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1 DISS.ETH NO Forthcoming Database A Framework Approach for Data Visualization Applications A dissertation submitted to the SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH for the degree of Doctor of Technical Sciences presented by Kuk Hwan Mieusset-Kang Diplom Informatiker RWTH Aachen accepted on the recommendation of Prof. Dr. Gerhard Schmitt, examiner Prof. Dr. Moira Norrie, co-examiner 2005

2 Abstract Collaboration with information architects requires insights in aesthetics, information visualization, development processes, database use and user interaction. Based on this premise, the forthcoming database concept is conceived that frames the essential functionalities of the database according to the needs in building information visualization applications. It defines a new position for the database and serves to improve awareness and transparency throughout the application, including relationships among the users, application designers and the database. Information visualization is a study on graphical presentation methodology that represents information characteristics including structure and relations in consideration of user interaction on it. Thus, its applications represent data so that it can be used for many tasks including data exploration, knowledge discovery and work space communication and collaboration. Users need to be able to integrate and negotiate their interests in the collaborative work environment, and application designers want to spend less effort when developing, adapting and maintaining the system. Furthermore, the database need to be promoted to support the visualization concept that the application designer utilizes as well. The forthcoming database is a framework approach in response to these requirements based on our experiences in lecture and research. It considers awareness information, user interest, connectivity among system elements and users and communication between users and the application designer. In doing so, it provides functionalities complementing the application designer s work, attracting user involvement, offering fundamentals for communication and promoting the database through automated processes and transparency. As a result, the database moved from a static position to an active one, with regard to visualization, due to its forthcoming behavior. The implementation of the forthcoming database concept is accomplished as middleware consisting of several layers representing its functionalities. The system implementation was developed using the programming language JAVA and C++. For the database, ORACLE and MySQL are used. Programming languages and DBMS were chosen according to the application and the designers preferences.

3 The implemented concept was applied to three case studies, which served to prove and fine-tune the forthcoming database concept. Two of the case studies are webbased applications, an architectural course environment and a virtual office environment. The last case is an immersive 3D environment for data exploration. Each case study analysis is based on our own observations and designer and user feedback that was recorded and analyzed.

4 Résumé La collaboration avec les architectes de l information requiert de la compréhension pour l esthétique, la visualisation de l information, le processus de développement, l utilisation des bases de données et l interaction avec les utilisateurs. Sur la base de ces prémisses, on a conçu le concept de base de données prévenante, un concept qui décrit les fonctionnalités essentielles d une base de données utilisable pour la construction d applications de visualisation d information. Ce concept définit une nouvelle position pour la base de données et sert àaméliorer la conscience de la situation et la transparence à travers toute l application ainsi que les relations entre les utilisateurs, le développeur de l application et la base de données. Les applications de visualisation de l information représentent les données pour qu elles puissent être utilisées dans beaucoup de domaines tels que l exploration de données, la découverte de connaissances ainsi que la communication et la collaboration à l intérieur d un espace de travail. Les utilisateurs ont besoin d être capable d intégrer et de modifier leurs intérêts dans l environnement de collaboration et le développeur de l application veut consacrer moins d effort durant le développement, l adaptation et la maintenance du système. De plus, la base de données a aussi besoin d être promue pour supporter le concept de visualisation du développeur de l application. La base de données prévenante est une approche répondant à ces exigences fondées sur nos expériences durant les cours et notre recherche. Elles considèrent les informations concernant la conscience, les centres d intérêts des utilisateurs, la connectivité entre les éléments du système et les utilisateurs ainsi que la communication entre les utilisateurs et le développeur de l application. En faisant comme ça, on obtient des fonctionnalités complémentaires au travail du développeur de l application, qui attirent la participation de l utilisateur, qui offrent des bases pour la communication et qui perfectionnent la base de données par des processus automatisés et transparents. Au final, la base de données n est plus statique mais active au niveau de la visualisation grâce à son comportement prévenant. L implémentation du concept de la base de donnée prévenante est réalisée en tant que middleware composé de plusieurs niveaux représentant ses fonctionnalités. Le système a été implémenté en utilisant les langages de programmation Java et C++.

5 Pour la base de données, on a utilisé ORACLE et MySQL. Le langage de programmation et le DBMS ont été choisis selon l application et les préférences du développeur. Le concept implémenté a été appliqué à trois études de cas particulier qui ont servi à prouver et à peaufiner le concept de la base de données prévenante. Les deux premiers cas sont des applications basées sur le réseau internet, un environnement de cours d architecture et un bureau virtuel. Le dernier cas est un environnement 3D immergé pour l exploration de données. L analyse de chaque cas étudié est fondée sur nos propres observations et sur les compte-rendus du développeur et des utilisateurs qui ont été recueillis et analysés.

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