Steinitz Theorems for Orthogonal Polyhedra

We define a simple orthogonal polyhedron to be a three-dimensional polyhedron with the topology of a sphere in which three mutually-perpendicular edges meet at each vertex. By analogy to Steinitz's theorem characterizing the graphs of convex polyhedra, we find graph-theoretic characterizations of three classes of simple orthogonal polyhedra: corner polyhedra, which can be drawn by isometric projection in the plane with only one hidden vertex, xyz polyhedra, in which each axis-parallel line through a vertex contains exactly one other vertex, and arbitrary simple orthogonal polyhedra. In particular, the graphs of xyz polyhedra are exactly the bipartite cubic polyhedral graphs, and every bipartite cubic polyhedral graph with a 4-connected dual graph is the graph of a corner polyhedron. Based on our characterizations we find efficient algorithms for constructing orthogonal polyhedra from their graphs.Comment: 48 pages, 31 figure

A Universal Slope Set for 1-Bend Planar Drawings

We describe a set of Delta-1 slopes that are universal for 1-bend planar drawings of planar graphs of maximum degree Delta>=4; this establishes a new upper bound of Delta-1 on the 1-bend planar slope number. By universal we mean that every planar graph of degree Delta has a planar drawing with at most one bend per edge and such that the slopes of the segments forming the edges belong to the given set of slopes. This improves over previous results in two ways: Firstly, the best previously known upper bound for the 1-bend planar slope number was 3/2(Delta-1) (the known lower bound being 3/4(Delta-1)); secondly, all the known algorithms to construct 1-bend planar drawings with O(Delta) slopes use a different set of slopes for each graph and can have bad angular resolution, while our algorithm uses a universal set of slopes, which also guarantees that the minimum angle between any two edges incident to a vertex is pi/(Delta-1)

Upward planar drawings with two slopes

In an upward planar 2-slope drawing of a digraph, edges are drawn as straight-line segments in the upward direction without crossings using only two different slopes. We investigate whether a given upward planar digraph admits such a drawing and, if so, how to construct it. For the fixed embedding scenario, we give a simple characterisation and a linear-time construction by adopting algorithms from orthogonal drawings. For the variable embedding scenario, we describe a linear-time algorithm for single-source digraphs, a quartic-time algorithm for series-parallel digraphs, and a fixed-parameter tractable algorithm for general digraphs. For the latter two classes, we make use of SPQR-trees and the notion of upward spirality. As an application of this drawing style, we show how to draw an upward planar phylogenetic network with two slopes such that all leaves lie on a horizontal line

New Algorithm for Drawings of 3-Planar Graphs

Graphs arise in a natural way in many applications, together with the need to be drawn. Except for very small instances, drawing a graph by hand becomes a very complex task, which must be performed by automatic tools. The field of graph drawing is concerned with finding algorithms to draw graph in an aesthetically pleasant way, based upon a certain number of aesthetic criteria that define what a good drawing, (synonyms: diagrams, pictures, layouts), of a graph should be. This problem can be found in many such as in the computer networks, data networks, class inter-relationship diagrams in object oriented databases and object oriented programs, visual programming interfaces, database design systems, software engineering…etc. Given a plane graph G, we wish to find a drawing of G in the plane such that the vertices of G are represented as grid points, and the edges are represented as straight-line segments between their endpoints without any edge-intersection. Such drawings are called planar straight-line drawings of G. An additional objective is to minimize the area of the rectangular grid in which G is drawn. In this paper we introduce a new algorithms that finds an embedding of 3-planar graph. Keywords: 3- Planar Graph; Graph Drawing; drawing on grid

New Approaches on Octilinear Graph Drawing

Graphenzeichnen ist ein Bereich der Informatik mit langer Tradition. Insbesondere im Bereich des orthogonalen Graphenzeichnens wird seit den 1980er Jahren motiviert durch VLSI-Design (Chip-Design) und Grundrissplanung intensiv geforscht. In dieser Arbeit wird das klassische orthogonale Modell durch neue Elemente, unter anderem aus dem oktilinearen Graphenzeichnen, erweitert. Die ersten Ergebnisse, die wir in dieser Arbeit vorstellen, befassen sich mit oktilinearem Graphenzeichnen. Dieses Modell ist altbekannt und viele Aspekte wurden schon untersucht. Wir entwickeln eine Methode mit der für planare Graphen mit einem beschränkten maximalen Knotengrad (4 und 5) Zeichnungen mit maximal einem Knick pro Kante erstellt werden können. Außerdem zeigen wir, dass Graphen mit maximalem Knotengrad 6 nicht immer mit einem Knick pro Kante gezeichnet werden können. Damit schließen wir die Lücke zwischen bekannten Ergebnissen, die besagen dass Graphen mit maximalem Knotengrad 3 immer ohne Knicke und alle Graphen bis zu einem maximalen Knotengrad von 8 mit höchstens zwei Knicken pro Kante oktilinear gezeichnet werden können. Durch Nutzerstudien konnte gezeigt werden, dass die Lesbarkeit von (Graphen) Zeichnungen durch Knicke auf den Kanten und schlecht identifizierbare Kreuzungen besonders beeinträchtigt wird. An diesem Punkt setzt unser neues Modell, das abgeschrägt orthogonale (engl. slanted orthogonal, oder kurz: slog) Graphenzeichnen an. Im slog Modell ist der kleinste erlaubte Winkel zwischen zwei aufeinander folgenden Kantensegmenten 135°. Das hat zur Folge, dass slog Zeichnungen keine normalen Knicke mehr haben, sondern sogenannte Halb-Knicke. Um Kreuzungen besser erkennbar zu machen sind im slog Modell Kreuzungen ausschließlich zwischen diagonalen Segmenten erlaubt. Wir zeigen, dass eine knick-minimale slog Zeichnung mindestens doppelt so viele Halb-Knicke benötigt, wie eine knick-minimale orthogonale Zeichnung Knicke hat. Für das slog Modell werden in dieser Arbeit Methoden zur Berechnung von knick-minimalen Zeichnungen vorgestellt. Da diese exponentielle Fläche benötigen können, wird außerdem eine Heuristik entwickelt, die nur quadratische Fl ̈ache benötigt, dafür aber mehr Knicke zulässt. Die Ergebnisse einer experimentellen Evaluation des slog Modells werden ebenfalls präsentiert. Im Anschluss erweitern wir das slog Modell zu einer flexibleren Variante die wir sloggy nennen. Das sloggy Modell hat alle Eigenschaften des slog Modells, aber Kreuzungen werden jetzt auch zwischen orthogonalen Segmenten erlaubt. Dafür wird die Anzahl Halb-Knicke beschränkt auf genau zwei Mal die Anzahl Knicke der entsprechenden knick-minimalen orthogonalen Zeichnung. Außerdem wird die Anzahl an Kreuzungen zwischen diagonalen Segmenten maximiert. Wir entwickeln eine Methode zur Berechnung solcher Zeichnungen und zeigen, dass auch hier exponentielle Fläche benötigt werden kann. Das slog und das sloggy Modell sind auf Graphen mit einem maximalen Knotengrad von 4 beschränkt. Deswegen wenden wir uns als nächstes dem Kandinsky Modell zu, einem bekannten Modell mit dem Graphen mit beliebigem Knotengrad gezeichnet werden können. Wir erweitern das bekannte Modell mit Elementen aus dem slog Modell, den Halb-Knicken, um so zuvor verbotene Konfigurationen zeichnen zu können. Mit unserer Erweiterung wollen wir die Gesamtzahl an Knicken und die Größe der Zeichnungen verkleinern. Wir entwickeln eine LP Formulierung, mit der die optimale Zeichnung berechnet werden kann. Da diese sehr lange Zeit zur Berechnung beanspruchen kann, haben wir zusätzliche eine effiziente Heuristik entwickelt. In einer experimentellen Untersuchung vergleichen wir außerdem das neue Modell mit dem klassischen Kandinsky Modell. Im letzten Kapitel vereinen wir dann unsere Modifikation des Kandinsky Modells mit dem slog Modell im sogenannten sloginsky Modell, um Graphen mit beliebigem Knotengrad mit den Vorteilen des slog Modells zeichnen zu können. Wir entwickeln eine Methode zur Berechnung knick-optimaler sloginsky Zeichnungen, aber wir zeigen auch, dass eine solche Zeichnung nicht für jede Eingabe möglich ist. Auch im sloginsky Modell kann eine Zeichnung exponentielle Fläche beanspruchen, was in der experimentellen Evaluation ebenfalls sichtbar wird

On the Parameterized Complexity of Bend-Minimum Orthogonal Planarity

Computing planar orthogonal drawings with the minimum number of bends is one of the most relevant topics in Graph Drawing. The problem is known to be NP-hard, even when we want to test the existence of a rectilinear planar drawing, i.e., an orthogonal drawing without bends (Garg and Tamassia, 2001). From the parameterized complexity perspective, the problem is fixed-parameter tractable when parameterized by the sum of three parameters: the number of bends, the number of vertices of degree at most two, and the treewidth of the input graph (Di Giacomo et al., 2022). We improve this last result by showing that the problem remains fixed-parameter tractable when parameterized only by the number of vertices of degree at most two plus the number of bends. As a consequence, rectilinear planarity testing lies in \FPT~parameterized by the number of vertices of degree at most two.Comment: Appears in the Proceedings of the 31st International Symposium on Graph Drawing and Network Visualization (GD 2023

Drawing planar graphs with prescribed face areas

This thesis deals with planar drawings of planar graphs such that each interior face has a prescribed area. Our work is divided into two main sections. The rst one deals with straight-line drawings and the second one with orthogonal drawings. For straight-line drawings, it was known that such drawings exist for all planar graphs with maximum degree 3. We show here that such drawings exist for all planar partial 3-trees, i.e., subgraphs of a triangulated planar graph obtained by repeatedly inserting a vertex in one triangle and connecting it to all vertices of the triangle. Moreover, vertices have rational coordinates if the face areas are rational, and we can bound the resolution. For orthogonal drawings, we give an algorithm to draw triconnected planar graphs with maximum degree 3. This algorithm produces a drawing with at most 8 bends per face and 4 bends per edge, which improves the previous known result of 34 bends per face. Both vertices and bends have rational coordinates if the face areas are rational