Wizualizacja naukowa i analiza danych w celach poznawczych

Przed erą GIS podstawowym narzę­dziem do analizy danych przestrzennych były głównie mapy drukowane i dane statystyczne. Tę funkcję map charakteryzował szczegółowo Wood (1994). Istnieje jeszcze wiele metod analizy i użytkowania map, których nie włączono dotychczas do programów GIS. Dzisiaj badacze mają dostęp do wielu narzecza komputerowych, jak arkusze kalkulacyj­ne i bazy danych oraz programy graficzne. Analiza za pomocą komputera w porównaniu z tradycyjną, nie tylko zmniejsza wysiłek i czas przetwarzania danych, ale przede wszystkim umożliwia użytkownikowi jednoczesne korzystanie z mapy i z bazy danych. To sprawia, że, bardziej niż kiedykolwiek przedtem, mapa staje się podstawowym narzędziem badań przestrzennych. Z tą nową rolą kartografii wiąże się pojęcie wizua­lizacji kartograficznej.

Termin „wizualizacja" wymaga wyjaśnienia⁴. Głównym zadaniem kartografii jest „uwidocznianie", dlatego przeciwstawianie wi­zualizacji kartografii może budzić zdziwienie. W ostatnich latach jednak, zwłaszcza po ukazaniu się pracy McCormicka i in. (1987), termin „wizualizacja" jest używany w szerszym kontekście, przede wszystkim w związku z grafiką komputerową, która umożliwia projektowanie obrazów pozwalających na wnikanie w istotę zagadnienia. Pojęcie wizualizacji naukowej określa się jako „zastosowanie technologii komputerowej do tworzenia prezentacji wizualnych, których celem jest ułatwianie rozumowania i rozwiązywania problemów". Kluczową rolę w naukowej wizualizacji odgrywa interakcja z danymi. W 1994 r. ukazały się dwie książki: Visualization in Geographical Information Systems (Heamshaw i Unwin, 1994) i Visualzation in Modem Cartography (MacEachren i Taylor, 1994), poświęco­ne relacjom między kartografią i GIS oraz naukową wizualizacją. W międzynarodowej społeczności kartografów zaak­ceptowano już pogląd, że wizualizacja nie ogranicza się do kartografii i jest nie­zależną dziedziną, której rozwój będzie miał znaczny wpływ na kartografię (Taylor, 1994). Zdaniem D.R.F. Taylora obie dziedziny mają wspólne zagadnienia (rys. 9.10): poznanie (analiza i zastosowanie), komunikacja (nowe techniki prezentacji) i formalizm (nowe technologie komputerowe), ściśle ze sobą powiązane, głównie przez interaktywną wizualizację.

Rys. 9.10 Wizualizacja kartograficzna (wg Taylora, 1994)

⁴ Por. S. Dylak, Wizualizacja \v kształceniu nauczycieli, Poznań, 1995, Wyd. Naukowe UAM (przyp. tfum.).

Naukowa wizualizacja jest traktowana jako trójstopniowy proces, obejmują­cy wybór i uwypuklanie danych, określanie ich struktury przestrzennej i wywoływanie obrazu. Zestawienie procesu wizualizacji z procesem kartograficznym przedstawiono schematycznie na rysun­ku 9.11. W pierwszej fazie naukowej wizualizacji, w wyniku filtrowania i porządkowania danych, powstaje model, który można porównać z cyfrowym modelem krajobrazu. Efektem wizualizacji w procesie kartograficznym będzie cyfrowy model kartograficzny, a proces wywoływania obrazu doprowadzi do powstania mapy. Oprócz podobieństw, jest też jednak kilka wyraźnych różnic. W naukowej wizualizacji większe znaczenie ma aspekt poznawczy i zrozumienie istoty procesów, w procesie kartograficznym zwraca się przede wszystkim uwagę na efektywność przekazu, a rów­nież na jakość danych, zwłaszcza ich do­kładność i kompletność, które w nauko­wej wizualizacji nie mają zasadniczego znaczenia.

Rys. 9.11. Schemat wizualizacji: (a) ogólny proces wizualizacji, (b) kartograficzny proces wizuali­zacji (wg Brodiego, 1994)

Rola technik poznawczej analizy da­nych jest szczególnie istotna w środowi­sku GIS, zwłaszcza jeśli zawiera ona du­żą liczbę danych. Ich przydatność w kartografii wynika z faktu, że na użytek analizy kartograficz­nej nie opracowano jeszcze zakresu po­jęć podobnych do gramatyki kartogra­ficznej, która funkcjonuje w przekazie kartograficznym. Przeprowa­dzono już jednak kilka eksperymentów nad oprogramowaniem służącym do kartograficznej analizy danych. Proto­typ takiego systemu, Połygon Explorer, opracował MacDougall (1992). Na ry­sunku 9.12a pokazano przykład możli­wości interaktywnej analizy danych za pomocą tego programu. Obok mapy Massachusetts znajduje się kilka diagra­mów, będących efektem analizy. Drugi przykład (rys. 9.12b) przedstawia wyko­rzystanie techniki „malowania (zamalo­wywania) geograficznego" (geographical brushing), wprowadzonej przez Monmoniera (1992). Polega ona na połącze­niu mapy z wykresami korelacji. Po wskazaniu na wykresie wybranego za­kresu wartości, na mapie zostaną pod­świetlone odpowiadające im obszary, a na pozostałych wykresach odpowiednie punkty. Również odwrotnie, wskazanie obszaru na mapie wyświetli odpowiada­jący mu punkt na wykresach. Inne podejścia omawiają DiBiase i in. (1992).

Rys. 9.12 Przykłady interaktywnego badania danych (a) program Poligon Explorer (b) wypełnienie kolorem jednostek geograficznych

2

---