techniques, metaphors and taxonomies are presented. Based on that, this work presents the development of three generic sculpting tools implemented using two different interaction metaphors, which are often used by users of 3D applications: virtual pointer and virtual hand. Interactive rates for these sculpting tools are obtained by running special fragment programs on the graphics hardware which specify regions within the volume to be discarded from rendering based on geometric predicates. After development, the performance, precision and user preference of the sculpting tools were evaluated to compare the interaction metaphors. Afterward, the tools were evaluated by comparing the use of a 3D mouse against a conventional wheel mouse for guiding volume and tools manipulation. Two-handed input was also tested with both types of mouse. The results from the evaluation experiments are presented and discussed.

Considerações de informação perceptual têm ganhado espaço rapidamente em pesquisas referentes a representação, análise e exibição de malhas. Estudos com usuários, eye tracking e outras técnicas são capazes de fornecer informações cada vez mais úteis para sistemas voltados a usuário, que formam a maioria das aplicações em computação gráfica. Neste trabalho nós expandimos sobre o conceito de Saliência de Malhas — uma medida automática de importância visual para malhas de triângulos baseada em modelos de atenção humana em baixo nível — melhorando, extendendo e realizando integração com diferentes aplicações. Nós extendemos o conceito de Saliência de Malhas para englobar objetos deformáveis, mostrando como um mapa de saliência em nível de vértice pode ser construído capturando corretamente regiões de alta importância perceptual através de um conjunto de poses ou deformações. Nós definimos saliência multi-pose como um agregado multi-escala de valores de curvatura sobre uma vizinhança localmente estável, em conjunto com deformações desta vizinhança em múltiplas poses. Nós substituímos distância Euclideana por geodésica, assim fornecendo melhores estimativas de vizinhança local. Resultados mostram que saliência multi-pose gera resultados visualmente mais interessantes em simplificações quando comparado à saliência em uma única pose. Nós também aplicamos saliência de malhas ao problema de segmentação e rendering dependente de ponto de vista, introduzindo uma técnica para segmentação que particiona um objeto em um conjunto de clusters, cada um englobando um grupo de características localmente interessantes. Saliência de malhas é incorporada em um framework para clustering propagativo, guiando seleção de pontos de partida para clusters e custos de propagação de faces, levando a uma convergência de clusters ao redor de características perceptualmente importantes. Nós comparamos nossa técnica com diferentes métodos automáticos para segmentação, mostrando que ela fornece segmentação melhor ou comparável sem necessidade de intervenção do usuário. Uma vez que o algoritmo de segmentação proposto é especialmente aplicável a rendering multi-resolução, nós ilustramos uma aplicação do mesmo através de um sistema de rendering baseado em ponto de vista guiado por saliência, alcançando melhorias consideráveis em framerate com muito pouca perda de qualidade visual. / Considerations on perceptual information are quickly gaining importance in mesh representation, analysis and display research. User studies, eye tracking and other techniques are able to provide ever more useful insights for many user-centric systems, which form the bulk of computer graphics applications. In this work we build upon the concept of Mesh Saliency — an automatic measure of visual importance for triangle meshes based on models of low-level human visual attention—improving, extending and integrating it with different applications. We extend the concept of Mesh Saliency to encompass deformable objects, showing how a vertex-level saliency map can be constructed that accurately captures the regions of high perceptual importance over a range of mesh poses or deformations. We define multipose saliency as a multi-scale aggregate of curvature values over a locally stable vertex neighborhood together with deformations over multiple poses. We replace the use of the Euclidean distance by geodesic distance thereby providing superior estimates of the local neighborhood. Results show that multi-pose saliency generates more visually appealing mesh simplifications when compared to a single-pose mesh saliency. We also apply Mesh Saliency to the problem of mesh segmentation and view-dependent rendering, introducing a technique for segmentation that partitions an object into a set of face clusters, each encompassing a group of locally interesting features. Mesh Saliency is incorporated in a propagative mesh clustering framework, guiding cluster seed selection and triangle propagation costs and leading to a convergence of face clusters around perceptually important features. We compare our technique with different fully automatic segmentation algorithms, showing that it provides similar or better segmentation without the need for user input. Since the proposed clustering algorithm is specially suitable for multi-resolution rendering, we illustrate application of our clustering results through a saliency-guided view-dependent rendering system, achieving significant framerate increases with little loss of visual detail.

Técnicas de visualização de informações multidimensionais têm o potencial de auxiliar na análise visual e exploração de grandes conjuntos de dados, através do emprego de mecanismos que buscam tanto representar visualmente os dados quanto permitir ao usuário a interação com estas representações. Neste contexto, diversas técnicas têm sido desenvolvidas, muitas delas sem uma avaliação detalhada e aprofundada tanto de eficiência como de utilidade no suporte às necessidades dos usuários. Contudo, há relativamente pouco tempo começaram a ser publicados trabalhos abordando as diversas questões relacionadas à avaliação de usabilidade de sistemas ou das aplicações que implementam estas técnicas como forma de promover sua eficiente e efetiva utilização. A avaliação de usabilidade de interfaces de sistemas de visualização representa um desafio de pesquisa uma vez que elas apresentam significativas diferenças com relação a outros tipos de interface. Neste sentido, existe uma carência de sistematização (incluindo o uso de métodos e técnicas de avaliação de usabilidade) que explore e considere as características deste tipo de interface de maneira adequada. Esta tese investiga soluções viáveis para o desenvolvimento de uma abordagem sistemática para avaliação de usabilidade de técnicas de visualização de informações multidimensionais e apresenta as seguintes soluções ao problema em estudo: 1) determinação de uma taxonomia de tarefas específica relacionada ao uso de visualizações multidimensionais no processo de análise de dados e 2) adaptação de técnicas e métodos de avaliação de usabilidade, com o objetivo de torná-los mais efetivos ao contexto de sistemas de visualização de informações multidimensionais. / Multidimensional visualization techniques have the potential of supporting the visual analysis and exploration of large datasets, by means of providing visual representations and interaction techniques which allow users to interact with the data through their graphical representation. In this context, several techniques have been developed, most of them being reported without a broad and deep evaluation both regarding their efficiency and utility in supporting users tasks. Few years ago, thus quite recently, several works have been published reporting many issues related to the evaluation of visualization systems and applications, as a means of promoting their efficiency and effective use. In spite of these works, the usability evaluation of visualization systems’ graphical interfaces remains a challenge because of the significant differences between these interfaces and those of other systems. This way, there is a need of finding a systematic approach for such evaluations, including the definition of which usability methods and techniques are best suited for this kind of interfaces. This thesis reports our investigation of viable solutions for the development of a systematic approach for the usability evaluation of multidimensional information visualizations. We have conducted several case studies and experiments with users and have achieved the following contributions: 1) a taxonomy of visualization tasks, that is related to the use of interactive visualization techniques for the exploration and analysis of multidimensional datasets and 2) adaptation of usability evaluation techniques with the goal of making them more effective in the context of multidimensional information visualizations.