Майкл ДМерс ГИС. Инициаторы проведения этого новаторского события надеются привлечь к нему внимание мировой общественности и широких масс пользователей географических информационных систем из всех стран.
 Скачать 4.47 Mb.
|
|
тематическим картам (thematic maps), выделяющим структурные отношения в рамках выбранной темы, мы сконцентрируем наше внимание именно на них. В случае ГИС слово "тема" можно заменить на "решение", так как такие карты чаще всего являются результатом решения определенной задачи или ключом к завершению процесса принятия решения. Помимо размещения на тематической карте исследуемых объектов, на ней должна также присутствовать некоторая система координат, чтобы была возможность определения положений этих объектов в географическом пространстве [Robinson et al., 1995]. В некоторых случаях, например, при отображении данных, полученных со спутников, координатная система становится особенно важной, поскольку пользователь может быть не знаком с представлением наземных объектов в псевдоцветах и не сможет прочитать карту без координатной сетки или очертаний знакомых объектов. Кроме того, координатная сетка позволяет оценивать пространственную протяженность и площадь объектов. Первое правило при составлении тематической карты гласит, что она должна быть читаема, анализируема и интерпретируема [Muehrcke and Muehrcke, 1992]. А проще: "устраните все ненужные объекты". Каждый помещаемый на карту объект должен что-то говорить на тему этой карты. Не должно быть ничего лишнего и всяких украшений вроде тех, что помещают на карты спрятанных пиратских сокровищ. Даже после того, как вы устраните лишние объекты, нужно будет принять множество решений о выборе, обработке и генерализации выходных данных, а затем - об использовании соответствующих символов для отображения этих данных таким образом, чтобы пользователь легко мог их понять [Robinson et al., 1995]. Этот процесс состоит из своего рода смеси науки и искусства, и, чтобы достичь наилучшего результата, следует выполнить несколько предварительных набросков перед началом реальной компиляции карты. Дизайн карты может быть очень сложным, особенно при широких возможностях современных компьютерных программ. Однако логические (интеллектуальные) и графические (визуальные) цели картографического дизайна часто конфликтуют. Разрешение этих проблем почти всегда происходит путем компромисса [Robinson et al., 1995]. Например, если вы располагаете символы домов на карте, то и логика, и эстетика диктуют согласованный подход, скажем, расположение символов в точных координатах домов. Но если там же имеется линейный символ, представляющий дорогу, проходящую очень близко от этих домов, то либо символ дроги, либо символы домов должны быть смещены. При некоторых обстоятельствах вам может потребоваться смещение как символов домов, так и символа дороги в сторону от их точных положений (Рисунок 14.1). Выбор, сделанный на Рисунке 14.1, отражает важнейшее положение о том, что графические объекты не абсолютно точно указывают реальное положение физических объектов, которые они представляют. Картографам приходилось решать огромное множество подобных проблем, поэтому они создали подробный набор соглашений (conventions) и традиций, которые являются результатом проб и ошибок, а главное, - проверки среди пользователей карт. Эти результаты содержат самые эффективные методы достижения компромисса, они должны быть для вас руководством для ваших собственных картографических решений. Отклонений от установленных норм почти всегда приводит к созданию карты, менее эффективной в сообщении результатов вашего анализа, чем она могла бы быть.  Рисунок 14.1. Компромисс размещения символов. Участок карты, иллюстрирующий компромисс, необходимый для размещения символа реки вблизи символов домов. Некоторые объекты должны быть физически смещены, чтобы дать место другим. Процесс дизайна Первый шаг состоит в выборе типа карты, которую вы собираетесь создать, размещаемых на ней объектов и общего ее вида. Эта стадия интуитивна, результат ее - общий план вашей карты. Может быть полезен набросок, сделанный от руки, прежде чем вы сядете за компьютер (Рисунок 14.2). Далее вы выбираете символы для отображения объектов, интервалы классов, цвета, типы линий и другие графические элементы. Это тоже можно сделать на эскизе. При этом обычно отмечаются размеры объектов и расстояния между ними, которые потом могут быть введены в программу (Рисунок 14.2b). Заключительная стадия процесса дизайна состоит в точной настройке того, что было сделано на предыдущей стадии. Здесь в общий план карты могут вноситься только небольшие изменения. Главное — создание прототипа на экране монитора перед выводом на печать, так как принтеры и плоттеры намного медленнее экрана монитора. При этом следует учитывать возможные различия изображений на экране монитора и на бумаге, обусловленные использованием специальных языков управления периферийными устройствами. При выводе текста нередко получается так, что шрифты в компьютере и в принтере немного различаются, что приводит к наложению или сдвигу надписей, чего не наблюдалось на экране, или замене некоторых символов (особенно символов национального алфавита и специальных), коды которых различаются в компьютере и принтере (Рисунок 14.3)*. Другая часто встречающаяся проблема - несоответствие цветов: заметно различающиеся на экране компьютера цвета могут оказаться практически одинаковыми на бумаге. Здесь можно порекомендовать вывести уменьшенную копию карты или ее часть, чтобы оценить соответствие и, если нужно, внести коррективы перед печатью всей карты**.  Рисунок 14.2. Предварительная компоновка карты. Составленные от руки (а) и на компьютере (b) наброски, показывающие основные объекты, их размещение и общую композицию карты. На компьютерном варианте указаны размеры объектов, что полезно для завершения компоновки. Роль символов в дизайне При создании карты вы должны варьировать вид графических примитивов, представляющих точечные, линейные и площадные объекты, чтобы эти объекты были различимы. Основные параметры, которые могут изменяться, это форма, размер, ориентация и цвет [Robinson et al., 1995]. Кроме этого, для заполнения * Эта проблема радикально решается установкой в драйвере периферийного устройства (например, принтера) флажка требования выводить всё, включая текст, в виде графики. При этом возможно некоторое замедление вывода, зато соответствие всегда будет полным. **Более надежный путь - калибровка оборудования с использованием специальных калибровочных программ (обычно используемых в издательском деле) для достижения максимального соответствия изображений на экране и бумаге. После калибровки учет всех различий и их корректировка производятся программой автоматически в процессе вывода. — прим. перев. Вывод результатов анализа площадных объектов могут использоваться штриховки (patterns), которые характеризуются организацией (arrangement) - регулярной или случайной, частотой следования элементов (texture), позволяющей делать их светлее или темнее, и ориентацией (orientation) этих элементов [Robinson et al., 1995].  Рисунок 14.3. Окончательная композиция карты. Изображение карты на экране компьютера (а) и то, что можно обнаружить на бумаге (b). Заметны наложения, отсутствовавшие на экране компьютера. Все эти параметры могут изменяться для улучшения графического представления объектов и их групп. Поскольку карты воспринимаются как единое целое (в отличие текста, воспринимаемого последовательно, слово за словом), необходимо также уделять внимание таким характеристикам дизайна, как разборчивость (legibility), визуальный контраст (visual contrast), отношение основного изображения и фона (figure-ground) и иерархическая структура (hierarchical structure). Графические символы должны быть прежде всего разборчивыми: отдельные линии - разделимыми, цвета - различимыми, формы -узнаваемыми [Robinson et al., 1995]. Размеры символов должны учитывать расстояние, с которого карта рассматривается и которое может меняться от десятков сантиметров при индивидуальной работе до нескольких метров при демонстрации в коллективе. При этом нужно помнить и о физических ограничениях оборудования и человеческого глаза. Другим фактором разборчивости является видимость самих символов. Например, линии замечаются легко, поэтому нет нужды делать их особенно широкими. Одни сочетания цветов помогают различению (как черные буквы на белом фоне), другие - мешают (те же черные буквы на темно-синем фоне). Наконец, использование легко узнаваемых символов и их комбинаций помогает разборчивости, - классическим примером являются фигуры, используемые на дорожных знаках, - они позволяют передать сообщение без использования текста. Глава 14 Визуальный контраст также необходим для различения графических символов и текста на имеющемся фоне, а также при их близком расположении. Если некоторые элементы выглядят почти одинаково из-за сходства размера, формы, штриховки или других параметров, то может быть полезным внести дополнительные вариации, чтобы увеличить контраст (Рисунок 14.4). При этом нужно не "перегибать палку", так как слишком большой контраст может привести к утомлению зрителя при длительном рассматривании.  Рисунок 14.4 Ширина линий и скука. Пример изображения, скучного вследствие одинаковой ширины линий. Обведенные области кажутся более заметными и привлекают больше внимания по сравнению с областями меньшего контраста. Принципы графического дизайна Компонуя карту, вам придется размещать ее элементы на ограниченной площади. Многие карты выглядят неинтересными вследствие того, что на них слишком много или слишком мало белого фона. Посмотрите на карту штата Калифорния (Рисунок 14.5). Специфичное очертание его границ дает большие пустоты в левом нижнем и правом верхнем углах. В них легко можно разместить масштаб, указатель северного направления, легенду и другие компоненты, для каждого из которых нужно подобрать размер и толщину линий, чтобы заполнить свободное пространство. В данном случае мы имеем дело с соотношением основного изображения и фона. Карта, которая полностью состоит из основного изображения, менее желательна, чем карта с некоторым аморфным фоном, обособляющим основное изображение и дающим ощущение принадлежности суше (Рисунок 14.6). Фон поднимает также контраст и визуальную привлекательность. Карта, на которой слишком много фона, уменьшает значение основного изображения и может вызвать у зрителя подозрение о том, что она не полна.  Рисунок 14.5. Баланс карты. Компоновка карты штата Калифорния, использующая особенности его очертания для расположения вспомогательных компонентов карты, дающая в результате более сбалансированную карту и лучшее соотношение основного изображения и фона. Но отношение рисунок-фон содержит больше, чем только соотношение размеров. Если суша и водные поверхности имеют один цвет, то зритель легко может их перепутать. Добавление названий, знакомых очертаний границ, картографической сетки и штриховки позволит пользователю легко различать изучаемую область и не анализируемые участки карты (Рисунок 14.7). Отношение фигура-фон содержит также аспект, называемый "хороший контур". Например, иногда, чтобы разместить на карте надпись, требуется разорвать какую-нибудь находящуюся под ней линию. Это не нарушает логической целостности, так как зритель воспринимает подразумевающуюся линию, хотя на карте она и разорвана, но при этом надпись также будет возможно прочесть. Другие примеры включают логическую дифференциацию суши и воды, границ и дорог, растительности и построек. Нужно рассматривать как можно больше таких соотношений с точки зрения отношения фигура-фон, учитывая при этом возможные ограничения на использование одного или более из этих параметров.  Рисунок 14.6. Соотношение рисунок-фон. Две карты одной области показывают, как контраст фона и рисунка позволяет облегчить различение того, какие области являются сушей, а какие - водой. При этом целью остается создание полезной карты, а не просто применение как можно большего числа принципов дизайна. Последним принципом графического дизайна является иерархическая организация. Все графические элементы, присутствующие на карте, должны быть организованы таким образом, чтобы подчеркнуть то, что наиболее важно. Этот принцип слабо применяется на общегеографических картах, так как их цель - дать возможность различным по интересам пользователям фокусироваться на важных для них элементах, поэтому все элементы такой карты должны иметь равное значение. А тематические карты, наиболее распространенные в среде ГИС, должны подчеркивать конкретные объекты или результаты анализа. Это может быть сделано посредством иерархической организации, или разделения элементов по уровням визуальной значимости. Существуют три основных метода достижения иерархической организованности. Стереограммный (stereogrammic) метод требует выбора и модификации графических приемов с тем, чтобы позволить наиболее значимым элементам выглядеть расположенными выше, чем менее важные элементы. Это полезный метод улучшения соотношения фигура-фон. Ключами к восприятию глубины могут быть использование трехмерных объектов, различия в толщине линий, цвете, яркости или размере. Второй метод иерархической организации называется расширительным (extensional), он чаще всего используется для ранжирования линейных или точечных объектов. Например, главные дороги должны выглядеть более заметными, чем второстепенные. Здесь мы можем варьировать толщину линий, их яркость или внутреннюю структуру (прерывистость, длину штриха и т.п.), а также комбинации этих свойств для показа значимости каждого линейного объекта. Некоторые ГИС имеют весьма ограниченные возможности изменения символов, но как правило, имеющимися средствами вполне возможно достичь желаемого результата.  Рисунок 14.7. Стереограммная иерархия. Использование сетки и штриховки создает ощущение глубины, известное как стереограммная иерархия. Последний метод создания иерархической графической организации, называемый методом подразделительной иерархии (subdivisional hierarchy), применяется главным образом для показа различий во внутреннем устройстве областей (Рисунок 14.8). Так, например, пастбища могут делиться на активно-, умеренно- и малоиспользуемые. Этот же метод используется при обозначении границ государств жирными линиями, в то время как Рисунок 14.8. Подразделигельная иерархия. Использование подразделительной иерархии для разделения областей. Более высокий уровень иерархии использует более интенсивную штриховку или заливку. внутреннее административное деление показывается тонкими линиями. Различие между расширительной и подразделительной иерархиями состоит в том, что первая больше соответствует порядковой шкале измерений, в то время как вторая - номинальной. В принципе, все шкалы измерений могут связываться с графической иерархией, нужно только соблюдать правило, требующее большей заметности отличий для основных категорий, чем для второстепенных.  ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ДИЗАЙНА Все принципы дизайна, которые мы рассмотрели, зависят от некоторого числа внешних факторов, определяющих природу создаваемой карты, типы используемых графических элементов и применяемые принципы дизайна. Первым и наиболее важным фактором является назначение (purpose) карты, в то время как сущностная задача (substantive objective) связана с природой информации, которую вы пытаетесь отобразить. Тематические карты, создаваемые в ГИС, предназначены для изображения конкретных результатов анализа. Здесь очень важна простота: чем более сфокусирован вывод, тем легче его понять. Вследствие низкой стоимости создания карт в среде ГИС по сравнению с традиционной ручной картографией нет нужды создавать малое число особенно сложных карт. С другой стороны, большой объем данных и широта возможностей отображения создают тенденцию перегружать карты. Результаты отдельных аналитических процедур вполне могут представляться на отдельных картах, которые, в конце концов, можно разместить и на одном листе, сохраняя тем самым их общую целевую ориентацию. Другой аспект назначения карты, эргономическая задача (affective objective), имеет в виду не столько то, что отображается, сколько то, как это делается. Решив, что вы изобразите на карте, вам нужно также выбрать форму представления, которая сможет адекватно передать ваше сообщение. Если карта показывает опасные зоны, то ее дизайн должен недвусмысленно демонстрировать их важность; ее приятная наружность может иметь некоторую художественную ценность, но посылать при этом зрителю не то сообщение, которое вы предполагаете. Вторым фактором является реализм (reality), означающий, что каждая область имеет собственные характеристики, налагающие ограничения на применимость критериев дизайна. В географическом анализе обычно участвуют области со сложными физическими, транспортными, социальными или экономическими структурами, ведь именно они требуют пространственного анализа. Эта сложность может существенно ограничивать возможности размещения названий, размеры и стили символов, типы штриховки и т.д. Такие ограничения неизбежны, и помочь здесь может только практическое знание области изучения и природы данных о ней. Априорное знание ограничений поможет выбрать оптимальную стратегию дизайна заранее, а не на последних стадиях, когда изменения вносить может быть намного труднее. Третьим фактором является наличие данных (available data) - вопрос не только подготовки карт, но и проведения пространственного анализа,. Большинство БД ГИС имеют значительный объем - таковы требования анализа; кроме того, анализ часто проводится для больших территорий. Вполне возможна, например, карта с сотней категорий землепользования; создать же сто различимых цветов весьма проблематично. В этом случае следует изменить процедуру дизайна для включения подразделительной иерархии с различными цветами и типами штриховки для каждого подразделения (Рисунок 14.9). С наличием данных может быть связана встречная проблема: данных либо недостаточно для анализа и отображения, либо они старые и собирались на иных принципах, либо для них использовалась слишком редкая выборка. Например, нелегко будет сравнивать данные вековой давности по растительности и современные ДДЗ. Первые будут, скорее всего, содержать лишь несколько общих категорий, часто находящихся под воздействием личного опыта сборщика данных, в то время как ДДЗ будут иметь большое число категорий, полученных по компьютерным алгоритмам классификации.  Рисунок 14.9. Проблемы с категориями. Карта с большим числом категорий. Из-за недостатка подразделительной иерархии может быть трудно понять, к какой категории относится каждый полигон. Представление также зависит отчасти от масштаба карты. Его уменьшение уменьшает детальность карты и пропорционально уменьшает ее символы. Но в некоторый момент дальнейшее уменьшение символов становится невозможным из-за потери их различимости. Поэтому при дизайне карты приобретают важность выбор объектов, упрощение и обобщение (генерализация). Следующим фактором является целевая аудитория (audience). Многие пользователи выходных документов ГИС не имеют знаний и опыта в географии и картографии [Robinson et al., 1995]. В таких условиях карта должна восприниматься как можно легче, благодаря сохранению лишь наиболее важных объектов и названий и применению общеизвестных символов. В то же время, более опытные пользователи смогут извлечь дополнительную информацию из более плотного представления с более абстрактными символами [Robinson et al., 1995]. Значение может иметь также и возраст, ибо пожилым людям и детям труднее воспринимать мелкие символы и текст. В случае проблем с цветовосприятием у пользователя может даже потребоваться монохромное изображение. Условия использования играют важную роль в дизайне карты. Сюда входят не только варианты карты-плаката или настольного документа. Если карта будет использоваться в условиях плохого освещения, то нужно увеличивать контраст и размер символов. Если карта будет использоваться в полевых условиях, то ее нужно ламинировать. Например, во время войны в Персидском заливе 1993 года Национальное географическое общество США изготовило для военных сотни ламинированных карт. Весь набор условий работы с картой должен учитываться перед принятием окончательного варианта дизайна. Наконец, на дизайн карты влияют технические пределы оборудования. Очевидно, что на черно-белом принтере нельзя напечатать цветную карту. Дешевые цветные принтеры часто имеют лишь небольшое число воспроизводимых цветов. Существенно также пространственное разрешение устройства вывода, ограничивающее размер символов и уровень детализации. Все эти факторы должны быть учтены. НЕТРАДИЦИОННЫЙ КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ ВЫВОД Традиционно, тематические карты создаются главным образом в их ортографической (orthographic) форме, когда зритель как бы смотрит на землю сверху. Такие карты рассчитаны на близкое к реальности воспроизведение форм и соотношений. Но существуют и другие картографические формы, имеющиеся во многих коммерческих ГИС. Среди первых возможностей векторного графического отображения для нетрадиционного представления тематических карт были проволочные диаграммы (fishnet maps, wire-frame diagrams). Теперь это одна из наиболее распространенных картографических форм, создающая впечатление трех измерений. Хотя такие карты малоценны с точки зрения анализа, они очень эффективны в представлении результатов анализа, особенно представляемых в виде поверхностей. При этом должны учитываться дополнительные параметры дизайна: расстояние, азимут и угол зрения [Imhof, 1982; Kraak, 1993], а также расположение источника освещения [Moellering and Kimerling, 1990] и влияние разрешения ЦМР. Поскольку современные программы позволяют визуально накладывать на эти трехмерные поверхности данные других покрытий, пользователь легко может идентифицировать связи между топографией и другими факторами. Сегодня некоторые системы позволяют наблюдать карты этого и других типов не только статически, но и с эффектами анимации. Для двухмерных карт анимация позволяет наблюдать динамические системы так, как они действуют в реальном мире [Moellering, n.d.], или демонстрировать процессы, которые не воспринимались бы из-за их слишком медленного развития в реальности [Tobler, 1970]. При этом движение может быть замедлено, ускорено, приостановлено или обращено, что дает возможность лучшего понимания этих явлений. Сейчас существуют и системы с трехмерной анимацией [Moellering, 1980], создающие впечатления пролета над местностью. Не следует преуменьшать мощь этих приемов, ибо зрение человека гораздо лучше замечает движущиеся объекты, чем неподвижные, что безусловно помогает выявлению взаимодействий объектов и их распределений. Если ресурсов компьютера недостаточно для анимации, вы можете прибегнуть к другим способам визуализации, например, затенению. Оно особенно эффективно для визуализации топографических поверхностей без выполнения трехмерных карт, и создается моделированием освещенности склонов источником, находящимся в заданной точке. Такая карта выглядит как фотография сверху. Для иллюстрации отношений между нанесенными на карту показателями и фотографическим изображением можно использовать в качестве фона космические и аэрофотоснимки. Для топографии и подземных феноменов могут использоваться сечения земной поверхности с выбираемыми пользователем параметрами. Список таких возможностей и их комбинаций практически неограничен. *В русскоязычной литературе по картографии принято иное терминологическое деление типов карт. Здесь же под картограммами подразумеваются собственно картограммы, картодиаграммы и картосхемы. - прим. перев. Наконец, аналитик должен рассмотреть набор нетрадиционных картографических форм, которые несколько недооцениваются сообществом пользователей. Они называются картограммами (cartograms)* и имеют внешний вид карт, но расположение объектов на них соответствует не реальному положению в пространстве, а значению некоторого показателя. Ведь расстояния, направления и другие пространственные отношения являются относительными, а не абсолютными. Картограммы можно встретить повсюду, что говорит об их полезности. Например, в автобусах и поездах можно встретить схемы маршрутов. На них остановочные пункты располагаются на прямой линии, а не в двухмерном пространстве, причем расстояние между ними также обычно не соответствует реальному. Эти условности упрощают карту до уровня схемы, оставляя только наиболее важные пространственные характеристики - состав и последовательность остановок и возможности пересадок (Рисунок 14.10). В дорожных атласах можно встретить линейные маршрутные картограммы (routed line cartograms), на которых показаны еще и расстояния между населенными пунктами и примерное время в пути. Картограммы изменяют географическое пространство, преобразуя его в легко понимаемые модели реальности. Другая форма картограммы, линейная картограмма центральной точки (central point linear cartogram), может использовать как эвклидово, так и функциональное расстояние (Рисунок 14.11) [Bunge, 1962]. Среди наиболее используемых видов картограмм находятся площадные картограммы (area cartograms), которые варьируют размер каждой нанесенной на карту области в зависимости от некоторого параметра этой области. В классическом примере использования данного метода [de Blij and Muller, 1994] размер каждой страны пропорционален численности ее населения, а не ее площади. Площадные картограммы могут быть как непрерывными, когда все области соприкасаются, так и с разрывами, когда соприкосновения нет (Рисунок 14.12) [Campbell, 1991]. Интерпретация картограмм может потребовать некоторого времени на выработку навыка у пользователя, не знакомого с этой формой. Но когда он сможет легко в них разбираться, результаты обычно стоят этого. В то же время, многие пользователи хотят получать и традиционные картографические формы, чтобы сравнивать с ними этот радикально отличающий способ графического представления. Вполне вероятно, что вам не будут часто встречаться картограммы в качестве вывода из ГИС на конференциях и выставках. Отчасти это потому, что большинство членов ГИС-сообщества либо не знакомы с этими формами, либо еще не привыкли к их использованию. Другой причиной может быть малое количество систем, позволяющих легко строить картограммы в компьютерной среде. Как бы то ни было, использование картограмм в качестве альтернативы традиционному картографическому выводу будет расти по мере роста осведомленности о них разработчиков и пользователей ГИС.  Рисунок 14.10. Линейная картограмма. Линейная картограмма городского транспорта Чикаго.  Рисунок 14.11. Картограмма центральной точки, а) Обычное представление времени движения от центра Сиэтла с интервалом в 5 минут. b) Картограмма, показывающая функциональное расстояние с интервалом в 5 минут. НЕКАРТОГРАФИЧЕСКИЙ ВЫВОД Несмотря на преобладание карт среди выходных документов ГИС, некоторые данные лучше представляются в иных формах, когда карта не создается вовсе, или как дополнение к карте (когда, например, карта не может быть непосредственно воспринята целевой аудиторией). |