Introducción. Los SIG como herramientas de visualización


La representación de la información geográfica es una parte fundamental en el trabajo con SIG, y habitualmente durante una sesión de trabajo aparece la necesidad de crear algún tipo de representación visual. Antes de entrar en los siguiente capítulos de esta parte y detallar los conceptos de representación que después emplearemos para visualizar la información geográfica, veremos en este lo que esta representación implica dentro de un SIG. Estudiaremos los SIG como herramientas que permiten visualizar la información geográfica, analizando sus puntos débiles y sus aspectos más destacados, y veremos cómo están concebidos de cara a satisfacer las diversas necesidades que aparecen en este terreno.

Puesto que vamos a tratar las capacidades de los SIG para la visualización, con especial atención a las de los SIG de escritorio, los conceptos del capítulo SIGs_escritorio dedicado a éstos deben conocerse con detalle. También es interesante recordar las ideas sobre Web mapping descritas en el capítulo Servidores_y_clientes_remotos.


Introducción

Visualizar la información geográfica es una parte fundamental del trabajo con un SIG. Aunque no es un aspecto imprescindible, y es posible incluso encontrar SIG enfocados al análisis en los cuales no existe forma de visualizar la información con la que se trabaja, la gran mayoría de soluciones, especialmente las de escritorio, incluyen las funcionalidades de visualización como elemento básico, y estas resultan imprescindibles para la inmensa mayoría de usuarios.

Como ya vimos en el capítulo dedicado a las herramientas de escritorio, dos son las tareas que un SIG debe permitir en lo que a visualización respecta: crear representaciones dentro del entorno mismo del SIG y generar representaciones autocontenidas que puedan imprimirse y den lugar a un documento cartográfico en sentido clásico. La representación en pantalla dentro del SIG puede guardar similitud con la idea clásica de mapa, o bien ser distinta, aprovechando elementos que no son habituales en esos mapas y que la tecnología del SIG sí que permite.

En ambos casos, no obstante, lo más relevante de cara a los conocimientos que el usuario del SIG debe tener en cuanto a visualización es la capacidad de convertir los datos en elementos visuales, con independencia de que estos vayan a representarse y usarse en pantalla durante una sesión de trabajo, o bien vayan a imprimirse en papel para su uso posterior en ese soporte. Este es el objetivo de esta parte del libro: proporcionar las ideas fundamentales para que el usuario de SIG logre las mejores representaciones visuales durante su trabajo con el SIG. Para ello, lo primero es conocer qué nos ofrece un SIG como herramienta de visualización y qué podemos esperar de él.

Particularidades del SIG como herramienta de visualización

Como herramienta de visualización, el SIG tiene sus particularidades, las cuales deben unirse a las propias de los modelos de almacenamiento que empleamos para recoger la información geográfica a visualizar. Esto hace que el trabajo de generar una representación visual de una determinada información geográfica no sea igual en el caso de realizarse mediante un SIG que cuando se lleva a cabo en base a la labor clásica del cartógrafo. Trabajar en un SIG añade, entre otros elementos, el hecho de que la información se encuentra almacenada según un modelo dado (ráster o vectorial). Si esta distinción implica, como ya sabemos, notables diferencias a la hora de analizar esa información u optimizar el acceso a los datos que la contienen, no es menos cierto que también va a conllevar un enfoque distinto a la hora de visualizar unos u otros tipo de datos.

Para el cartógrafo en su concepto clásico, esta distinción no existe. Indirectamente, sí puede asumirse que existe algo similar, ya que el cartógrafo ha de conocer la naturaleza de las variables que representa, y sabemos que esta naturaleza se encuentra muy ligada al modelo a escoger para representarla (por ejemplo, sabemos que variables continuas como la elevación se analizan mejor si se almacenan según el modelo ráster, aunque ello no implica que no puedan almacenarse de un modo distinto y ello no tenga interés). No obstante, no existe una división formal explicita tal como sucede en el caso del SIG.

Otra de las diferencias a la hora de representar la información geográfica en un SIG deriva del propio objetivo que dicha representación tiene. La labor del cartógrafo tiene como fin primordial el crear un elemento visual que transmita la información geográfica. El cartógrafo, por lo general, no es un usuario de la cartografía, sino un productor de esta para su uso por terceros. El usuario de SIG, sin embargo, puede crear cartografía para otros pero, en la mayoría de los casos, la crea para sí mismo para poder emplearla como una herramienta más a la hora de desarrollar su trabajo con el SIG. Por esta razón, la representación visual que se produce con un SIG puede tener un carácter general y estar pensada para ser empleada en ámbitos diversos, pero también puede tener una funcionalidad muy clara dentro de un campo de aplicación dado, o incluso dentro exclusivamente de un proyecto concreto. Este hecho puede relajar las exigencias que se presentan al generar una representación cartográfica en un SIG, pero al mismo tiempo también ofrece la posibilidad de enfocar el esfuerzo de visualización de forma más particular. Es decir, de considerar el contexto de ese ámbito de utilización para lograr una representación más eficaz dentro de ese entorno particular.

Por último, cuando pensamos en un mapa tradicional es difícil advertir que se trata de un elemento visual creado a partir de otro no visual. Es decir, un mapa es un elemento gráfico desarrollado a partir de unos ciertos datos. Los datos en sí no pueden «verse», pero son los que posibilitan la creación del mapa. Resulta más sencillo pensar que el cartógrafo simplemente plasma la realidad del terreno (que podemos ver con nuestros propios ojos sin más que ir a la zona representada por el mapa), que pensar que está convirtiendo datos en elementos gráficos tales como líneas o puntos. Sin embargo, y aunque no utilicemos un SIG, esos datos existen, ya que el cartógrafo pone sobre el papel las medidas (datos numéricos) tomados por los técnicos en campo, ya sean estas provenientes de algún sensor o el resultado de un levantamiento topográfico, entre otros orígenes posibles.

El beneficiario de esos datos es el usuario del mapa, que recibe la representación visual de éstos, y es esta visualización la que le transmite, en la medida de lo posible y en función de su propia calidad como elemento de comunicación, la información geográfica subyacente. El usuario de un SIG, salvo que utilice una imagen (una fotografía aérea, un mapa escaneado o un mapa ya preparado a través de un servicio de mapas), no recibe elemento visual alguno, sino tan solo datos numéricos que son, eso sí, muy susceptibles de ser visualizados.

En relación con esto, un SIG está pensado para satisfacer dos necesidades fundamentales. Por una parte, la creación de cartografía a partir de los datos, del mismo modo que el cartógrafo utiliza otro tipo de herramientas para elaborar mapas a partir de los datos topográficos o temáticos de los que dispone. Por otra, y para el usuario cuyo fin último no es la elaboración de cartografía, visualizar de la mejor forma posible los datos con los que trabaja, para que esta visualización aporte valor añadido a los datos de cara al desarrollo de la labor de ese usuario. Ambos enfoques coexisten en un SIG y están orientados en cualquier caso a extraer de los datos la mayor información posible de forma visual.

En definitiva, debemos tener siempre presente que en un SIG la información geográfica no es un elemento visual, ya que llega a nosotros convertida en última instancia en algo puramente numérico, apto para ser procesado de un modo u otro por el ordenador en el que ejecutamos el SIG. Somos nosotros, a través del SIG, quienes la dotamos de un aspecto visual. En otras palabras, en un mapa clásico la tarea del cartógrafo (que es quien prepara la información geográfica) es hacer que sea lo más fácil posible de interpretar para el usuario de ese mapa. En el SIG existe también alguien que prepara los datos (por ejemplo, un técnico que comprueba la calidad de un MDE y lo almacena en un formato dado), pero su objetivo es facilitar su interpretación y uso al ordenador (o, más concretamente, al SIG). La visualización, por lo general, y salvo que en esa preparación se añadan elementos adicionales que complementen al dato en sí, queda en manos del usuario del dato. Es por esta razón que una parte como esta resulta fundamental en un libro de SIG, ya que el usuario de SIG necesita conocer cómo emplear el SIG para visualizar la información con la que trabaja.

La visualización científica y los SIG

Aunque, como decimos, el SIG hace más obvio que un mapa es la expresión visual de una serie de datos, la visualización de datos no es algo exclusivo de los SIG como aplicaciones informáticas, y en absoluto se trata de algo nuevo relacionado con los ordenadores y sus capacidades de representación. La creación de gráficas y diagramas es una realidad desde mucho antes que aparecieran los ordenadores, y estas son una herramienta fundamental en el ámbito científico. Visualizar series de datos sencillos mediante la representación de éstos ayuda a comprender su naturaleza y constituye un útil de gran potencia a pesar de su aparente simplicidad.

Visualizando un dato cualquiera se obtiene una densidad de información mucho mayor que si ese mismo dato se representa numérica o textualmente. Asimismo, se estima que aproximadamente el 50% de las neuronas están dedicadas a la visualización. Como reza la sabiduria popular, «una imagen vale más que mil palabras», y esta es una verdad que cobra pleno sentido dentro de campo de las ciencias.

Se puede pensar que una representación simple tal como un diagrama de barras o uno de dispersión está muy alejado del tipo de representación compleja que un mapa supone, y que, por tanto, también es muy distinta de la representación que tiene lugar en un SIG. Analizándolo con un poco más de detalle vemos, sin embargo, que la diferencia no es tal y existen muchas similitudes y relaciones.

En primer lugar, estas representaciones pueden aplicarse a la componente temática de los datos espaciales y permitir el análisis de esta. Prescindiendo de la componente espacial, la componente temática es susceptible de ser analizada mediante cualquiera de las herramientas habituales de la estadística descriptiva, entre ellas las del análisis exploratorio de datos tales como las gráficas y diagramas antes mencionados.

En segundo lugar, existen en la actualidad otras herramientas de visualización de datos más avanzadas, producto del avance tecnológico de los últimos tiempos, el mismo que ha propiciado el salto de la cartografía clásica a la cartografía digital y al campo de los SIG. Si el volumen de información y sus características ha variado sensiblemente en lo que al ámbito geográfico respecta, otras áreas no han sido ajenas a transformaciones similares, lo cual ha tenido como consecuencia el desarrollo de nuevas ideas para poder visualizar esa información y poder aprovechar sobre ella las capacidades de percepción y análisis visual de que disponemos. El desarrollo en este sentido es tal que constituye en la actualidad una rama de la ciencia propia: la visualización científica.

Los conceptos de la visualización científica pueden ser aprovechados por los SIG, que aproximan de ese modo sus funcionalidades a las de las aplicaciones de visualización genérica de datos. En algunos casos, las diferencias son meramente formales y debidas a los enfoques tradicionales que se vienen empleando en estos campos, pero la integración entre ambos es posible al menos en lo que a sus conceptos y fundamentos respecta.

Consideremos por ejemplo, las representaciones de la figura \ref{Fig:VisualizacionCientifica}. La de la izquierda se ha producido a partir de datos obtenidos en un túnel de viento y muestra las presiones ejercidas por el aire sobre un ciclista, así como las lineas de flujo que se forman. La de la derecha representa la actividad cerebral en un ratón tras un estímulo, y se ha creado en base a los datos proporcionados por un tomógrafo. Salvando las diferencias en cuanto al campo de la ciencia del que provienen, ambas representaciones guardan muchas semejanzas con, por ejemplo, las obtenidas a partir de un MDE, en las que habitualmente se emplea una paleta de colores similar para visualizar los valores de las distintas celdas. Puedes ir al capítulo Creacion_capas_raster para encontrar un buen número de ellas y comprobar por ti mismo esa similitud.

Dos ejemplos de visualización científica.
$$\label{Fig:VisualizacionCientifica}$$

Aunque puedan parecer algo muy alejado de lo que entendemos por SIG y del trabajo que desarrollamos con uno de ellos, lo cierto es que representaciones así podrían perfectamente formar parte de un proyecto SIG, al menos en teoría. Si pensamos en la primera de ellas, la del ciclista, no es raro en la actualidad que un SIG 3D permita cargar modelos tridimensionales tales como edificios o árboles, por poner dos ejemplos (veremos esto con detalle algo más adelante en esta misma parte del libro). De este modo, no es tan descabellado pensar en disponer en un SIG de los datos de la forma de ese ciclista, datos que, por otra parte, son de tipo espacial y encajan perfectamente en el tipo de datos que un SIG maneja. De hecho, el modelo que ha servido para calcular esos datos de presión podría aplicarse mediante las capacidades de modelización de un SIG, y podría estudiarse un supuesto en el que se conocieran los datos de viento de una determinada zona. Es decir, situar al ciclista en una calle dada y con unas condiciones concretas y efectuar el cálculo que nos llevaría a unos datos similares a los representados en la imagen. Siendo posible realizar ese cálculo en un SIG, visualizar esos datos resultantes a través de una representación como la mostrada es, sin embargo, algo que no resulta aún posible en un SIG, y es necesario el concurso de una aplicación especializada de visualización científica.

Así pues, las imágenes de la figura \ref{Fig:VisualizacionCientifica} no han sido creadas con un SIG, sino con sendas aplicaciones de visualización científica de ese tipo. Estas aplicaciones presentan funcionalidades distintas a las que tiene un SIG, siendo habitualmente más avanzadas y con un mayor grado de interactividad. Asimismo, están pensadas para la representación de datos multidimensionales, algo que no sucede con los SIG [McCormick1987ACM]. La diferencia principal estriba en que, mientras que la visualización en el SIG complementa al análisis y a otras operaciones sobre los datos, en la visualización científica esta es el análisis, y el objetivo único de la visualización es facilitar el análisis visual de los datos. Este es el motivo por el que aparecen funciones avanzadas de tipo interactivo que permiten al usuario «jugar» con los datos, alterando su representación para hacer más explicita la información que contienen.

Si estas funcionalidades avanzadas no aparecen en los SIG en la actualidad, esto no obedece a una imposibilidad técnica o a que carezca de sentido implementarlas, sino más bien al enfoque predominante en el diseño de los SIG, que en lo que a visualización respecta se asemeja mucho aún a la cartografía clásica. Aunque los SIG 3D van ganando terreno, la idea clásica de visualización en un SIG hereda directamente del mapa tradicional, y se constituye en muchos casos como una mera herramienta para crear este, sin considerar que puede ser posible la creación de otro tipo de representaciones.

Las limitaciones en cuanto a visualización también se deben en parte a las limitaciones en los datos, ya que un SIG no es de momento la herramienta ideal para el manejo de datos multidimensionales, a pesar de que estos abundan en el ámbito geográfico. Hemos estudiado mucho acerca de los datos espaciales en este libro, y la mayor parte de cuanto hemos visto se basa en el uso de geometrías planas o, en todo caso, tridimensionales, siendo extraño el trabajo con otros datos, al menos en los SIG de uso genérico. Existen, por ejemplo, modelos para mallas de datos multidimensionales, pero las capas ráster tal y como las hemos estudiado son puramente bidimensionales. Mientras haya carencias en los modelos de datos y en la concepción del dato geográfico, es lógico entender que las capacidades de visualización de los SIG también presenten deficiencias a la hora de trabajar ciertos tipos de datos

El uso combinado de aplicaciones para visualización científica y SIG es la solución actual a determinados problemas de visualización que exceden las capacidades habituales de estos últimos. En este sentido, se han producido acercamientos entre ambos tipos de aplicaciones para tratar de conseguir que esta combinación no se lleve a cabo tan solo mediante una mera compartición de datos (uso de formatos comunes que permiten «pasar» los datos de una aplicación a otra), sino que exista una verdadera integración que reduzca la redundancia de funcionalidades y maximice las posibilidades. Por el momento, la plena integración dista mucho de ser una realidad, por lo que debe recurrirse a la utilización conjunta de una u otra manera. En [Rhyne1997CG] puede encontrarse este tema desarrollado con más profundidad.

Aunque en los SIG faltan muchos de los elementos y de las capacidades de las aplicaciones de visualización científica, algunas ideas de esta sí que aparecen en ellos, y en su conjunto amplían la potencialidad del mapa como metáfora de una realidad que se representa. La más básica de todas ellas es la interactividad que permiten las herramientas de navegación. Aunque lejanas de lo que podemos encontrar en aplicaciones de visualización científica especializadas, ofrecen un respuesta por parte del mapa a las acciones de quien lo utiliza. Frente al carácter pasivo del mapa impreso, las representaciones dentro de un SIG son activas.

Otros elementos menos frecuentes son la incorporación de animaciones y la visualización tridimensional. Sin ser equiparable a las capacidades de representación multidimensional de un programa de visualización científica, esta última supone, no obstante, un salto cualitativo enorme frente al carácter bidimensional del mapa impreso. En el capítulo Visualizacion_SIG veremos más acerca de las representaciones tridimensionales y las animaciones.

Este nuevo enfoque que se produce en el ámbito cartográfico al incorporar parte de las ideas de la visualización científica se conoce como geovisualización, y conforma una rama de esta última dedicada al caso particular de visualizar la información geográfica. Una forma muy gráfica de ver la diferencia entre el documento cartográfico clásico y la geovisualización que se produce dentro de un SIG es mediante el denominado Cubo cartográfico [MacEachren1994Pergamon] (Figura \ref{Fig:CuboCartografico}).

El cubo cartográfico.
$$\label{Fig:CuboCartografico}$$

El cubo cartográfico contiene tres ejes, en los cuales se representan el grado de interactividad, el objetivo principal de la representación y la audiencia a la que esta se dirige. La cartografía clásica y la geovisualización se sitúan en vértices opuestos, ya que presentan características distintas en estos tres conceptos. El mapa clásico esta pensado para presentar una información de la que ya se dispone, pero no es una herramienta para descubrir nueva información. La geovisualización, por el contrario, con la posibilidad que ofrece al usuario de «explorar» los datos, puede servir para extraer información que no se conocía de antemano a la hora de crear la representación. La interactividad es alta en la geovisualización y baja en el mapa clásico, como ya hemos visto. Por último, la audiencia en la geovisualización es privada, entendiéndose con esto no que existan restricciones para su acceso, sino que en su mayoría son representaciones fugaces que cambian según el usuario interactúa con el software, y por tanto lo normal es que solo sea ese usuario quien las disfrute, no teniendo un carácter persistente como el mapa impreso.

Los SIG frente a las aplicaciones de diseño

Pese a que, como acabamos de ver, la visualización en un SIG va mucho más allá del mapa tradicional, resulta indudable que la creación de este es una tarea fundamental y que los SIG han de responder a esa necesidad como herramientas primordiales para el cartógrafo y el diseñador. No obstante, como ya se mencionó en GeneracionCartografia, las necesidades del cartógrafo van a menudo más allá de los que un SIG puede ofrecer, siendo necesario recurrir a programas de diseño del mismo modo que sucede con las aplicaciones de visualización científica. Esto es así, principalmente, debido a que la labor del cartógrafo contiene un elemento artístico (que es, a su vez, puramente visual) que los SIG no están preparados para manejar. El SIG es una herramienta demasiado «estricta» en este sentido, ya que realiza una representación de los datos donde prima la exactitud y la corrección, sin dejar lugar para licencias que, si bien mejorarán la calidad del mapa como medio de transmisión de información, suponen un elemento fuera de la ortodoxia del SIG.

Así, un cartógrafo puede necesitar representar un punto o una línea desplazada de su localización real o deformar algún elemento, y esto es algo que, en general, un SIG no permite. En realidad, no es algo imposible de hacer en un SIG, sino, por el contrario, algo sencillo. Bastaría modificar los datos para adaptarlos a la visualización que queremos obtener. De este modo, no obstante, estamos alterando el dato y creando uno nuevo incorrecto, lo cual afectará a cualquier otro uso posterior que se haga de esté más allá de su visualización. Es decir, el SIG no permite mantener la corrección de los datos y al mismo añadir esas «incorrecciones» que forman parte de las herramientas del cartógrafo a la hora de crear cartografía.

La solución es, como hemos dicho, hacer uso de aplicaciones de diseño que no tienen en consideración el significado de los elementos gráficos y no plantean restricciones como las anteriores. Esto puede llevarse a cabo operando con el SIG para crear una primera representación que luego se edita en un programa de diseño gráfico para retocar aquellos elementos que puedan mejorarse mediante el buen hacer del cartógrafo experimentado. En particular, el uso de software de ilustración vectorial es la opción más adecuada para la elaboración de mapas. Este planteamiento supone, sin embargo, una integración muy débil y que presenta numerosos inconvenientes, entre los cuales cabe citar los siguientes:

Al contrario de lo que sucedía con las herramientas de visualización científica, los SIG sí que van progresivamente incorporando la ideas de estas aplicaciones de diseño gráfico, permitiendo cada vez más la labor artística del cartógrafo y adaptándose a sus necesidades igual que se adaptan a las de otros usuarios con requerimientos distintos de visualización. Aún así, este tipo de capacidades deben considerarse como algo avanzado que pocos SIG incorporan, ya que la mayoría de ellos se centran en la visualización dentro de su propio entorno y solo permiten la elaboración de cartografía rudimentaria o, al menos, lejos de los estándares de la producción cartográfica clásica.

Resumen

La visualización es parte vital de los SIG y por ello estos disponen de abundantes funcionalidades para la representar la información geográfica. Existen, no obstante, importantes diferencias entre la creación de una representación dentro de un SIG y la labor tradicional del cartógrafo. Desde el punto de vista conceptual, una diferencia fundamental es el hecho de que el usuario de la información geográfica en un SIG no la recibe en un formato visual, sino como meros datos numéricos, siendo él quien ha de procurarse esa representación visual.

La visualización de datos es en la actualidad un apartado de gran importancia no solo en el campo del SIG, sino en todo el ámbito científico en general. Las aplicaciones existentes para la visualización de datos de diversa índole superan en muchas ocasiones a los SIG en cuanto a sus capacidades, especialmente en el manejo de datos multidimensionales y la interactividad entre el usuario y la representación. El uso conjunto de estas aplicaciones y los SIG amplia las posibilidades de estos, que por el momento no incluyen dichas capacidades avanzadas entre sus funcionalidades.

Otras aplicaciones que complementan a los SIG en lo que a la producción de cartografía respecta son las empleadas en el diseño gráfico. Las funcionalidades de estas, no obstante, sí que están siendo incorporadas progresivamente por los SIG, de tal modo que éstos cada vez van siendo herramientas más completas que ofrecen todo lo necesario para la creación profesional de cartografía.

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