Graph Layout Support for Model-Driven Engineering

Spönemann, Miro

As shown previously by Fuhrmann, there are several concepts for increasing the productivity of MDE by improving the practical handling of models. The automatic layout of graph-based models is a key enabler in this context. However, there is a striking contrast between the abundance of research results in the field of graph layout methods and the current state of graphical modeling tools, where only a tiny fraction of these results are ever adopted. This thesis aims to bridge this gap on three separate levels: specialized layout algorithms, configuration management, and software infrastructure. Regarding layout algorithms, here we focus on the layer-based approach. We examine its extension to include ports and hyperedges, which are essential features of certain kinds of graphs, e.g. data flow models. The main contribution is the handling of constraints on the positioning of ports, which is done mainly in the crossing minimization and edge routing phases. Hyperedges are represented with normal edges, simplifying their handling but introducing inaccuracies for counting crossings. A final extension discussed here is a sketch-driven approach for simple integration of user interactivity. An abstract layout is the selection of a layout algorithm with a mapping of its parameters to specific values. We discuss a new meta model allowing to specify the structure of a graph as well as its abstract layout and its concrete layout, i.e. positioning data computed by the layout algorithm. This forms a basis for efficient management of layout configurations. Furthermore, we investigate an evolutionary algorithm for searching the solution space of abstract layouts, taking readability criteria into account for evaluating solutions. The software infrastructure developed here targets the connection of arbitrary diagram viewers (front-ends) with arbitrary graph layout algorithms (back-ends). The main challenge is to find suitable abstractions that allow such generality and at the same time keep the complexity as low as possible. We discuss a possible realization based on the Eclipse platform, which is used by several modeling tools, e.g. the Graphical Modeling Framework. A web-based survey has been conducted among users of the layout infrastructure in order to evaluate to what extent the stated goals have been met. The overall feedback collected from this survey is very positive.

Wie bereits von Fuhrmann gezeigt, kann die Produktivität modellgetriebener Softwareentwicklung durch zahlreiche Konzepte zur Verbesserung der praktischen Handhabung von Modellen erhöht werden. Dabei ist das automatische Layout graphenbasierter Modelle ein zentraler Schlüssel. Allerdings gibt es einen bemerkenswerten Kontrast zwischen der Fülle an Forschungsergebnissen im Bereich des Graphen-Layout und dem aktuellen Stand graphischer Modellierungswerkzeuge, bei denen nur ein kleiner Teil dieser Ergebnisse übernommen wird. Das Ziel dieser Arbeit ist diese Lücke auf drei separaten Ebenen zu überbrücken: spezialisierte Layout-Algorithmen, Verwaltung von Konfigurationen und Software-Infrastruktur. Im Bezug auf Layout-Algorithmen liegt der Schwerpunkt auf dem Layer-basierten Ansatz. Wir untersuchen dessen Erweiterung zur Unterstützung von Ports und Hyperkanten, was wesentliche Bestandteile bestimmter Arten von Graphen sind, z.B. Datenflussmodelle. Der Hauptbeitrag ist die Einbeziehung von Bedingungen für die Positionierung von Ports, vor allem während der Kreuzungsminimierung und der Kantenführungsphase. Hyperkanten werden durch normale Kanten repräsentiert, was deren Verarbeitung vereinfacht aber Ungenauigkeiten beim Zählen von Kreuzungen verursacht. Als letzte Erweiterung betrachten wir einen Sketch-basierten Ansatz für die einfache Integration von Nutzerinteraktivität. Ein abstraktes Layout ist die Auswahl eines Layout-Algorithmus zusammen mit einer Abbildung seiner Parameter auf konkrete Werte, während ein konkretes Layout Positionsdaten beschreibt, die von einem Algorithmus berechnet wurden. Wir diskutieren ein neues Metamodell, mit dem sowohl die Struktur als auch das abstrakte sowie das konkrete Layout eines Graphen spezifiziert werden kann. Dies bildet eine Grundlage für die effiziente Verwaltung von Layout-Konfigurationen. Zudem untersuchen wir einen evolutionären Algorithmus für die Suche im Lösungsraum abstrakter Layouts, wobei zur Bewertung von Lösungen Ästhetikkriterien ausgewertet werden. Die in dieser Arbeit entwickelte Software-Infrastruktur hat als Ziel, beliebige Graphen-basierte Diagramme (front-ends) mit beliebigen Layout-Algorithmen (back-ends) zu verbinden. Die größte Herausforderung dabei ist das Finden geeigneter Abstraktionen, die eine solche Allgemeingültigkeit erlauben und gleichzeitig die Komplexität so niedrig wie möglich halten. Wir betrachten eine mögliche Realisierung, die auf Eclipse basiert, eine von vielen Modellierungswerkzeugen verwendete Plattform. Eine Web-basierte Umfrage wurde unter Nutzern der Layout-Infrastruktur durchgeführt, um zu untersuchen inwieweit die gesteckten Ziele erfüllt worden sind. Die allgemeine Resonanz zu dieser Umfrage ist sehr positiv.

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Spönemann, Miro: Graph Layout Support for Model-Driven Engineering.

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