Visualization of the meaning of time and cartographic animation

Transcript

1 Visualization of the meaning of time and cartographic animation Sidiropoulos G. 1, Pappas V., 2 Mostratos N. 3 The cartographic visualization of spatial phenomena, such as the implementation of the evolution of the modern Greek state or the limits of the Byzantine state etc, phenomena that spread in long periods of time, is a quite sensible and complex cartographic project. In an analogue production there are specific solutions, despite the particularity of the project, however the specific project has the feature that the final product is digital. The above fact brings up for discussion a course of new facts that concern the production procedure as well as the prospects of the cartographic visualization. These concern the thematic data (data homology, homogenization, generalization of periods of time etc) and the techniques of the time realization (splitting of time, creation of motion frames, timing, rapidity, motion pattern, etc.) The meaning of time is a special chapter in cartography. The evolution and the perfection of the technique in the level of hardware and software in motion applications (cartographic animation) in recent years gradually, in realization similar projects. During the project, a course of questions was brought up and problems in point of the adaptation of the motion and intervention techniques, the contribution of the G.I.S tools and finally the matter of personalized solutions with customized cartographic software tools arose. 1 Supervisor of the Laboratory of Geographic Analysis & Cartography, Foundation of the Hellenic World. 2 Assistant Professor, Director of Laboratory of Computer Applications in Spatial Planning, Department Planning and Regional Development, University of Thessaly 3 Topographer, Foundation of the Hellenic World. anim-nocod.doc 1

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η οπτικοποίηση της έννοιας του χρόνου και η χαρτογραφική κίνηση Η χαρτογραφική απόδοση χωρικών φαινομένων που εκτείνονται σε περιόδους με μεγάλο χρονικό ορίζοντα όπως υλοποίηση εξέλιξης του ελληνικού κράτους της νεώτερης ιστορίας ή των ορίων της βυζαντινής επικράτειας κλπ είναι ένα αρκετά ευαίσθητο και πολύπλοκο χαρτογραφικά σχέδιο εργασίας. Σε αναλογική παραγωγή οι λύσεις είναι συγκεκριμένες παρά την ιδιομορφία του εγχειρήματος, όμως το συγκεκριμένο σχέδιο εργασίας έχει την ιδιαιτερότητα του ότι το τελικό προϊόν είναι ψηφιακό. Το πιο πάνω γεγονός θέτει μία σειρά νέων δεδομένων που αφορά τόσο διαδικασίας παραγωγής όσο και τις προοπτικές χαρτογραφικής οπτικοποίησης. Αυτά αφορούν από τη μία πλευρά τα θεματικά δεδομένα (ομοιομορφία δεδομένων, ομογενοποίηση, γενίκευση χρονικών περιόδων κλπ) από την άλλη τις τεχνικές απόδοσης του χρόνου (κερματισμός του χρόνου, δημιουργία πλαισίων κίνησης, χρονισμός ταχύτητα, μορφή κίνησης, κλπ.) Η έννοια του χρόνου είναι ένα ιδιαίτερο κεφάλαιο στην χαρτογραφία. Η εξέλιξη και τελειοποίηση της τεχνικής σε επίπεδο εξοπλισμού και προγραμμάτων στις εφαρμογές κίνησης (cartographic animation) τα τελευταία χρόνια έρχεται να συμβάλει καθοριστικά στην "αποτύπωση" ανάλογων εργασιών. Κατά την διάρκεια της εφαρμογής τέθηκαν σειρά ερωτήσεων και ήρθαν στην επιφάνεια προβληματισμοί που αφορούν την προσαρμογή των τεχνικών κίνησης και παρέμβασης, το μερίδιο προσφοράς των εργαλείων G.I.S. και εν τέλει το ζήτημα των προσωποποιημένων λύσεων με προσαρμοσμένα χαρτογραφικά εργαλεία προγραμματισμού. anim-nocod.doc 2

3 Η ΟΠΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΑΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ Η ΚΙΝΗΣΗ Σιδηρόπουλος Γ., Παππάς Β. Μοστράτος Ν Σιδηρόπουλος Γ., Χωροτάκτης, Δρ. Γεωγραφίας, Επιμελητής Εργαστηρίου Γεωγραφικής Ανάλυσης & Χαρτογραφίας (Ίδρυμα Μείζονος Ελληνισμού). Παππάς Β., Επίκουρος Καθηγητής, Διευθυντής Εργαστηρίου Εφαρμογών της Πληροφορικής στο Σχεδιασμό του Χώρου (Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας και Περιφερειακής Ανάπτυξης) Μοστράτος Ν.,Τοπογράφος (ΙΜΕ) Λέξεις κλειδιά: Χαρτογραφική κίνηση (cartographic animation), χρόνος, χαρτογραφική οπτικοποίηση (cartographic visualization). 1. Γενικό πλαίσιο της κίνησης στη χαρτογραφία Η κίνηση στην χαρτογραφία δεν είναι μια συγκυριακή επινόηση που εξωθήθηκε από την ραγδαία εξέλιξη λογισμικού και υπολογιστών. Το "γενεαλογικό της δένδρο" παραπέμπει σε ένα ευρύτερο επιστημονικό πεδίο, την οπτικοποίηση. Η πρώτη ιεραρχικά ευρισκόμενη έννοια στην πορεία ερμηνείας, της κίνησης στη χαρτογραφία είναι η Επιστημονική Οπτικοποίηση (scientific visualization). Α. Η Επιστημονική Οπτικοποίηση (SciVis) είναι μετατροπή αριθμητικών και συμβολικών δεδομένων και πληροφοριών σε γεωμετρικές εικόνες που παράγονται από υπολογιστή (Rhyne T.M.). Γενικότερα μπορούμε να πούμε ότι η λογική της βασίζεται στην ανθρώπινη ανάγκη αλλά και ικανότητα να αναγνωρίζει και να ταξινομεί μοντέλα. Η επιστημονική οπτικοποίηση βασίζεται σε μία σειρά από εφαρμογές και τεχνικές από συναφή πεδία όπως : η επεξεργασία εικόνας, τα γραφικά με υπολογιστή, ο σχεδιασμός με την βοήθεια Η/Υ (CAD), και η έρευνα για τον σχεδιασμό διεπικοινωνιακών εργαλείων με τον χρήστη (user interface). Η έρευνα επι πλέον της Επιστημονικής Οπτικοποίησης εστιάζεται σε τομείς όπως η απόδοση (rendering) χρωμάτων στα 3Δ γραφικά, η κίνηση (animation) στις χρονοσειρές, η διαδραστικότητα στους Η/Υ κλπ. Β. Η Χαρτογραφική οπτικοποίηση (cartographic visualization), που κατά μερικούς αναλυτές ονομάζεται και γεωγραφική οπτικοποίηση (geographic visualization, GVis) (Peterson M.) αποτελεί την δεύτερη εν σειρά έννοια που καθορίζει την διαδρομή προς την χαρτογραφική κίνηση. Και μπορεί να ορισθεί ως μορφή οπτικοποιημένης πληροφορίας η οποία δίνει έμφαση στην ανάπτυξη και την αποτίμηση οπτικών μεθόδων σχεδιασμένων με τρόπο που να διευκολυνθεί η ερεύνα, η ανάλυση, η σύνθεση και η παρουσίαση της γεωαναφερόμενης πληροφορίας (MacEachren A.). Η GVis δίνει συνδυασμένα έμφαση από τη μία πλευρά στην ανάπτυξη θεωρίας, εργαλείων και μεθόδων και από την άλλη στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα εργαλεία και η μέθοδος χρησιμοποιούνται για να ωθήσουν την σκέψη και να διευκολύνουν την λήψη αποφάσεων. anim-nocod.doc 3

4 Γ. Η χαρτογραφία με κίνηση (cartographic animation). Βασικά στοιχεία της οπτικοποίησης είναι η αλληλόδραση (interaction) και η κίνηση (animation). Το δεύτερο στοιχείο που αφορά την κίνηση και προσπαθεί να ενσωματώσει τον χρόνο μέσα στους χάρτες δείχνοντας με δυναμικό τρόπο όχι μόνο "πού" τα πράγματα βρίσκονται αλλά επίσης "όταν" αυτά θα βρίσκονται και ακόμα πιο σημαντικό, πώς αυτά κινούνται και πώς συμπεριφέρονται. Ο βασικός στόχος στην χαρτογραφία κίνησης είναι η οπτικοποίηση των "αλλαγών". Για πρώτη φορά στην χαρτογραφία η κίνηση εμφανίζεται πριν μερικές δεκαετίες. Ήδη από το 1960 είναι γνωστή και ως αντικείμενο και ως πρακτική, αλλά μόνο πολύ πρόσφατα κατέστη μία εναλλακτική πρακτική στην χαρτογραφία. Στην ουσία ακόμα νωρίτερα, στην δεκαετία του '30 είναι η κινηματογραφικές πρακτικές που δείχνουν τον δρόμο της κίνησης στην χαρτογραφία. Η Disney παρουσιάζει την κατάληψη της Βαρσοβίας από την Γερμανία το 1940 (Peterson M.). Παράλληλα με την τεχνική εξέλιξη έχουμε και την εμφάνιση των πρώτων γνωστικών μοντέλων που αφορούν την χαρτογραφική κίνηση (MacEachren A.). Τα μοντέλα εξελίσσονται ενσωματώνοντας τις τελευταίες παραμέτρους και δεδομένα κίνησης, η χρήση και η ανάπτυξη των VRML (Dykes J.A., κ.α. 1999). 2. Γενικά ερωτήματα για την κάλυψη του συμβατικού χρόνου στην χαρτογραφία. Η χαρτογραφία ανέπτύξε μία σειρά τρόπων κάλυψης της έννοιας του χρόνου και αυτοί οι ίδιοι τρόποι εφαρμόζονται και στην δισδιάστατη χαρτογραφική αναπαράσταση στην οθόνη του υπολογιστή. Οι βασικές δισδιάστατες μέθοδοι παρουσίασης είναι οι ακόλουθοι: 1. Κερματισμός του χρόνου (Time slice) 2. Συμβολισμός (Symbolism) 3. Βέλη κατεύθυνσης (Arrows) 4. Διαφορετικοί χάρτες (Difference maps) Και παρ' όλο ότι οι πιο πάνω μέθοδοι μπορούν να προσθέσουν πολλά στην διαύγεια των επιστημονικών επιχειρημάτων κανένα από αυτά δεν αποδίδει αυτό που πρέπει στον βασικό πλούτο των δεδομένων, και κανένα δεν επιτρέπει στον θεατή να επανεκτιμήσει τα επιχειρήματα να τα επανεξετάσει με κριτική άποψη ούτε και να υποβάλει ερωτήσεις πάνω στο θέμα. anim-nocod.doc 4

5 Οι στατικοί χάρτες δεν είναι αρκετά ακριβείς για να αναπαραστήσουν σύνθετα και συνεχή φαινόμενα όπως η ανάπτυξη η κατάρρευση αυτοκρατοριών ή την εξελικτική διαδικασία ανάπτυξης των πόλεων, την υποχώρηση ή την πρόοδο μίας στρατιωτικής επιχείρησης κλπ. Το να αναπαραστήσουμε τον χρόνο και την κίνηση με τον συμβατικό και παραδοσιακό τρόπο, το στατικό χάρτη, είναι δύσκολο και το βασικό εμπόδιο παραμένει στην στατική χαρτογραφία το ότι η πραγματικότητα δεν μπορεί να αναπαρασταθεί παρά μόνο συμβολικά. Η απάντηση στην προσπάθεια αναπαράστασης είναι η κίνηση (animation) η οποία η οποία ακολουθεί τις δυνατότητες της ανθρώπινης όρασης. 3. Η αντιμετώπιση της έννοιας του χρόνου Στοιχείο κλειδί στο να αντιμετωπισθεί το πέρασμα του χρόνου είναι ο "κερματισμός" του με τρόπο ώστε να γίνει δυνατή η χαρτογράφηση σειράς αντιπροσωπευτικών "στιγμών" που θα δώσουν την δυνατότητα κατανόησης της εναλλαγής του χρόνου. Οι εφαρμογές πρέπει ν πλησιάζουν το υπό πραγματικές συνθήκες δυναμικό σύστημα (Castagneri J.). Η πιο γνωστή μέθοδος αναπαραγωγής του χρόνου είναι η παραγωγή χρονοσειρών με χάρτες όπου κάθε στιγμή αναπαριστά ένα ξεχωριστό χάρτη (Robinson, A., κ.α. 1995). Τα ίδια όμως τα δεδομένα απαιτούν ιδιαίτερη μεταχείριση που εξαρτάται από την φύση τους. Τα ίδια όμως δεδομένα απαιτούν ιδιαίτερη μεταχείριση που σχετίζεται με την φύση τους. Είναι πολύ πιο εύκολο να δοθεί η εξέλιξη του ιστού μιας σημερινής πόλης διότι η σταθερή απογραφική δραστηριότητα δίνει τη δυνατότητα πλήρους καταγραφής του φαινομένου. Μπορούμε να απεικονίσουμε χρονικές στιγμές σε πολύ πυκνή χρονική ακολουθία. Όταν όμως θελήσουμε να καταγράψουμε με την ίδια πυκνότητα πληροφορίας, εποχές που ανάγονται σε ιστορικούς χρόνους η δυνατότητα καταγραφής των φαινομένων ελαχιστοποιείται. Στην προσπάθεια να αναπαράγουμε μία χρονοσειρά που να αρχίζει τον μεσαίωνα και τελειώνει στα μέσα του παρόντος αιώνα, πρέπει να μεθοδεύσουμε την κατανομή της πληροφορία με την λογική της ποσοτικής εξισορρόπησης. Δηλαδή ελάττωση εκεί που υπάρχει πληθώρα υλικού με την ενσωμάτωση του υλικού σε συγκεκριμένα "καρέ" και ανάδειξη, του υλικού εκεί που υπάρχει έλλειψη με την δημιουργία νέων "καρέ", με στόχο την απόδοση ολοκληρωμένης εικόνας της εξέλιξης του χωρικού φαινομένου. Ένα σχηματικό χρονικό όριο για την ποιότητα όσο και την ποσότητα καταγραφής των δεδομένων αποτελούν οι αρχές του αιώνα μας που σηματοδοτούν η αλλαγή της υφής των γεωμετρικών όσο και των περιγραφικών δεδομένων. Έως τότε ο στόχος των ειδικών ήταν η ολοκλήρωση της καταγραφής της ίδιας της γης. Σήμερα η τεχνολογία επιτρέπει όχι μόνο την πλήρη απογραφή αλλά και την παροχή αναλυμένων δεδομένων. Ενώ στις αρχές του αιώνα άρχισε μια προσπάθεια τελειοποίησης της υψομετρικής πληροφορίας σήμερα παράγεται έτοιμο το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Οι διεθνείς οργανισμοί επίσης (ΟΗΕ, Παγκόσμια Τράπεζα,.. anim-nocod.doc 5

6 Eurostat.) συνέβαλαν στην δημιουργία κοινών απογραφικών προτύπων γεγονός που σχεδόν επιβάλει την εναρμόνιση των εθνικών δεδομένων με αυτά. Σήμερα προσφέρονται έτοιμες καμπύλες, τάσεις και δείκτες σύνθετοι που στηρίζονται σε σειρά άλλων. 4. Τα Χρονικά Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (temporal gis, Tgis) Τα ΓΠΣ έχουν ιδιαίτερη άνθηση τα τελευταία χρόνια δίνοντας την δυνατότητα εκλογίκευσης της επεξεργασίας, δια μέσου της βάσης, σε στοιχεία που δεν είχαν παρά μόνο αισθητική υπόσταση. Ο χρόνος είναι επίσης μία διάσταση στο πεδίο των gis στο οποίο σήμερα δίνεται ιδιαίτερη σημασία από ποτέ. Το να προσθέσει όμως κανείς το "χρόνο" στο ΓΣΠ εγείρει σειρά ερωτήσεων και παρουσιάζει αρκετές δυσκολίες. Ο όρος που δίδεται στα ΓΠΣ που προσπαθούν να διαχειριστούν την έννοια του χρόνου είναι Χρονικά ΓΣΠ (Temporal GIS ή TGIS). Ένα ΧΓΣΠ έχει σαν στόχο να συλλέξει να αναλύσει χωρικά αντικείμενα και τις αλλαγές στα χαρακτηριστικά τους δια μέσου του χρόνου (Castagneri J.). Ένα από τα σημαντικότερα έργα με τα οποία πρέπει να ασχοληθούν οι σχεδιαστές τέτοιου λογισμικού είναι το πώς θα κερματίζουν το χρόνο δηλαδή πόση πληροφορία και που πρέπει να αποθηκευτεί. Το κόψιμο σε φέτες (slice) πρέπει να είναι τέτοιο που να προσεγγίζει την πραγματικότητα. Αυτό σημαίνει πολλές φέτες δηλαδή τεράστιο εύρος πληροφορίας. Τα σημερινά μοντέλα ΓΣΠ δεν έχουν σχεδιαστεί να επεξεργάζονται χρονικά δεδομένα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μην υπάρχουν πολλές λειτουργίες που να δίνουν την δυνατότητα στον χρήστη της άμεσης διαχείρισης χρονικών δεδομένων. Ο μόνη πραγματικά ικανοποιητική λύση να αναπαραστήσει κανείς φαινόμενα που εξελίσσονται στον χρόνο είναι να χρησιμοποιήσει τον ίδιο τον χρόνο για να τα οπτικοποιήσει σε μορφή χαρτογραφικής κίνησης (cartographic animation) ((Castagneri J.). Έως σήμερα εκτός λίγων συγκεκριμένων περιπτώσεων τα ΓΣΠ δρουν σαν το βασικό εργαλείο συλλογής, ανάλυσης και παροχής του υλικού βάσης που θα δώσει σε δεύτερο στάδιο την δυνατότητα παραγωγής χαρτογραφικών εφαρμογών κίνησης σε κλασικό λογισμικό δημιουργίας κίνησης (animation). Με άλλα λόγια δεν υπάρχει λόγος πλέον να συλλέγονται απλώς χρονικά δεδομένα σε ένα ΓΠΣ ή από ένα ΓΠΣ αλλά πρέπει να αναπτυχθεί ένας νέος τρόπος σκέψης σχετικά με τον χρόνο σε επίπεδο χώρου και αυτό γίνεται σιγά - σιγά με την μορφή των Χρονικών ΓΠΣ. Η καινοτομία στα Χρονικά ΓΣΠ (Temporal GIS ή TCIS) είναι ότι η κίνηση μπορεί να παραχθεί "καθ' οδόν" με εσωτερική άμεση σύνδεση από την βάση δεδομένων, χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένη παρεμβολή για να παραχθούν τα καρέ της κίνησης (frames). Ένα πρόγραμμα ΓΠΣ μπορεί να παράγει ένα αριθμό στατικών χαρτών μίας χρονολογικής σειράς. Αυτοί οι χάρτες σχεδόν ποτέ δεν καλύπτουν όλη την έκταση του φαινομένου, ελλείψει στοιχείων, εξ αιτίας της αδυναμίας διαχείρισης του τεραστίου anim-nocod.doc 6

7 όγκου πληροφορίας που σωρεύεται κλπ. Για την δημιουργία όμως κίνησης ισχύει γνωστή παρατήρηση ότι είναι περισσότερο ενδιαφέρον, το τι συμβαίνει ανάμεσα στις επιλεγμένες χρονικές στιγμές παρά η ίδια η κίνηση. Κατά συνέπεια για την δημιουργία κίνηση πρέπει να "ευρεθεί" ο ελάχιστος αριθμός ενδιάμεσης πληροφορίας ώστε να δημιουργηθεί η αίσθηση του ρέοντος χρόνου. Το TimeMap project χρησιμοποιεί αλγόριθμο που παρεμβάλει ενδιάμεσα από συγκεκριμένες χρονικές στιγμές βοηθητικά επίπεδα που χρησιμεύουν στην ομαλή μετάβαση της επόμενης χρονικής στιγμής. Το UST Urban Simulator (Jepson W., Friedman S., A) κάθε τρέχουσα στιγμή / ημερομηνία και παράλληλα με την δημιουργία των 3Δ μοντέλων ζητά την εισαγωγή ημερομηνίας αρχής και τέλους. Όταν φορτωθεί το πρόγραμμα αναλύονται οι ημερομηνίες δημιουργώντας μια εσωτερική εφαρμογή το Master Slider το οποίο τις συνδέει χρονολογικά δημιουργώντας ένα slide-show. Γενικότερη πάντως είναι η τάση στα ΓΣΠ γενικευμένης ενσωμάτωσης τεχνικών κίνησης και η δυνατότητα εξαγωγής σε ανάλογη μορφή (format). Μερικά παραδείγματα ανάλογων προσπαθειών είναι τα παρακάτω: Το TimeMap project δημιουργεί χρονοσειρές και παράγει από αυτές κίνηση με morfing. (Χρονική κίνηση) Το UST Urban Simulator δίνει την δυνατότητα μέσω μίας εσωτερικής εφαρμογής (Master Slider) την δημιουργίας slide-show (Χρονική κίνηση) Το The Great Britain Historical CIS (Southall G., Southall H.,) κάνει χρήση animated GIF για να αποδώσει χρονοσειρές. The Denver Temporal GIS 4 (δυνατότητα κίνησης μέσω animated GIF) Το ArcView επιτρέπει εσωτερικά την σε πραγματικές συνθήκες κίνηση (real time) σε τρισδιάστατα μοντέλα, ενώ εξάγει αρχεία VRML. (Μη χρονική κίνηση) Το Arc Info δίνει την δυνατότητα δημιουργίας αρχείων MPEG προκαθορισμένης κίνησης (movies). (Μή χρονική κίνηση) 4 The Metro Denver Temporal GIS Project, Project Description, anim-nocod.doc 7

8 5. Μορφές και τύποι κίνησης Οι τεχνικές κίνησης κατατάσσονται σε δύο τύπους την χρονική (temporal) και η μη χρονική (non temporal). Μία βασική διαφορά μεταξύ των δύο μορφών είναι ότι στην χρονική κάθε "καρέ" (frame) παρουσιάζει μία χρονική στιγμή ενώ στην μη χρονική κάθε "καρέ" παρουσιάζει μια διαφορετική άποψη (Sandercock M.). Παρ' ότι πάντως έχουμε έναν τόσο καθαρό διαχωρισμό συχνά υπάρχουν παραδείγματα παραγωγής των πιο πάνω τεχνικών. Χρονική χαρτογραφική κίνηση. Τεχνικά αυτή είναι η πιο συνηθισμένη και πιο κατανοητή και εύκολα διαχειρίσιμη κίνηση. Στην χαρτογραφία κίνηση (animation) ορίζεται ως η απεικόνιση των "αλλαγών" δια μέσου του χρόνου. Η χρονική κίνηση πιο συγκεκριμένα δείχνει αλλαγές χωρικών μοντέλων στο χρόνο. Σ' αυτή την πρώτη περίπτωση υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ χρόνου απεικόνισης (display time) και πραγματικού χρόνου (world time). Ως χρόνος απεικόνισης μπορεί να ορισθεί ο "χρόνος αναπαράστασης" που αναφέρεται στη στιγμή που ο χρήστης μίας χαρτογραφικής παραγωγής με κίνηση βλέπει τις εικόνες. Ενώ από την άλλη πλευρά ο πραγματικός χρόνος αφορά το χρόνο που το γεγονός λαμβάνει χώρα στην πραγματικότητα. Για την δημιουργία μίας παραγωγής με κίνηση απαιτείται ο πραγματικός χρόνος να μεταπλαστεί σε χρόνο απεικόνισης. Δηλαδή ένα χρονικά μακρύ φαινόμενο που διατρέχει μία χιλιετία μπορεί τόσο να διατηρήσει την διαίρεση του πραγματικού χρόνου (έτη ή μήνες) ή να κάνει συντμήσεις και γενικεύσεις (σε δεκαετίες ή εκατονταετίες για παράδειγμα) ανάλογα με την διάρκεια της παραγωγής. Γνωστή χρονική κίνηση (temporal animation) είναι η παρουσίαση της εξέλιξης αστικών περιοχών. Μη χρονική χαρτογραφική κίνηση. Όλοι οι τύποι κίνησης στην χαρτογραφία δεν απεικονίζουν απαραίτητα αλλαγές μέσα στο χρόνο. Η μη χρονική κίνηση απεικονίζει αλλαγές οι οποίες γίνονται από άλλες μεταβλητές και μπορούν να περιλάβουν οπτικά χρονικά δεδομένα με τρόπο μη χρονικό, απεικονίζοντας διαφορετικές αλλά σχετικές ομάδες χωρικών δεδομένων ή δείχνοντας δεδομένα με διαφορετικό επίπεδο γενίκευσης. Στα όχι χρονικά δεδομένα έχουμε τρεις γενικές μορφές : α) εκεί όπου οι αλλαγές γίνονται στα δεδομένα που θέλουμε να δείξουμε (Changing Time), β) εκεί όπου οι αλλαγές έχουν σχέση με την ίδια την αναπαράσταση (Changing Data) (Peterson M.) και γ) οι αλλαγές αφορούν την αναπαράσταση (Representation) των δεδομένων. Στην πρώτη περίπτωση (Changing Time), μπορούμε να διακρίνουμε δύο διαφορετικές μορφές μη χρονικής κίνησης. anim-nocod.doc 8

9 Αυτόν της Αναδιάταξης (reordering) των δεδομένων. Αντί επι παραδείγματι να έχω μια τυπική χρονοσειρά δηλαδή σεισμούς ανά έτος αναδιατάσσονται τα δεδομένα σε θανάτους ανά σεισμό. Αυτόν της αλλαγής Βηματισμού (pacing) το κάθε "καρέ" ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του θέματος όπου δηλαδή η διάρκεια του "καρέ" είναι ανάλογη της διάρκειας του σεισμού Di Biase, et al. (1992). Στη δεύτερη περίπτωση (Changing Data) διακρίνουμε τρεις μορφές κίνησης. Οι Πτήσεις (Fly - Through) μία μορφή κίνησης ίσως η πλέον ευρέως διαδεδομένη μη χρονική χαρτογραφική κίνηση. Η Γραφική Αλλαγή κλίμακας (Graphic Zoom), όπου όπως και στην ανωτέρω περίπτωση δεν έχουμε αλλαγή των χαρακτηριστικών. Ένα καλό παράδειγμα είναι η το zoom μέσα σε μία στατική εικόνα, φωτογραφία για παράδειγμα. Οι Χωρικές Τάσεις (Spatial Trend), όταν για παράδειγμά εξετάζονται σειρές που σχετίζονται με μεταβλητές πληθυσμιακών χαρακτηριστικών σε μία πόλη και όπου κάθε ομάδα φαίνεται σαν κύμα που κινείται από την μία πλευρά ως την άλλη πλευρά του χάρτη (πχ θέση ηλικιακών φετών στο αστικό περιβάλλον) Η τρίτη περίπτωση (αλλαγές που αφορούν την αναπαράσταση) αφορά το επίπεδο και τον βαθμό αφαίρεσης του χάρτη. Είδη βέβαια το ίδιο το γεγονός της εισαγωγής κίνηση σε ένα χάρτη ανοίγει ένα "παράθυρο" στην διαδικασία της αφαίρεσης. Η αφαίρεση της πραγματικότητας κάνει τους χάρτες ισχυρά χρηστικά παιχνίδια αλλά στον ίδιο χρόνο και δύσκολους στην ερμηνεία. Η χαρτογραφική αφαίρεση χωρίζεται τυπικά σε πέντε κατηγορίες: Η χαρτογραφική αυξομείωση της κλίμακας (Cartographic zoom) συνοδεύεται από αυξομείωση των λεπτομερειών στο χάρτη. Η Ταξινόμηση - Κίνηση όπου κάθε "καρέ" (frame) της παραγωγής απεικονίζει ένα διαφορετικό σχήμα ταξινόμησης. Γενίκευση - Κίνηση Ο Ήχος είναι ένα επιπρόσθετο στοιχείο της χαρτογραφικής κίνησης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παράδειγμά για να τονίσει τα αναπαριστώμενα γεγονότα, αυξάνοντας την ένταση ανάλογα με την αύξηση του πληθυσμού ανά έτος για παράδειγμα. anim-nocod.doc 9

10 6. Τεχνικές υλοποίησης της χαρτογραφικής κίνησης Όπως είδαμε πιο πάνω στο παράδειγμα του TimeMap project γίνεται χρήση ειδικού αλγόριθμου ώστε να επιτευχθεί η απαραίτητη ψευδαίσθηση κίνησης. Σε ένα άλλο παράδειγμα (CENTENNIA) το μέγεθος της πληροφορίας είναι τόσο μεγάλο που επιτυγχάνεται η ίδια ψευδαίσθηση χωρίς την χρήση πολύπλοκων τεχνικών. Στη μια περίπτωση η τεχνική παραγωγής κίνησης είναι το slide-show, ενώ στην δεύτερη το morphing, ο στόχος όμως παραμένει ο ίδιος, η δημιουργία της ψευδαίσθησης του χρόνου που τρέχει. Με την ραγδαία ανάπτυξη των υπολογιστών η χαρτογράφηση απέκτησε την ικανότητα να δείξει με τα γραφικά, αλλαγές μέσα στον χρόνο με τις κλασικές τεχνικές κίνησης (animation). Η χαρτογραφική κίνηση δεν ασχολείται μόνο στο να αναπαραστήσει τις αλλαγές μίας σταθερής θέσης μέσα στον χρόνο αλλά να παράγει κίνηση επίσης όταν ο χρόνος είναι σταθερός και η θέση του παρατηρητή και το πεδίο παρατήρησης αλλάζει. Κατά τον Dorling (1992) έχουμε τρεις τύπους κίνησης 1) Μετακίνηση (pan, panning) και ζοομ σε στατικές τρισδιάστατες εικόνες (Κίνηση στο Χώρο), 2) κίνηση σε χρονοσειρές σε δισδιάστατες εικόνες (Κίνηση στο Χρόνο), 3) χρήση κίνησης για να ερευνηθούν τρισδιάστατα αντικείμενα (3Δ Κίνηση). Παραλλαγή του ίδιου σχήματος δίνει ο Acevedo (1997). 1) Δισδιάστατη πλανιμετρική κίνηση, 2) τρισδιάστατη προοπτική κίνηση με σταθερό παρατηρητή, 3) τρισδιάστατη προοπτική κίνηση με κινούμενο παρατηρητή. Ξέχωρα από ποιόν διαχωρισμό θα υιοθετήσει κανείς οι βασικές κατηγορίες τεχνικών κίνησης ταξινομούνται σε δύο βασικές κατηγορίες την "κίνηση που βασίζεται στις σκηνές" (frame based), και την "κίνηση που βασίζεται στην ύπαρξη υποκειμένου "ηθοποιών" (cast - based). Κίνηση με βάση τις σκηνές - καρέ (frame based). Αυτού του είδους η κίνηση είναι η πιο απλή κατηγορία από τις δύο τεχνικές. Κάθε ξεχωριστό "καρέ" (frame) μπορεί να κατασκευαστεί από ζωγραφικό, χαρτογραφικό είτε gis πρόγραμμα (Peterson M.). Για anim-nocod.doc 10

11 κάθε μερικά δευτερόλεπτα κίνησης απαιτείται μεγάλος αριθμός σκηνών έτσι ώστε η ψευδαίσθηση των αλλαγών να δημιουργηθεί από την γρήγορη εναλλαγή των "καρέ". Ο Gersmehl (Gersmehl, 1990) διακρίνει δύο μεθόδους αυτήν του Slide Show και αυτήν του Flip Book. Και οι δύο αυτοί μέθοδοι αφορούν βασική κίνηση (animation) και όχι σύνθετα προβλήματα χαρτογραφικής κίνησης. Εκτός του γεγονότος ότι όλοι οι χάρτες της χρονοσειράς αποθηκεύονται και αναπαράγονται ο καθένας εξ ολοκλήρου υπάρχουν προβλήματα ευλυγισίας στην χρήση. Flip Book είναι η απλούστερη μέθοδος και δεν δείχνει τίποτα παραπάνω από μία απλή εναλλαγή χαρτών εκ των οποίων ο κάθε ένας αντιπροσωπεύει μία ενδιάμεση χρονική στιγμή. Το Slide Show έχει σαν βάση την προηγούμενη μέθοδο όμως επιπρόσθετα ειδικά εφέ όπως το βαθμιαίο σβήσιμο μεταξύ "καρέ" ήχο που έρχονται να εμπλουτίσουν την παραγωγή. Κίνηση με βάση την ύπαρξη υποκειμένων / ηθοποιών (cast - based). Αυτή η μορφή σχετίζεται με την κλασσική τεχνική δημιουργίας κίνησης. Διαχωρίζει τον χάρτη σε διάφορα στοιχεία όπως το υπόβαθρο και κάθε άλλο ιδιαίτερο χαρακτηριστικό σε επάλληλα επίπεδα. Κάθε "καρέ" (frame) μπορεί να έχει πολλά επίπεδα. Αυτή η μέθοδος είναι πολύ πιο ακριβής και ευέλικτη αλλά απαιτεί λογισμικό παραγωγής και θέασης πολύ πιο σύνθετο. Πέντε μεθόδους διακρίνει ο Gersmehl (Gersmehl, 1990) οι οποίες εντάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες αυτήν της 2Δ κίνησης (Sprite, Stage & Play, Color Cycling, Morphing) και αυτήν της 3Δ κίνησης ( Model & Camera). Η Sprite είναι συναφής με τις μεθόδους frame based αλλά δεν αποθηκεύει και δεν ξανασχεδιάζει ολόκληρο τον χάρτη σε κάθε "καρέ". Χρησιμοποιεί ένα στατικό υπόβαθρο και αλλάζει μόνο την θέση και τον συμβολισμό του εν χρήσει χαρακτηριστικού σε κάθε ενδιάμεση στιγμή. Μεγάλος αριθμός εφαρμογών υποστηρίζουν αυτή τη τεχνική (πχ Animated Giff). Stage & Play Αυτή η μέθοδος είναι ακόμα πιο περίπλοκη, συχνά δεν έχει να κάνει τόσο με τις αλλαγές μέσα στο χρόνο αλλά με τις αλλαγές τη θέσης και την άποψη του παρατηρητή. Η πιο γνωστή χρήση αυτής της μεθόδου είναι οι πτήσεις (Fly - through) και η βασική εφαρμογή αυτής της τεχνικής είναι η παραγωγή προσχεδιασμένων πτήσεων (movie), ενώ μία ακόμα πιο σύνθετη εφαρμογή είναι η δυνατότητα του χρήστη να πετάξει όπου αυτός επιθυμεί (Virtual Flights). Μια πολύ διαφορετική ως προς την προσέγγιση τεχνική είναι το Color Cycling. Εδώ δεν έχουμε την αλλαγή ή την κίνηση χαρακτηριστικών αλλά δια μέσου της γρήγορης αλλαγής μικρών τμημάτων χρώματος κατά μήκος ενός σχήματος δίδεται η εντύπωση κίνησης. Αυτή η μέθοδος είναι πάρα πολύ γνωστή από την χρήση χαρτών όπου απεικονίζονται καιρικά φαινόμενα, η κίνηση νεφώσεων και η πρόοδος τυφώνων κα. anim-nocod.doc 11

12 Metamorphosis ή Morphing στηρίζεται στην τεχνική που αλλάζει (διαλύεται) ένα σχήμα μέσα σε ένα άλλο. Για παράδειγμα η αλλαγή ενός πτηνού μέσα σε ένα θαλάσσιο θηλαστικό. Στις χαρτογραφικές εφαρμογές εμπλέκεται ο παράγων χρόνος. Περισσότερο σύνθετη τεχνική (Model & Camera) αφορά κίνηση σε 3Δ χαρακτηριστικά. Εμπλέκει τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Και σε αυτήν την περίπτωση ισχύει σε επίπεδο τύπων κίνησης, αυτό που είδαμε στην Stage & Play (Fly through - movie - virtual Flights), αλλά με τη διαφορά ότι αυτό δεν ισχύει για την τρισδιάστατη κίνηση Σ' αυτή την περίπτωση το θέμα του λογισμικού υλοποίησης είναι σημαντικό. Έχουμε προγράμματα που είναι εφαρμογές μόνο μίας τεχνικής όπως το Power Point Microsof και στον ίδιο χρόνο προγράμματα που δίνουν την δυνατότητα υλοποίησης σχεδόν όλων των προαναφερθέντων τεχνικών. Director MacroMedia, 3D Studio Max και Viz Autodesk, Premiere Adobe κλπ Η καλυτέρευση της ισχύος και των δυνατοτήτων των Η/Υ έπαιξε ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην δυνατότητα υλοποίηση 3Δ κίνησης. 7. Συμπεράσματα Θεωρείται ως επιδεικνύουν ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την φύση της κατανομής και της προσέγγισης του χώρου μέσα στον χρόνο. Οι δισδιάστατες αναπαραστάσεις της χωρικής πληροφορίας παίζουν ένα δεδομένα σημαντικό ρόλο για τις επιστήμες του anim-nocod.doc 12

13 χώρου και δικαιολογημένα οι ειδικοί του χώρου θεωρούν συχνά την "χαρτογραφική οπτικοποίηση" σαν κάτι όχι καινούργιο. Οι μέθοδοι χαρτογράφησης παραμένουν πολύ κοντά αλλά είναι γνωστό ότι ενώ ο στατικός χάρτης (σε ψηφιακή ή αναλογική μορφή) το παλαιότερο ίσως μέσο επικοινωνίας, έχει μία σειρά από περιορισμούς στο να απεικονίσει της χωρικής πληροφορίας και περιορίζει τον τύπο την πληροφορίας η οποία θα πρέπει να κοινοποιηθεί (Parsons E. 1994). Περιορισμοί όπως η παρουσίαση της τρισδιάστατης πραγματικότητας σε δισδιάστατη παρουσίαση, δυσκολία αναπαράστασης δυναμικών φαινομένων, αδυναμία απελευθέρωσης από την σταθερή κλίμακα και τη γενίκευση, την δυσκολία αναπαράστασης χρονικών δεδομένων, είναι πολύ συχνά προβλήματα που απαντώνται χαρτογραφία. Από την άλλη πλευρά θα πρέπει να εξετάσουμε το ευρύτερο πλαίσιο διάδοσης και παραγωγής της πληροφορίας. Η αλματώδη εξέλιξη της ψηφιακής τεχνολογίας, το Διαδίκτυο, ο Παγκόσμιος Ιστός, επιβάλουν σχεδόν, ένα καινούργιο επικοινωνιακό καθεστώς. Οι νέες δυνατότητες διάδοσης αλλά και επεξεργασίας της γεωπληροφορίας εξαρτώνται από αυτές ακριβώς τις εξελίξεις και υπόκειται στις επιταγές της. Η χαρτογραφική κίνηση και μάλιστα σε τρεις διαστάσεις είναι πλέον μία πραγματικότητα που επέτρεψε να πραγματοποιηθεί τόσο η εξέλιξη του λογισμικού και του εξοπλισμού και το επέβαλε η κοινωνία της πληροφορίας. Είναι σίγουρο ότι η κλασσική χαρτογραφία που κουβαλά μία μεγάλη παράδοση και έχει διαμορφώσει ένα ισχυρό θεωρητικό και τεχνικό πλαίσιο είναι διστακτική απέναντι στην την χαρτογραφία της κίνησης και της διάδρασης (animated and interactive cartography). Από την άλλη πλευρά η πράξη δείχνει ότι η χαρτογραφία κίνησης δεν είναι απορριπτική απέναντι στις αρχές της κλασσικής χαρτογραφίας αλλά ενέχεται από ένα πνεύμα επαναδιαπραγμάτευσης των αρχών τόσο σε επίπεδο χρηστών όσο και σε επίπεδο ειδικών, κατά μερικούς είναι μία επανάσταση που αφορά τόσο τον τρόπο διάδοσης αλλά και τις προσδοκίας από την χαρτογραφική πληροφορία. anim-nocod.doc 13

14 Βιβλιογραφία 1. Acevedo William, (1997)Time Series Animation Techniques for Visualizing Urban Growth, 2. Alan M. MacEachren, EXPLORATORY CARTOGRAPHIC VISUALIZATION: ADVANCING THE AGENDA, 3. Bintliff J., Πέρα από τις τελείες στο Χάρτη: Μελλοντικές κατευθύνσεις των Ερευνών Επιφανείας στην Ελλάδα, 4. Castagneri Jim, Temporal GIS explores new dimensions in Time, 5. Dorling (1992), Stretching space and splicing time: from cartographic animation to interactive visualization, Cartography and Geographic Information Systems, 19, , Dykes J.A., Moore K.M., Fairbairn D., (1999), From Chernof to Imhof and Beyond: VRML & Cartography, 7. Ed Parsons, VISUALIZATION TECHNIQUES FOR QUALITATIVE SPATIAL 8. Gersmehl, P. (1990), "Choosing Tools: Nine Metaphors of Four - Dimensional Cartography. Cartographic Perspectives No 5: pp Jepson W., Friedman S., A real time visualization system for large scale urban environments, Jim Castagneri, TEMPORAL GIS Explores New Dimensions in Time, Johnson Ian, Mapping the fourth dimension: the TimeMap project Kraak M., Edsall R., MacEashren A., Cartographic animation and legend for temporal maps: exploration and or interaction, στο MacEachren A., Visualization - Cartography for the 21 st century, MacEachren A., Visualization - Cartography for the 21 st century, Parsons Ed (1994), Visualisation techniques for qualitative spatial information, wwwsgi.ursus.maine.edu/gisweb/spatdb/egis/old/eg94046.html 18. Peterson M., Between reality and abstraction: Non - Temporal applications of cartographic animation, maps.unomaha.edu/animart/article.html 19. Peterson M., Cartographic Animation, Animation.html 20. Peterson M., Cartographic Animation, Animation.html 21. Peterson M., Spatial Visualization Through Cartographic Animation: Theory & Practice, Rhyne T.M., Going Virtual with Geographic Information & Scientific Visualization, Robinson, A., Muehrcke, P., Kimerling, A., Guptill, C. (1995) Elements of Cartography, Wiley, N.York, pp Sandercock Matt, Cartographic visualization relies on the use of maps to present a cartographic idea, in this visualization metaphor relevant in today's digital world, Southall G., Southall H., The Great Britain Historical GIS, The Metro Denver Temporal GIS Project, Project Description, Λιβιεράτος Ε., Χαρτογραφία Γενική, εκδ. Ζήτη, Θεσ/νίκη 1985, 216. anim-nocod.doc 14