Ga door naar hoofdcontent
ArtikelenGeodata-visualisatie: een rijk toekomstbeeld

Geodata-visualisatie: een rijk toekomstbeeld

Dinsdag 1 oktober 2019Afbeelding Geodata-visualisatie: een rijk toekomstbeeld

Sinds een aantal jaren verzorgen wij de cursus ‘GIS for society’. In deze cursus komen drie uitdagende onderwerpen aan bod: geodatavisualisatie, netwerkanalyse en open geodata. Deze drie onderwerpen zijn uitgekozen, omdat de hedendaagse burger via de smartphone deze onderwerpen op een geïntegreerde manier dagelijks inzet. Daar zijn talloze voorbeelden van te noemen. Denk aan de diverse apps om te navigeren, duursportprestaties die gemonitord kunnen worden en locaties van vrienden en bekenden die je in de gaten kunt houden. De meest ultieme apps hiervan bieden een spelervaring in de werkelijke wereld aan zoals het augmented reality spel Pokémon Go. In onze cursus proberen we de essenties van ieder van de drie onderwerpen te behandelen en van daaruit ook hun onderlinge samenhang.

De opzet van de cursus is sterk beïnvloed door het verhaal van Sui [1], waarin wordt voorgesorteerd op een volgende generatie geo-informatietoepassingen met bijbehorende technologie via de ‘emerging themes’: affective GIS, geo-games, critical GIS, datatype synthesis, mapstories en geo-design. Als we nu kijken naar de verschillende geodatagedreven apps en naar de diverse applicaties, die door de geo-business ontwikkeld en toegeleverd zijn, dan krijgen we die volgende generatie concreet in beeld.

Door deze rijkdom aan ontwikkelingen is het aanbieden van essenties binnen een cursus er niet eenvoudiger op geworden. In het kader van deze speciale GIN-uitgave duid ik het kader waarmee wij de essenties van geodatavisualisatie binnen deze cursus behandelen. Dit kader biedt daarmee een mogelijkheid de ontwikkelingen (die de afgelopen decennia in dit veld hebben plaatsgevonden) te positioneren, bruikbare concepten daaraan te verbinden en de gewenste geodata-visualisatie te preciseren.

Figuur 1 – Omzetten van geodata.

Omzetten en weergeven

Uitgangspunt van dit kader betreft het nadrukkelijk onderscheid binnen een geoinformatiesysteem (GIS) tussen de geodata en de visualisatie daarvan. Oorspronkelijk kende een GIS de mogelijkheden om een kartografisch product digitaal te vervaardigen. Het kader is eenvoudig: er zijn geodatabronnen (waaruit geodata worden geput), die worden verwerkt en vervolgens gevisualiseerd. Die visualisatie bestaat daarbij uit twee stappen: het omzetten van de geodata (‘visualizing’ – zie nummer 1 in figuur 1) in een bruikbare visualisatie (thematisch en/of ruimtelijke referentie) en het weergeven (‘rendering’ – zie nummer 6 in figuur 1) daarvan. In de wetenschappelijke literatuur vinden we over het vervaardigen van dergelijke kartografische producten prachtige studies waarin de discussies over de weergave van vele variabelen via meerdere univariate kaarten dan wel één multivariate thematische kaart krachtig kan knetteren (zie nummer 2 in figuur 2).

Chernoffs politieke kleur van Groot Brittannië in 1973 is één van de toppers in die discussie. Kennis van kleursystemen, kleurharmonie en de ‘gestalt’-theorie is daarbij onvermijdelijk. Tevens is begrip van kaartlay-out en diverse grafiekconcepten een noodzaak om een leesbaar kartografische product te realiseren. Naast deze concepten is de hoofdrol in die vertaling van geodata naar een grafisch weergave weggelegd voor de theorie van Bertin [2] [3].

Zodra de remmingen op het verkrijgen van geodata wegvielen door onder andere de hoogfrequente levering van geodata via diverse ‘sensors’ (van satelliet gekoppelde, geautomatiseerde waarnemingen tot en met die via sociale media) en de vrije toegang tot publieke data, kreeg de studie naar tijd-ruimtedynamiek meer aandacht. Die aandacht kende een evenknie in de geodata-visualisatie en was herkenbaar in de definitie van Kraak en MacEachren [4].

Dynamische grafische attributen

Tijd-ruimtedynamiek op de kaart geeft inzichten in de ontwikkeling van ruimtelijke objecten en ruimtelijke thema’s. Tijdsverschil heeft daarmee in de visualisatie haar intrede gedaan. We onderscheiden nu twee opties om die dynamiek te visualiseren. Het kartografisch product met één of meerdere ‘statische’ kaarten of een animatie waarin meerdere kaartbeelden (‘frames’) de veranderingen in de tijd weergeven. In ons herziene geodatavisualisatiekader (nummer 3 in figuur 2) betekent dit dat de verwerking van geodata in een grafisch product een nieuwe stap kent en die richt zich op het visualiseren van de dynamiek: stapsgewijze verandering aan de hand van specifieke tijdseenheden dan wel het verschil tussen kenperioden. Er zijn daarbij, afhankelijk van de geometrische data-primitieven (‘vector- of tesselated’), andere grafische attributen in te zetten, zoals ‘blinkers’, ‘halo’s’ en ‘moves’. De afgelopen jaren zijn aan de visualisatie van ruimtelijke dynamiek en de inzet van ‘dynamische’ grafische attributen diverse studies gewijd als vervolg op de ideeën van Blok [5] en Andrienko et al. [6].

Het gebruik van de animatie bracht opnieuw de interactie met de visualisatie onder de aandacht, omdat de animatie de opties van stoppen, pauzeren, snel vooruit- en terugspoelen met zich meebracht. Ook de eerder genoemde definitie van Kraak en Dykes verwijst impliciet naar de rol van interactie met het beeld. In dat kader houden we vooralsnog de interactie bewust buiten beeld, maar verwijzen we wel naar het werk van Roth [7]. Overigens is door de inbreng van diverse interactie-opties een interessante nieuwe scheiding ontstaan tussen beeld, en interactie met het beeld.

Figuur 2 – Geodata-visualisatie.

Driedimensionale visualisatie van geodata

De volgende essentie in ons kader betreft de ruimtelijke dimensie van de visualisatie: twee- (2D) of driedimensionale (3D) visualisatie van de geodata. Dit roept altijd de volgende vragen op: wat is 3D en waarom 3D? De laatste vraag valt alleen te beantwoorden indien we onze informatie- en kennisvragen plaatsen in de context van een ruimtelijk denkmodel, bijvoorbeeld een allocentrisch of egocentrisch model met bijbehorende gebruikseisen. Die plaatsing laat ik in dit verhaal eveneens buiten beschouwing.

Ruimtelijk denken wordt echter primair gevoed door ons visueel perceptiesysteem dat in principe een stereografische beleving oplevert. In de discussie over wat 3D is, hanteren wij een transformatiemodel (zie figuur 3) die de relatie tussen geodata, datavisualisatie en perceptie van de rendering via een specifiek presentatiemedium (bijvoorbeeld ‘desktop’, ‘touchscreen’, ‘oculus rift’ en ‘hololense’) toont. Het transformatieschema verwijst onder andere naar een stereografische beleving van de derde dimensie (bijvoorbeeld via ‘shutter glasses’, ‘Google cardboard VR’ of ‘Microsoft hololense’) dan wel een monografische beleving (via een standaard beeldscherm of projectievlak van een enkele ‘beamer’), geïnterpreteerd aan de hand van ‘depth cues’. Een depth cue appelleert aan ons perspectivische ervaring van de werkelijkheid door gebruik te maken van perspectief lijnen en voor-, midden- en achtergrondtaferelen.

Kijkdoosmetafoor

Het transformatiemodel laat zien dat de omzetting van geodata naar een visualisatie vele bewerkingsopties biedt. Dit houdt in dat er wederom een nieuwe, essentiële stap in het kader is bijgekomen (zie nummer 4 in figuur 2). Wij gebruiken een ‘kijkdoosmetafoor’ om inzicht te geven in de constructie van een 3D-visualisatie (3D-scene) uit de diverse geodata-sets, grafische attributen en gevisualiseerde geodata. De relatie tussen alle componenten bij die bouw vereist daarbij wel specifieke toelichting. Enkele voorbeelden daarvan zijn het gewenste ruimtelijke 3D-detail (‘level of detail’), de ‘extrusion’ van punt-, lijn- en vlakprimitieven (‘vector features’) in 3D-objecten, de ‘texture mapping’ van die ‘extruded’ primitieven met bijvoorbeeld thematische visualisaties, de plaatsing van 3D-CAD-modellen in dergelijke geo-gerefeerde 3D-scenes, waarbij de georeferentie in X-, Y- én Z-richting essentieel zijn en de plaatsing in het model van dynamische visualisaties via bijvoorbeeld een laaganimatie of objectbeweging via een route (‘flight path’) door de scene. De rendering van een dergelijke digitale kijkdoos vraagt ook om aandacht voor specifieke views waartoe cameraparameters (‘field settings’ of ‘view settings’) zijn in te stellen, alsmede de route van de camera en niet te vergeten instellingen die schaduw en lichteffecten bepalen op basis van het tijdstip op specifieke lengte- en breedtegraden.

Figuur 3 – Transformatiemodel geodata.

Storymap

De laatste essentie die in het geodata-visualisatie kader is opgenomen betreft het verhaal dat de gebruiker van de visualisatie ondergaat. In korte tijd is de term ‘storymap’ omarmt en in veel projecten vindt de communicatie met betrokkenen plaats via deze vorm van visualisatie. De essentie van een storymap is gekoppeld aan de theorie over verhalen vertellen. Vanuit het kader verwijzen wij naar de verhaaltheorie (‘narrative’) van Freytag [8] en de relatie tussen de verhaallijn (‘narrative’) en de presentatie van het verhaal (‘representation’) zoals onder andere door Potteiger et al. [9] zijn geïntroduceerd. Bij het maken van onder andere games, films en documentaires zijn dat belangrijke concepten. De verhaallijn (‘script’) wordt daarin uitgewerkt in een visuele presentatie die veelal audio ondersteund is (‘storyboard’) waarin verhaalscenes gebaseerd op views, sequentie, duur en frequentie van visualisaties staan beschreven. Het is daarmee in essentie een montage van binnen de verhaallijn bruikbare geodata-visualisatievormen die eerder in het kader zijn behandeld. Het gebruik van verhaaltheorie vormt wederom een nieuwe stap in het geo-visualisatie kader (zie nummer 5 in figuur 2). Voor de implementatie van elementen uit de verhaaltheorie verwijzen wij naar de verschillende technieken die onder andere in de video- en filmindustrie in gebruik zijn (‘camera degree rule’, ‘framing’, ‘sequence’, ‘voice over’). Zodra de presentatie van de verhaallijn aan de hand van diverse geodata-visualisaties is gerenderd dan is de visualisatie beschikbaar, in de praktijk storymap of mapmovie genoemd. De televisieserie ‘Nederland van Boven’ [10] toont aansprekende voorbeelden van dergelijke geodata gebaseerde verhalen. Ondertussen zijn we alweer een stap verder daar Niantic Inc. via Harry Potter’s wizard unite [11] een 3D, dynamische augmented reality applicatie in de zomer van 2019 heeft gelanceerd waarin de gebruiker diverse verhaallijnen krijgt aangeboden. Dit hebben zij gerealiseerd door op een aantrekkelijke manier de essenties van het gepresenteerde visualisatiekader te integreren en te voorzien van diverse vormen van interactie. Zoals eerder aangegeven laten we in deze kaderbeschrijving interactie in relatie tot de zes gepresenteerde stappen buiten beschouwing. Dit verhaal geeft een overzicht van de essenties van geodata-visualisatie aan de hand van een kader zoals wij dat momenteel hanteren in het academisch onderwijs. We gebruiken dit om de verschillende onderdelen daarvan stapsgewijs te behandelen via verwijzing naar theoretische concepten en de toepassing daarvan door het gebruik van diverse software componenten van desktop tot en met client-server (3-tier architecture). Het kader illustreert tevens de ontwikkelingen in de geodata-visualisatie en preciseert onderzoeks- en toepassingsvragen. Bovendien biedt deze ontwikkeling van Bertin naar Niantic een duidelijk zicht op benodigde kennisintegratie en schetst daarmee een rijk toekomstbeeld voor de visualisatie van geodata.

Referenties

  1. 2015 Sui, D., Emerging GIS themes and the six senses of the new mind: is GIS becoming a liberation technology? Annals of GIS, 21 (1) 1-13; DOI:10.1080/19475683.2014.992958
  2. 1967 Bertin, J., Sémiologie graphique. Les diagrammes. Les réseaux. Les cartes. Re-impressions des Editions de l’Ecole des Hautes Etudes En Sciences Sociales, 1999
  3. www.visionscarto.net/la-semiologie-graphique-a-50-ans (ver. 1/10/2019)
  4. 2005 Kraak, M.J., MacEachren, A.M., Geovisualisation and GIScience. Cartography and Geographic Information Science 32 (2) 67-68; DOI: 10.1559/1523040053722123
  5. 1997 Blok, C., Dynamic visualization in a developing framework for the representation of geographic data. Cyberg- Geo European journal for Geography – 30 ânes de Sémiologie graphique – journals.openedition.org/cybergeo/509
  6. 2008 Andrienko, G. et al., Geovisualization of dynamics, movement and change: key issues and developing approaches in visualization research. Information visualization 7 (2008) 173-180; DOI: 10.1057/ivs.2008.23
  7. 2013 Roth, R. Interactive maps: What we know and what we need to know. Journal of Spatial Information Science 6 (2013) 59 -115
  8. 2013 Mou, T. et al. From storyboard to story: animation content development. Education Research and Reviews 8 (13) 1032-1047 DOI: 10.5897/ERR2013.1484
  9. 1998 Potteiger, M. , Purinton, J., Landscape Narratives: Design Practices for Telling Stories John Wiley & Sons, 1998 340 pp
  10. www.vpro.nl/programmas/nederland-van-boven.html (ver. 1/10/2019)
  11. www.harrypotterwizardsunite.com/ (ver. 1/10/2019 )
Afbeelding voor Ron van Lammeren

Ron van Lammeren