         Um modelo de notações customizáveis para representação de
                                  ontologias
                            Wander Almeida Limeira1 , Dilvan de Abreu Moreira1
         1
             Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação, Universidade de São Paulo, (USP)
                                             São Carlos – SP – Brazil
               Abstract. Some studies have shown that the ontology editors have several li-
               mitations to represent the knowledge of domain experts. The objective of this
               work is the improvement of the visual interfaces of ontology editors, suggesting
               a model of customizable notations. The present work is developed in partnership
               with Embrapa Meio Ambiente. Domain experts from the Embrapa Meio Ambi-
               ente will provide the necessary support for data collection and validation of the
               proposal.

               Resumo. Estudos em ferramentas para edição de ontologias apontam diversas
               limitações para representação do conhecimento de especialistas de domı́nio.
               Este trabalho tem como foco o aperfeiçoamento das interfaces visuais dos edito-
               res de ontologias, sugerindo um modelo de notações customizáveis. O presente
               trabalho é desenvolvido em parceria com a Embrapa Meio Ambiente, sendo os
               especialistas de domı́nio o público alvo para coleta de dados e validação da
               proposta.

        1. Introdução
        [Gruber 1993] afirma que a ontologia é uma especificação formal e explı́cita de uma
        conceitualização compartilhada. Ontologias descrevem os conceitos e também os rela-
        cionamentos que há entre esses conceitos e podem ser usadas como instrumento com-
        putacional para representação de conhecimento de diversos domı́nios. Nesse sentido as
        ontologias têm um papel importante na modelagem de conhecimento por especialistas.
                Como linguagem padrão, a Ontology Web Language (OWL) foi criada pelo World
        Wide Web Consortium (W3C) e também é apontada pela comunidade como um impor-
        tante instrumento para o fortalecimento da Web Semântica, possuindo como uma das
        principais caracterı́sticas seu bom nı́vel de expressividade.
               Representar de forma simplificada, conceitos presentes na OWL não é uma tarefa
        simples em um editor de ontologias.
                Para auxiliar os projetistas de novas ferramentas, estudos em Visualização de
        Informações tem criado técnicas capazes de auxiliar na análise e compreensão dos con-
        juntos de dados presentes nas ontologias. Técnicas de visualização são baseadas em me-
        canismos de representação visual e de interação que permitem ao usuário manipular os
        elementos dessa representação de modo a melhor compreender o conjunto de dados ali
        representado [Freitas et al. 2001].

        2. Problema de Pesquisa
        Existem diversas ferramentas capazes de criar visualizar e editar ontologias. Foram ana-
        lisadas durante este trabalho as principais ferramentas WEB disponı́veis para edição de


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ontologias em OWL. Muitas dessas ferramentas possuem diversas limitações, sendo que
grande parte dessas ferramentas possuem pouco ou nenhum nı́vel de customização, não
permitindo uma maior flexibilização na apresentação dos conceitos contidos no grafo.
        Uma revisão sistematizada realizada por [Netto and Lima 2017], identificou que
há a necessidade do desenvolvimento de novas pesquisas em visualização de ontologias,
sendo os principais campos de investigação:

     • Visualização de ontologias complexas;
     • Ferramentas para usuários leigos em ontologias;
     • Estudos de usabilidade e de requisitos de usuários;
     • Contribuição cognitiva para usuários.

3. Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo contribuir com o desenvolvimento de técnicas para
visualização de ontologias. A principal técnica adotada é o uso de notações custo-
mizáveis.

4. Objetivos Especı́ficos
Tendo como meta o objetivo proposto, os seguintes objetivos especı́ficos devem ser
alcançados:

     • Definir uma arquitetura de notações customizável (cores, formas, dimensão, etc);
     • Elaborar um modelo de representação junto aos especialistas de domı́nio, baseado
       na arquitetura definida;
     • A construção de um editor capaz de ser integrado aos SADs existentes;
     • Demonstrar que o uso do editor e das notações permitem aos especialistas de
       domı́nio obter ganhos na visualização de ontologias.

5. Trabalhos relacionados
Devido ao escopo reduzido do artigo nas duas próximas subseções, será descrito de forma
sucinta as principais ferramentas relacionadas ao escopo desse trabalho.

5.1. VOWL
A notação visual para ontologias OWL denominado VOWL, define uma linguagem vi-
sual para representação de ontologias. Os componentes do VOWL são formados por um
conjunto básico de blocos que consideram formas e cores distintas para representar di-
ferentes aspectos dos elementos da OWL [Lohmann et al. 2014]. A WebVOWL é uma
aplicação web para visualização de ontologias que faz uso das notações definidas pela
VOWL [Lohmann et al. 2015].

5.2. OWLGrEd
OWLGrEd é uma ferramenta Web para visualização e edição de ontologias utilizando
notações baseadas em UML [Liepinš et al. 2014]. Os elementos gráficos são renderizados
utilizando o elemento Canvas do HTML em conjunto com a biblioteca KineticJS.
6. SAD
Os SADs(Sistemas de Apoio à Decisão) pertencem a um conjunto de sistemas direciona-
dos ao planejamento estratégico, auxiliando na tomada de decisão.
        SADs são sistemas que permitem comparar, analisar, simular e apoiar a seleção de
alternativas com base na geração de cenários que envolvem variáveis relacionadas a um
domı́nio [Heinzle et al. 2017]. Os SADs permitem aos especialistas de domı́nio modelar
seu conhecimento.

6.1. Sistema de Apoio à Decisão SustenAgro
O SAD SustenAgro é uma instanciação do Framework Decisioner no qual foi desenvol-
vido para suportar esses sistemas. Ele possui uma ontologia de domı́nio de avaliação
de sustentabilidade da produção de cana-de-açúcar na região centro-sul do Brasil. Esta
ontologia representa conceitos como: indicadores, componentes de indicadores, ı́ndices,
dimensões da sustentabilidade, recomendações e o método de avaliação [Suarez 2017].

6.2. Sistema de Apoio à Decisão Nano
O método GMP-RAMRisk Assessment Method for Genetically Modified Plants foi desen-
volvido para que fosse possı́vel avaliar a segurança de plantas geneticamente modificadas
em relação a saúde humana e ao meio ambiente [de Jesus et al. 2006].
        Os sistemas de apoio a decisão SustenAgro e Nano e as ontologias associadas ser-
virão como estudos de caso para este trabalho e permitirão estabelecer uma metodologia
de desenvolvimento da ferramenta.

7. Visualização de informação
Técnicas de visualização são baseadas em mecanismos de representação visual e de
interação que permitem ao usuário manipular os elementos dessa representação de modo
a melhor compreender o conjunto de dados ali representado [Freitas et al. 2001].As
técnicas de visualização de informação permitem uma abstração do conjunto de
informações proporcionando também uma organização desse conjunto mediante algum
critério do usuário.

8. Visualização de ontologias
Segundo [Katifori et al. 2007] uma ontologia deve ser exibida de forma que o usuário
possa sem esforço identificar as seguintes informações:
     • Classes: devem ser visualizadas de maneira inteligı́vel;
     • Instâncias: representá-las como nós conectados a classe nem sempre é eficaz de-
       vido ao seu grande número.
     • Taxonomia (relações Isa): são relações de herança entre as classes. O sistema
       deve ao menos fornecer uma representação hierárquica da ontologia;
     • Herança múltipla: não são fáceis de representar em combinação com uma
       representação eficaz da taxonomia;
     • Relações: outras relações entre classes que não pertencem a taxonomia, são
       difı́ceis de serem representadas;
     • Propriedades: as propriedades associadas a uma entidade são também de muita
       importância na representação.
       Várias caracterı́sticas da OWL serão analisadas durante o desenvolvimento deste
trabalho, de modo que seja possı́vel compreender melhor propriedades tais como:
owl:inverseOf, owl:sameAs, owl:unionOf, owl:complementOf, etc.

9. Método de Pesquisa
Este trabalho apresenta a pesquisa em andamento a nı́vel de Mestrado no programa de
pós-graduação em ciências de computação e matemática computacional (PPG-CCMC)
do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC-USP).
        Várias atividades já foram concluı́das dentro do programa, tais como a
integralização dos créditos, o exame de proficiência em lı́ngua inglesa e também a
elaboração e apresentação do exame de qualificação, dentre outros.
       Também estão previstas as seguintes atividades de pesquisa:

    1. Identificar o estado da arte para os editores de ontologias OWL disponı́veis na
       plataforma Web;
    2. Desenvolvimento dos artefatos de software;
    3. Estudos comparativos de editores de ontologia;
    4. Elaboração do modelo de notações customizáveis;
    5. Integração aos SADs existentes;
    6. Estudos de caso Sustenagro e Nano.
        Os estudos de caso deverão se conduzidos de modo que os experimentos sejam
realizados com usuários especialistas e não especialistas em ontologias. Essas avaliações
serão conduzidas em diferentes etapas do desenvolvimento e servirão como base para
formular um estudo comparativo contendo as caracterı́sticas observacionais dos grupos.
Nessas avaliações, serão utilizadas técnicas como entrevistas individuais, podendo estas
serem realizas presencialmente ou à distância, e também a observação de tarefas realiza-
das por esses usuários.

10. Proposta e Resultados
Propõe-se a construção de um modelo de notações customizável baseados em regras, para
que se possa representar graficamente as seguintes caracterı́sticas:

     • Forma do elemento;
     • Cor do elemento;
     • Dimensão do elemento;
     • Cor para padrões nos dados;
     • Cor para grandes ou pequenas quantidade de instâncias nos dados;
     • Texto das ligações;
     • Etc.
       O desenvolvimento da ferramenta já alcançou alguns resultados, no qual serão
apresentados logo em seguida.
       O especialista de domı́nio poderá criar regras personalizadas para representar de-
terminadas classes ou subclasses presentes na ontologia. Na Figura 1 é possı́vel visualizar
a aba que permite a criação desses comportamentos visuais para cores dos elementos.
                Figura 1. KGWE - Configurações personalizadas de cores


       Há também opção para customização das dimensões dos elementos contidos no
grafo. A customização pode ser feito de forma genérica como a seguinte afirmação:
”Aplique a cor azul para todos os cı́rculos que forem renderizados”ou então de forma
personalizada por meio de regras, tais como: ”Aplique a cor verde para o nó que con-
tenha o nome Carro”ou ainda ”Aplique a cor vermelho para todos os elementos que são
subclasses de Veı́culo”.
       O resultado das customizações podem ser visualizados na Figura 2.


      Figura 2. KGWE - Renderização utilizando customização de cores e tamanhos


        O editor permite também a customização com imagens(JPG, PNG...) personali-
zadas para cada classe (nó), permite também a substituição dos textos presentes nos links
por meio de regras. O especialista poderá caso queira, realizar filtragem para exibição dos
nós pelo método de vizinhança, selecionando o nı́vel de relações no qual deve ser exibido
no grafo.
       Todas as informações carregadas visualmente no Frontend são trazidas direta-
mente da triplestore (GraphDB) por meio de uma API, ambos construı́dos com a lingua-
gem Kotlin, utilizando para o frontend a biblioteca REACT e componentes do MaterialUI.
Para que fosse possı́vel criar uma representação manipulável da ontologia, foi utilizado a
biblioteca javascript D3, em um layout gráfico direcionado por força.
      Pretende-se também que a ferramenta gere um relatório completo das
customizações e até mesmo a exportação desses padrões.
        Aqui: https://bit.ly/2LjznXJ encontra-se maiores detalhes da ferramenta em uso.

11. Conclusão
Foi apresentado neste artigo um resumo do trabalho no qual está sendo desenvolvido du-
rante o programa de pós-graduação. Foi proposto um modelo para que os editores de
ontologias se tornem mais eficientes e também eficazes para representação do conheci-
mento de especialistas de domı́nio. Com base no que foi proposto, foi criado um editor
de ontologias denominado Knowledge Graph Web Editor (KGWE), no qual está atual-
mente em estágio de desenvolvimento. Várias funcionalidades já estão disponı́veis para
avaliação pelos especialistas de domı́nio.

Referências
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