Refactoring of UML models using AGG

Model refactoring is an emerging research topic that is heavily inspired by refactoring of object-oriented programs. Current-day UML modeling environments provide poor support for evolving UML models and applying refactoring techniques at model level. As UML models are intrinsically graph-based in nature we propose to use graph transformations to specify and apply model refactoring. More in particular, we use a specific graph transformation tool, AGG, and provide recommendations of how AGG may be improved to better support model refactoring. These recommendations are based on a small experiment that we have carried out with refactoring of UML class diagrams and state machines

Refactorings en el Contexto de MDA

The Model Driven Architecture (MDA) is an initiative proposed by the Object Management Group (OMG) to model centric software development. It is based on the concepts of models, metamodels and automatic transformation from abstract models to executable components or applications. The outstanding ideas behind MDA are the different kinds of models, the separation of the specification of the system functionality from its implementation on specific platforms and the control of the model evolution. Refactorings play a fundamental role in the perfective evolution of the models. In this paper, we propose refactoring specification based on metamodeling techniques. The refactoring rules are specified in the Object Constraint Language (OCL) as contracts between metamodels. We propose a uniform treatment of MDA-refactorings at different abstraction levels. We describe foundations for MDA-based refactoring that enable extending the functionality of the existing CASE tools in order to improve the MDA-based process qualityLa arquitectura model-driven (MDA) es una iniciativa propuesta por el Object Management Group (OMG) para la especificación de sistemas basada en el uso de modelos. Los elementos básicos en esta arquitectura son los modelos, metamodelos y transformaciones automáticas desde modelos abstractos a componentes ejecutables o aplicaciones. Las ideas centrales son la clasificación de modelos en distintos niveles de abstracción, la independencia entre la especificación de la funcionalidad del sistema y su implementación sobre una plataforma en una tecnología específica y el control de la evolución de los modelos. Los refactorings tienen un rol fundamental en la evolución perfectiva de los modelos. En este artículo se propone una especificación de refactorings basados en MDA utilizando una técnica de metamodelado, especificándolos en el Object Constraint Language (OCL) como contratos entre metamodelos. Se presenta un tratamiento uniforme de los refactorings para los distintos modelos propuestos por la arquitectura MDA. La incorporación de esta propuesta a la funcionalidad de las herramientas CASE existentes permitiría mejorar la calidad de los procesos basados en MDA.Workshop de Ingeniería de Software y Bases de Datos (WISBD)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Refactorings en el Contexto de MDA

The Model Driven Architecture (MDA) is an initiative proposed by the Object Management Group (OMG) to model centric software development. It is based on the concepts of models, metamodels and automatic transformation from abstract models to executable components or applications. The outstanding ideas behind MDA are the different kinds of models, the separation of the specification of the system functionality from its implementation on specific platforms and the control of the model evolution. Refactorings play a fundamental role in the perfective evolution of the models. In this paper, we propose refactoring specification based on metamodeling techniques. The refactoring rules are specified in the Object Constraint Language (OCL) as contracts between metamodels. We propose a uniform treatment of MDA-refactorings at different abstraction levels. We describe foundations for MDA-based refactoring that enable extending the functionality of the existing CASE tools in order to improve the MDA-based process qualityLa arquitectura model-driven (MDA) es una iniciativa propuesta por el Object Management Group (OMG) para la especificación de sistemas basada en el uso de modelos. Los elementos básicos en esta arquitectura son los modelos, metamodelos y transformaciones automáticas desde modelos abstractos a componentes ejecutables o aplicaciones. Las ideas centrales son la clasificación de modelos en distintos niveles de abstracción, la independencia entre la especificación de la funcionalidad del sistema y su implementación sobre una plataforma en una tecnología específica y el control de la evolución de los modelos. Los refactorings tienen un rol fundamental en la evolución perfectiva de los modelos. En este artículo se propone una especificación de refactorings basados en MDA utilizando una técnica de metamodelado, especificándolos en el Object Constraint Language (OCL) como contratos entre metamodelos. Se presenta un tratamiento uniforme de los refactorings para los distintos modelos propuestos por la arquitectura MDA. La incorporación de esta propuesta a la funcionalidad de las herramientas CASE existentes permitiría mejorar la calidad de los procesos basados en MDA.Workshop de Ingeniería de Software y Bases de Datos (WISBD)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Fachlich erweiterbare 3D-Stadtmodelle – Management, Visualisierung und Interaktion

Domain-extendable semantic 3D city models are complex mappings and inventories of the urban environment which can be utilized as an integrative information backbone to facilitate a range of application fields like urban planning, environmental simulations, disaster management, and energy assessment. Today, more and more countries and cities worldwide are creating their own 3D city models based on the CityGML specification which is an international standard issued by the Open Geospatial Consortium (OGC) to provide an open data model and XML-based format for describing the relevant urban objects with regards to their 3D geometry, topology, semantics, and appearance. It especially provides a flexible and systematic extension mechanism called “Application Domain Extension (ADE)” which allows third parties to dynamically extend the existing CityGML definitions with additional information models from different application domains for representing the extended or newly introduced geographic object types within a common framework. However, due to the consequent large size and high model complexity, the practical utilization of country-wide CityGML datasets has posed a tremendous challenge regarding the setup of an extensive application system to support the efficient data storage, analysis, management, interaction, and visualization. These requirements have been partly solved by the existing free 3D geo-database solution called ‘3D City Database (3DCityDB)’ which offers a rich set of functionalities for dealing with standard CityGML data models, but lacked the support for CityGML ADEs. The key motivation of this thesis is to develop a reliable approach for extending the existing database solution to support the efficient management, visualization, and interaction of large geospatial data elements of arbitrary CityGML ADEs. Emphasis is first placed on answering the question of how to dynamically extend the relational database schema by parsing and interpreting the XML schema files of the ADE and dynamically create new database tables accordingly. Based on a comprehensive survey of the related work, a new graph-based framework has been proposed which uses typed and attributed graphs for semantically representing the object-oriented data models of CityGML ADEs and utilizes graph transformation systems to automatically generate compact table structures extending the 3DCityDB. The transformation process is performed by applying a series of fine-grained graph transformation rules which allow users to declaratively describe the complex mapping rules including the optimization concepts that are employed in the development of the 3DCityDB database schema. The second major contribution of this thesis is the development of a new multi-level system which can serve as a complete and integrative platform for facilitating the various analysis, simulation, and modification operations on the complex-structured 3D city models based on CityGML and 3DCityDB. It introduces an additional application level based on a so-called ‘app-concept’ that allows for constructing a light-weight web application to reach a good balance between the high data model complexity and the specific application requirements of the end users. Each application can be easily built on top of a developed 3D web client whose functionalities go beyond the efficient 3D geo-visualization and interactive exploration, and also allows for performing collaborative modifications and analysis of 3D city models by taking advantage of the Cloud Computing technology. This multi-level system along with the extended 3DCityDB have been successfully utilized and evaluated by many practical projects.Fachlich erweiterbare semantische 3D-Stadtmodelle sind komplexe Abbildungen und Datenbestände der städtischen Umgebung, die als ein integratives Informationsrückgrat genutzt werden können, um eine Reihe von Anwendungsfeldern wie z. B. Stadtplanung, Umweltsimulationen, Katastrophenmanagement und Energiebewertung zu ermöglichen. Heute schaffen immer mehr Länder und Städte weltweit ihre eigenen 3D-Stadtmodelle auf Basis des internationalen Standards CityGML des Open Geospatial Consortium (OGC), um ein offenes Datenmodell und ein XML-basiertes Format zur Beschreibung der relevanten Stadtobjekte in Bezug auf ihre 3D-Geometrien, Topologien, Semantik und Erscheinungen zur Verfügung zu stellen. Es bietet insbesondere einen flexiblen und systematischen Erweiterungsmechanismus namens „Application Domain Extension“ (ADE), der es Dritten ermöglicht, die bestehenden CityGML-Definitionen mit zusätzlichen Informationsmodellen aus verschiedenen Anwendungsdomänen dynamisch zu erweitern, um die erweiterten oder neu eingeführten Stadtobjekt-Typen innerhalb eines gemeinsamen Framework zu repräsentieren. Aufgrund der konsequent großen Datenmenge und hohen Modellkomplexität bei der praktischen Nutzung der landesweiten CityGML-Datensätze wurden jedoch enorme Anforderungen an den Aufbau eines umfangreichen Anwendungssystems zur Unterstützung der effizienten Speicherung, Analyse, Verwaltung, Interaktion und Visualisierung der Daten gestellt. Die bestehende kostenlose 3D-Geodatenbank-Lösung „3D City Database“ (3DCityDB) entsprach bereits teilweise diesen Anforderungen, indem sie zwar eine umfangreiche Funktionalität für den Umgang mit den Standard-CityGML-Datenmodellen, jedoch keine Unterstützung für CityGML-ADEs bietet. Die Schlüsselmotivation für diese Arbeit ist es, einen zuverlässigen Ansatz zur Erweiterung der bestehenden Datenbanklösung zu entwickeln, um das effiziente Management, die Visualisierung und Interaktion großer Datensätze beliebiger CityGML-ADEs zu unterstützen. Der Schwerpunkt liegt zunächst auf der Beantwortung der Schlüsselfrage, wie man das relationale Datenbankschema dynamisch erweitern kann, indem die XML-Schemadateien der ADE analysiert und interpretiert und anschließend dem entsprechende neue Datenbanktabellen erzeugt werden. Auf Grundlage einer umfassenden Studie verwandter Arbeiten wurde ein neues graphbasiertes Framework entwickelt, das die typisierten und attributierten Graphen zur semantischen Darstellung der objektorientierten Datenmodelle von CityGML-ADEs verwendet und anschließend Graphersetzungssysteme nutzt, um eine kompakte Tabellenstruktur zur Erweiterung der 3DCityDB zu generieren. Der Transformationsprozess wird durch die Anwendung einer Reihe feingranularer Graphersetzungsregeln durchgeführt, die es Benutzern ermöglicht, die komplexen Mapping-Regeln einschließlich der Optimierungskonzepte aus der Entwicklung des 3DCityDB-Datenbankschemas deklarativ zu formalisieren. Der zweite wesentliche Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen mehrstufigen Systemkonzepts, das auf CityGML und 3DCityDB basiert und gleichzeitig als eine komplette und integrative Plattform zur Erleichterung der Analyse, Simulationen und Modifikationen der komplex strukturierten 3D-Stadtmodelle dienen kann. Das Systemkonzept enthält eine zusätzliche Anwendungsebene, die auf einem sogenannten „App-Konzept“ basiert, das es ermöglicht, eine leichtgewichtige Applikation bereitzustellen, die eine gute Balance zwischen der hohen Modellkomplexität und den spezifischen Anwendungsanforderungen der Endbenutzer erreicht. Jede Applikation lässt sich ganz einfach mittels eines bereits entwickelten 3D-Webclients aufbauen, dessen Funktionalitäten über die effiziente 3D-Geo-Visualisierung und interaktive Exploration hinausgehen und auch die Durchführung kollaborativer Modifikationen und Analysen von 3D-Stadtmodellen mit Hilfe von der Cloud-Computing-Technologie ermöglichen. Dieses mehrstufige System zusammen mit dem erweiterten 3DCityDB wurde erfolgreich in vielen praktischen Projekten genutzt und bewertet

Fachlich erweiterbare 3D-Stadtmodelle – Management, Visualisierung und Interaktion

Domain-extendable semantic 3D city models are complex mappings and inventories of the urban environment which can be utilized as an integrative information backbone to facilitate a range of application fields like urban planning, environmental simulations, disaster management, and energy assessment. Today, more and more countries and cities worldwide are creating their own 3D city models based on the CityGML specification which is an international standard issued by the Open Geospatial Consortium (OGC) to provide an open data model and XML-based format for describing the relevant urban objects with regards to their 3D geometry, topology, semantics, and appearance. It especially provides a flexible and systematic extension mechanism called “Application Domain Extension (ADE)” which allows third parties to dynamically extend the existing CityGML definitions with additional information models from different application domains for representing the extended or newly introduced geographic object types within a common framework. However, due to the consequent large size and high model complexity, the practical utilization of country-wide CityGML datasets has posed a tremendous challenge regarding the setup of an extensive application system to support the efficient data storage, analysis, management, interaction, and visualization. These requirements have been partly solved by the existing free 3D geo-database solution called ‘3D City Database (3DCityDB)’ which offers a rich set of functionalities for dealing with standard CityGML data models, but lacked the support for CityGML ADEs. The key motivation of this thesis is to develop a reliable approach for extending the existing database solution to support the efficient management, visualization, and interaction of large geospatial data elements of arbitrary CityGML ADEs. Emphasis is first placed on answering the question of how to dynamically extend the relational database schema by parsing and interpreting the XML schema files of the ADE and dynamically create new database tables accordingly. Based on a comprehensive survey of the related work, a new graph-based framework has been proposed which uses typed and attributed graphs for semantically representing the object-oriented data models of CityGML ADEs and utilizes graph transformation systems to automatically generate compact table structures extending the 3DCityDB. The transformation process is performed by applying a series of fine-grained graph transformation rules which allow users to declaratively describe the complex mapping rules including the optimization concepts that are employed in the development of the 3DCityDB database schema. The second major contribution of this thesis is the development of a new multi-level system which can serve as a complete and integrative platform for facilitating the various analysis, simulation, and modification operations on the complex-structured 3D city models based on CityGML and 3DCityDB. It introduces an additional application level based on a so-called ‘app-concept’ that allows for constructing a light-weight web application to reach a good balance between the high data model complexity and the specific application requirements of the end users. Each application can be easily built on top of a developed 3D web client whose functionalities go beyond the efficient 3D geo-visualization and interactive exploration, and also allows for performing collaborative modifications and analysis of 3D city models by taking advantage of the Cloud Computing technology. This multi-level system along with the extended 3DCityDB have been successfully utilized and evaluated by many practical projects.Fachlich erweiterbare semantische 3D-Stadtmodelle sind komplexe Abbildungen und Datenbestände der städtischen Umgebung, die als ein integratives Informationsrückgrat genutzt werden können, um eine Reihe von Anwendungsfeldern wie z. B. Stadtplanung, Umweltsimulationen, Katastrophenmanagement und Energiebewertung zu ermöglichen. Heute schaffen immer mehr Länder und Städte weltweit ihre eigenen 3D-Stadtmodelle auf Basis des internationalen Standards CityGML des Open Geospatial Consortium (OGC), um ein offenes Datenmodell und ein XML-basiertes Format zur Beschreibung der relevanten Stadtobjekte in Bezug auf ihre 3D-Geometrien, Topologien, Semantik und Erscheinungen zur Verfügung zu stellen. Es bietet insbesondere einen flexiblen und systematischen Erweiterungsmechanismus namens „Application Domain Extension“ (ADE), der es Dritten ermöglicht, die bestehenden CityGML-Definitionen mit zusätzlichen Informationsmodellen aus verschiedenen Anwendungsdomänen dynamisch zu erweitern, um die erweiterten oder neu eingeführten Stadtobjekt-Typen innerhalb eines gemeinsamen Framework zu repräsentieren. Aufgrund der konsequent großen Datenmenge und hohen Modellkomplexität bei der praktischen Nutzung der landesweiten CityGML-Datensätze wurden jedoch enorme Anforderungen an den Aufbau eines umfangreichen Anwendungssystems zur Unterstützung der effizienten Speicherung, Analyse, Verwaltung, Interaktion und Visualisierung der Daten gestellt. Die bestehende kostenlose 3D-Geodatenbank-Lösung „3D City Database“ (3DCityDB) entsprach bereits teilweise diesen Anforderungen, indem sie zwar eine umfangreiche Funktionalität für den Umgang mit den Standard-CityGML-Datenmodellen, jedoch keine Unterstützung für CityGML-ADEs bietet. Die Schlüsselmotivation für diese Arbeit ist es, einen zuverlässigen Ansatz zur Erweiterung der bestehenden Datenbanklösung zu entwickeln, um das effiziente Management, die Visualisierung und Interaktion großer Datensätze beliebiger CityGML-ADEs zu unterstützen. Der Schwerpunkt liegt zunächst auf der Beantwortung der Schlüsselfrage, wie man das relationale Datenbankschema dynamisch erweitern kann, indem die XML-Schemadateien der ADE analysiert und interpretiert und anschließend dem entsprechende neue Datenbanktabellen erzeugt werden. Auf Grundlage einer umfassenden Studie verwandter Arbeiten wurde ein neues graphbasiertes Framework entwickelt, das die typisierten und attributierten Graphen zur semantischen Darstellung der objektorientierten Datenmodelle von CityGML-ADEs verwendet und anschließend Graphersetzungssysteme nutzt, um eine kompakte Tabellenstruktur zur Erweiterung der 3DCityDB zu generieren. Der Transformationsprozess wird durch die Anwendung einer Reihe feingranularer Graphersetzungsregeln durchgeführt, die es Benutzern ermöglicht, die komplexen Mapping-Regeln einschließlich der Optimierungskonzepte aus der Entwicklung des 3DCityDB-Datenbankschemas deklarativ zu formalisieren. Der zweite wesentliche Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen mehrstufigen Systemkonzepts, das auf CityGML und 3DCityDB basiert und gleichzeitig als eine komplette und integrative Plattform zur Erleichterung der Analyse, Simulationen und Modifikationen der komplex strukturierten 3D-Stadtmodelle dienen kann. Das Systemkonzept enthält eine zusätzliche Anwendungsebene, die auf einem sogenannten „App-Konzept“ basiert, das es ermöglicht, eine leichtgewichtige Applikation bereitzustellen, die eine gute Balance zwischen der hohen Modellkomplexität und den spezifischen Anwendungsanforderungen der Endbenutzer erreicht. Jede Applikation lässt sich ganz einfach mittels eines bereits entwickelten 3D-Webclients aufbauen, dessen Funktionalitäten über die effiziente 3D-Geo-Visualisierung und interaktive Exploration hinausgehen und auch die Durchführung kollaborativer Modifikationen und Analysen von 3D-Stadtmodellen mit Hilfe von der Cloud-Computing-Technologie ermöglichen. Dieses mehrstufige System zusammen mit dem erweiterten 3DCityDB wurde erfolgreich in vielen praktischen Projekten genutzt und bewertet

Formalización de refactorings en el contexto de MDA

El objetivo principal de esta tesis es presentar una técnica de especificación de refactorings alineados con MDA aplicables a sus diferentes tipos de modelos de diseño UML, es decir, a modelos independientes de la computación, modelos dependientes de una plataforma y modelos dependientes de la implementación. En particular, en este trabajo, se muestra la técnica de especificación de refactorings aplicados a modelos de diagramas de clases UML enriquecidos con anotaciones OCL en los distintos niveles de abstracción. Los refactorings se especifican como contratos OCL utilizando la técnica de metamodelado. Los metamodelos son expresados usando Meta Object Facility (MOF). Asimismo, en esta tesis, se analiza la integración de la especificación de los refactorings con técnicas formales. Se detalla la traducción de los contratos OCL de refactorings y los metamodelos MOF al lenguaje de especificación formal NEREUS.Facultad de Informátic

Quality Assessment and Quality Improvement for UML Models

UML-Modelle sind heutzutage Teil der Dokumentation, der Spezifikation und manchmal sogar der Implementierung von Softwaresystemen. Allerdings kann UML sehr unterschiedlich benutzt werden. Die Gründe hierfür sind vielfältig. So fehlen zum Beispiel allgemein akzeptierte Normen und Richtlinien für die Verwendung von UML. Des Weiteren ist die Sprache UML sehr komplex und Teile der Sprache besitzen nur eine semi-formale Semantik. All diese Faktoren führen zu Qualitätsproblemen bei UML-Modellen, die untersucht und bearbeitet werden müssen.In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren für eine integrierte und kontinuierliche Qualitätsbewertung und -verbesserung von UML-Modellen vorgestellt. Das Verfahren basiert auf einem neuen Qualitätsmodell für UML-Modelle, dessen exemplarische Instanziierung in der Arbeit beschrieben wird. Es wurde ein prototypisches Werkzeug entwickelt, mit dessen Hilfe die Qualitätsbeurteilung und die -verbesserung von UML-Modellen automatisiert durchgeführt werden kann.Zum Nachweis der Anwendbarkeit des vorgestellten Verfahrens wurde eine Fallstudie im Rahmen eines UML-Praktikums durchgeführt. Die Qualität der während des Praktikums entwickelten UML-Modelle wurde kontinuierlich bewertet und identifizierte Qualitätsprobleme mussten von den Teilnehmern des Praktikums fortlaufend beseitigt werden. Die Ergebnisse der Fallstudie unterstreichen die praktische Anwendbarkeit und das hohe Potential des vorgestellten Verfahrens zur automatisierten Qualitätsbewertung und -verbesserung von UML-Modellen