Interactive visualization of information hierarchies and applications on the web

The visualization of information hierarchies is concerned with the presentation of abstract hierarchical information about relationships between various entities. It has many applications in diverse domains such as software engineering, information systems, biology, and chemistry. Information hierarchies are typically modeled by an abstract tree, where vertices are entities and edges represent relationships between entities. The aim of visualizing tree drawings is to automatically produce drawings of trees which clearly reflect the relationships of the information hierarchy. This thesis is primarily concerned with problems related to the automatic generation of area-efficient grid drawings of trees, interactively visualizing information hierarchies, and applying our techniques on Web data. The main achievements of this thesis include: 1. An experimental study on algorithms that produce planar straight-line grid drawings of binary trees, 2. An experimental study that shows the algorithm for producing planar straight-line grid drawings of degree-d trees with n nodes with optimal linear area and with user-defined arbitrary aspect ratio, works well in practice, 3. A rings-based technique for interactively visualizing information hierarchies, in real-time, 4. A survey of Web visualization systems developed to address the lost in cyberspace problem, 5. A separation-based Web visualization system that we present as a viable solution to the lost in cyberspace problem, 6. A rings-based Web visualization system that we propose as a solution to the lost in cyberspace problem

Drawing graphs for cartographic applications

Graph Drawing is a relatively young area that combines elements of graph theory, algorithms, (computational) geometry and (computational) topology. Research in this field concentrates on developing algorithms for drawing graphs while satisfying certain aesthetic criteria. These criteria are often expressed in properties like edge complexity, number of edge crossings, angular resolutions, shapes of faces or graph symmetries and in general aim at creating a drawing of a graph that conveys the information to the reader in the best possible way. Graph drawing has applications in a wide variety of areas which include cartography, VLSI design and information visualization. In this thesis we consider several graph drawing problems. The first problem we address is rectilinear cartogram construction. A cartogram, also known as value-by-area map, is a technique used by cartographers to visualize statistical data over a set of geographical regions like countries, states or counties. The regions of a cartogram are deformed such that the area of a region corresponds to a particular geographic variable. The shapes of the regions depend on the type of cartogram. We consider rectilinear cartograms of constant complexity, that is cartograms where each region is a rectilinear polygon with a constant number of vertices. Whether a cartogram is good is determined by how closely the cartogram resembles the original map and how precisely the area of its regions describe the associated values. The cartographic error is defined for each region as jAc¡Asj=As, where Ac is the area of the region in the cartogram and As is the specified area of that region, given by the geographic variable to be shown. In this thesis we consider the construction of rectilinear cartograms that have correct adjacencies of the regions and zero cartographic error. We show that any plane triangulated graph admits a rectilinear cartogram where every region has at most 40 vertices which can be constructed in O(nlogn) time. We also present experimental results that show that in practice the algorithm works significantly better than suggested by the complexity bounds. In our experiments on real-world data we were always able to construct a cartogram where the average number of vertices per region does not exceed five. Since a rectangle has four vertices, this means that most of the regions of our rectilinear car tograms are in fact rectangles. Moreover, the maximum number vertices of each region in these cartograms never exceeded ten. The second problem we address in this thesis concerns cased drawings of graphs. The vertices of a drawing are commonly marked with a disk, but differentiating between vertices and edge crossings in a dense graph can still be difficult. Edge casing is a wellknown method—used, for example, in electrical drawings, when depicting knots, and, more generally, in information visualization—to alleviate this problem and to improve the readability of a drawing. A cased drawing orders the edges of each crossing and interrupts the lower edge in an appropriate neighborhood of the crossing. One can also envision that every edge is encased in a strip of the background color and that the casing of the upper edge covers the lower edge at the crossing. If there are no application-specific restrictions that dictate the order of the edges at each crossing, then we can in principle choose freely how to arrange them. However, certain orders will lead to a more readable drawing than others. In this thesis we formulate aesthetic criteria for a cased drawing as optimization problems and solve these problems. For most of the problems we present either a polynomial time algorithm or demonstrate that the problem is NP-hard. Finally we consider a combinatorial question in computational topology concerning three types of objects: closed curves in the plane, surfaces immersed in the plane, and surfaces embedded in space. In particular, we study casings of closed curves in the plane to decide whether these curves can be embedded as the boundaries of certain special surfaces. We show that it is NP-complete to determine whether an immersed disk is the projection of a surface embedded in space, or whether a curve is the boundary of an immersed surface in the plane that is not constrained to be a disk. However, when a casing is supplied with a self-intersecting curve, describing which component of the curve lies above and which below at each crossing, we can determine in time linear in the number of crossings whether the cased curve forms the projected boundary of a surface in space. As a related result, we show that an immersed surface with a single boundary curve that crosses itself n times has at most 2n=2 combinatorially distinct spatial embeddings and we discuss the existence of fixed-parameter tractable algorithms for related problems

Schematics of Graphs and Hypergraphs

Graphenzeichnen als ein Teilgebiet der Informatik befasst sich mit dem Ziel Graphen oder deren Verallgemeinerung Hypergraphen geometrisch zu realisieren. Beschränkt man sich dabei auf visuelles Hervorheben von wesentlichen Informationen in Zeichenmodellen, spricht man von Schemata. Hauptinstrumente sind Konstruktionsalgorithmen und Charakterisierungen von Graphenklassen, die für die Konstruktion geeignet sind. In dieser Arbeit werden Schemata für Graphen und Hypergraphen formalisiert und mit den genannten Instrumenten untersucht. In der Dissertation wird zunächst das „partial edge drawing“ (kurz: PED) Modell für Graphen (bezüglich gradliniger Zeichnung) untersucht. Dabei wird um Kreuzungen im Zentrum der Kante visuell zu eliminieren jede Kante durch ein kreuzungsfreies Teilstück (= Stummel) am Start- und am Zielknoten ersetzt. Als Standard hat sich eine PED-Variante etabliert, in der das Längenverhältnis zwischen Stummel und Kante genau 1⁄4 ist (kurz: 1⁄4-SHPED). Für 1⁄4-SHPEDs werden Konstruktionsalgorithmen, Klassifizierung, Implementierung und Evaluation präsentiert. Außerdem werden PED-Varianten mit festen Knotenpositionen und auf Basis orthogonaler Zeichnungen erforscht. Danach wird das BUS Modell für Hypergraphen untersucht, in welchem Hyperkanten durch fette horizontale oder vertikale – als BUS bezeichnete – Segmente repräsentiert werden. Dazu wird eine vollständige Charakterisierung von planaren Inzidenzgraphen von Hypergraphen angegeben, die eine planare Zeichnung im BUS Modell besitzen, und diverse planare BUS-Varianten mit festen Knotenpositionen werden diskutiert. Zum Schluss wird erstmals eine Punktmenge von subquadratischer Größe angegeben, die eine planare Einbettung (Knoten werden auf Punkte abgebildet) von 2-außenplanaren Graphen ermöglicht

Energy efficient transport technology: Program summary and bibliography

The Energy Efficient Transport (EET) Program began in 1976 as an element of the NASA Aircraft Energy Efficiency (ACEE) Program. The EET Program and the results of various applications of advanced aerodynamics and active controls technology (ACT) as applicable to future subsonic transport aircraft are discussed. Advanced aerodynamics research areas included high aspect ratio supercritical wings, winglets, advanced high lift devices, natural laminar flow airfoils, hybrid laminar flow control, nacelle aerodynamic and inertial loads, propulsion/airframe integration (e.g., long duct nacelles) and wing and empennage surface coatings. In depth analytical/trade studies, numerous wind tunnel tests, and several flight tests were conducted. Improved computational methodology was also developed. The active control functions considered were maneuver load control, gust load alleviation, flutter mode control, angle of attack limiting, and pitch augmented stability. Current and advanced active control laws were synthesized and alternative control system architectures were developed and analyzed. Integrated application and fly by wire implementation of the active control functions were design requirements in one major subprogram. Additional EET research included interdisciplinary technology applications, integrated energy management, handling qualities investigations, reliability calculations, and economic evaluations related to fuel savings and cost of ownership of the selected improvements

A combinatorial approach to orthogonal placement problems

liegt nicht vor!Wir betrachten zwei Familien von NP-schwierigen orthogonalen Platzierungsproblemen aus dem Bereich der Informationsvisualisierung von einem theoretischen und praktischen Standpunkt aus. Diese Arbeit enthält ein gemeinsames kombinatorisches Gerüst für Kompaktierungsprobleme aus dem Bereich des orthogonalen Graphenzeichnens und Beschriftungsprobleme von Punktmengen aus dem Gebiet der Computer-Kartografie. Bei den Kompaktierungsproblemen geht es darum, eine gegebene dimensionslose Beschreibung der orthogonalen Form eines Graphen in eine orthogonale Gitterzeichnung mit kurzen Kanten und geringem Flächenverbrauch zu transformieren. Die Beschriftungsprobleme haben zur Aufgabe, eine gegebene Menge von rechteckigen Labels so zu platzieren, dass eine lesbare Karte entsteht. In einer klassischen Anwendung repräsentieren die Punkte beispielsweise Städte einer Landkarte, und die Labels enthalten die Namen der Städte. Wir präsentieren neue kombinatorische Formulierungen für diese Probleme und verwenden dabei eine pfad- und kreisbasierte graphentheoretische Eigenschaft in einem zugehörigen problemspezifschen Paar von Constraint-Graphen. Die Umformulierung ermöglicht es uns, exakte Algorithmen für die Originalprobleme zu entwickeln. Umfassende experimentelle Studien mit Benchmark-Instanzen aus der Praxis zeigen, dass unsere Algorithmen, die auf linearer Programmierung beruhen, in der Lage sind, große Instanzen der Platzierungsprobleme beweisbar optimal und in kurzer Rechenzeit zu lösen. Ferner kombinieren wir die Formulierungen für Kompaktierungs- und Beschriftungsprobleme und präsentieren einen exakten algorithmischen Ansatz für ein Graphbeschriftungsproblem. Oftmals sind unsere neuen Algorithmen die ersten exakten Algorithmen für die jeweilige Problemvariante

A combinatorial approach to orthogonal placement problems

liegt nicht vor!Wir betrachten zwei Familien von NP-schwierigen orthogonalen Platzierungsproblemen aus dem Bereich der Informationsvisualisierung von einem theoretischen und praktischen Standpunkt aus. Diese Arbeit enthält ein gemeinsames kombinatorisches Gerüst für Kompaktierungsprobleme aus dem Bereich des orthogonalen Graphenzeichnens und Beschriftungsprobleme von Punktmengen aus dem Gebiet der Computer-Kartografie. Bei den Kompaktierungsproblemen geht es darum, eine gegebene dimensionslose Beschreibung der orthogonalen Form eines Graphen in eine orthogonale Gitterzeichnung mit kurzen Kanten und geringem Flächenverbrauch zu transformieren. Die Beschriftungsprobleme haben zur Aufgabe, eine gegebene Menge von rechteckigen Labels so zu platzieren, dass eine lesbare Karte entsteht. In einer klassischen Anwendung repräsentieren die Punkte beispielsweise Städte einer Landkarte, und die Labels enthalten die Namen der Städte. Wir präsentieren neue kombinatorische Formulierungen für diese Probleme und verwenden dabei eine pfad- und kreisbasierte graphentheoretische Eigenschaft in einem zugehörigen problemspezifschen Paar von Constraint-Graphen. Die Umformulierung ermöglicht es uns, exakte Algorithmen für die Originalprobleme zu entwickeln. Umfassende experimentelle Studien mit Benchmark-Instanzen aus der Praxis zeigen, dass unsere Algorithmen, die auf linearer Programmierung beruhen, in der Lage sind, große Instanzen der Platzierungsprobleme beweisbar optimal und in kurzer Rechenzeit zu lösen. Ferner kombinieren wir die Formulierungen für Kompaktierungs- und Beschriftungsprobleme und präsentieren einen exakten algorithmischen Ansatz für ein Graphbeschriftungsproblem. Oftmals sind unsere neuen Algorithmen die ersten exakten Algorithmen für die jeweilige Problemvariante

Artificial intelligence and architectural design : an introduction

Descripció del recurs: 27 juliol 2022The aim of this book on artificial intelligence for architects and designers is to guide future designers, in general, and architects, in particular, to support the social and cultural wellbeing of the humanity in a digital and global environment. This objective is today essential but also extremely large, interdisciplinary and interartistic, so we have done just a brief introduction of the subject. We will start with the argument fixed by the Professor Jonas Langer in his web some years ago, that we have defined as: “The Langer’s Tree”.Primera edició