Nosotros vemos el mundo en 3D. Con el Web GIS en 3D, se introduce una dimensión adicional en la imagen. Visualice los datos con su aspecto real, o utilice símbolos 3D para ofrecer datos cuantitativos de formas imaginativas para mejorar la comprensión y aportar información visual a problemas complejos.
La evolución de la cartografía 3D
A lo largo de la historia, la información geográfica se ha elaborado y presentado en forma de mapas bidimensionales sobre la mejor superficie plana disponible en cada época: trazada en el suelo, sobre pieles de animales y paredes de cuevas, dibujados a mano sobre pergamino, después impresa en papel y, finalmente, en las pantallas de ordenador en sus formas y tamaños actuales. Independientemente del sistema de distribución, el resultado ha sido una representación plana del mundo. Estos mapas bidimensionales fueron (y siguen siendo) bastante útiles para muchos fines, como hallar el camino en una ciudad desconocida o determinar las fronteras legales, pero están restringidos a una visión de arriba abajo del mundo.
Las representaciones tridimensionales de los datos geográficos han existido durante siglos. Las vistas aéreas artísticas se hicieron populares como forma para representar ciudades y paisajes de poca extensión que la gente pudiese comprender intuitivamente. Pero debido a que eran estáticas y no se podían utilizar directamente para tomar medidas ni realizar análisis, a veces los cartógrafos serios las consideraban meras invenciones o chucherías, y no una forma de proporcionar contenido acreditado.
Sin embargo, esto ha cambiado desde que ArcGIS introdujo el concepto de "escena", que es más que un simple mapa 3D. En una escena se pueden controlar cosas como la iluminación, la inclinación de la cámara y el ángulo de visión. El cartógrafo puede elaborar una escena que genere una representación muy realista de la información geográfica en tres dimensiones, la cual proporciona una forma totalmente nueva en que el público interactúa con el contenido geográfico. La información espacial que es tridimensional de forma inherente, como la topografía del paisaje, el espacio construido e incluso la geología subterránea, ahora se puede mostrar no de modo intuitivo y visual, sino también de modo cuantificable y medible, lo cual significa que podemos realizar verdaderos análisis y ciencia profunda con datos 3D.
Ventajas del 3D
Información vertical
La ventaja más obvia de una escena es la posibilidad de incluir información vertical (y, por consiguiente, volumétrica): la elevación de la superficie de las montañas, el paisaje de los alrededores, las formas de los edificios o las rutas de vuelo de los aviones de pasajeros. Es el poder de la Z.
Simbología intuitiva
En el 3D, la dimensión adicional permite incluir símbolos más fáciles de reconocer y es posible elaborar mapas más intuitivos. Es posible ver todos los datos desde todos los puntos de vista in situ. Cada símbolo que se reconoce en el mapa ahorra el esfuerzo de recurrir a la leyenda para asegurarse de entender lo que se muestra.
Mostrar vistas de pájaro realistas
Muchos de los primeros mapas, en especial los de ciudades y pequeñas zonas habitadas por humanos, se mostraban como escenas. Estos mapas estilizados se crearon en forma de vistas de pájaro estáticas en 3D y sirvieron para hacer comprensibles las características de un lugar. En la actualidad, los creadores de SIG interactúan y ven estas escenas desde muchas perspectivas.
Navegación humana
En la mayoría de los momentos de nuestra vida, vemos el mundo a una altura máxima de diez pies del suelo. El 3D nos permite reproducir esta vista. Al presentar los datos desde esta perspectiva cercana, el espectador entiende de forma intuitiva el tamaño y las posiciones relativas de los objetos al caminar de forma virtual por la escena. No es necesario explicar que se está en un bosque o que hay un lago que impide el paso: la perspectiva 3D hace que las entidades se reconozcan de forma inmediata.
Conceptos básicos del 3D
Aclaraciones sobre la terminología 3D
Mapas y escenas
El contenido SIG se puede visualizar en 2D o 3D. Ambos modos son muy similares. Por ejemplo, ambos pueden contener capas de SIG, ambos tienen referencias espaciales y ambos admiten operaciones de SIG como la selección, el análisis y la edición.
No obstante, también hay muchas diferencias. A nivel de capa, los postes de teléfono podrían aparecer en un mapa 2D como círculos de color marrón, mientras que el mismo contenido en una escena 3D se mostraría con modelos volumétricos, junto con los soportes e incluso los cables, escalados y rotados para colocarlos en su lugar. A nivel de la escena, hay propiedades que no tendrían sentido en un mapa 2D, como la necesidad de una malla para el suelo, la existencia de una fuente de iluminación y los efectos atmosféricos como la niebla.
En ArcGIS, nos referimos a las vistas en 2D como "mapas" y las vistas en 3D como "escenas".
Local y global
El contenido 3D se puede visualizar en dos entornos de escenas distintos: un mundo global y un mundo local (o plano). Actualmente las vistas globales son el tipo de vista más habitual y en ellas se muestra el contenido 3D en un sistema de coordenadas globales que se muestra en forma de esfera. Un entorno global es adecuado para datos que se extiendan por grandes distancias y donde se deba tener en cuenta la curvatura de la Tierra, por ejemplo, al trazar rutas de tráfico aéreo o vías marítimas globales.
Las vistas locales son como peceras autónomas, donde las escenas tienen una extensión fija en un espacio delimitado. Son más adecuadas para datos sobre extensiones pequeñas, como el campus de una facultad o una explotación minera, y aportan las ventajas adicionales de poderse visualizar en sistemas de coordenadas proyectadas. Las vistas locales también pueden ser eficaces para visualizar datos científicos en los que el tamaño relativo de las entidades es un requisito de visualización más importante que la ubicación física del contenido sobre un esferoide.
Superficies
Una "superficie" es como un trozo de piel estirado sobre la Tierra. Los datos de la superficie, por definición, incluyen valores x, y, z de cualquier punto. Una superficie puede representar un elemento físico que existe en el mundo real, por ejemplo, una cadena montañosa, o puede ser una superficie imaginaria que podría existir en el futuro, como un plan de carreteras. Incluso puede mostrar un tema que solo exista conceptualmente, como una superficie de densidad de población. Las superficies se ofrecen con una amplia gama de precisiones, con cualquier valor desde la alta resolución, con una precisión de una pulgada, con todo el recorrido hasta las superficies de baja precisión (con una precisión de 90 metros o menos detalladas).
Las superficies son los bloques fundamentales de construcción de casi cualquier escena que se puede crear ya que proporcionan el fundamento para superponer otros contenidos. A veces, la superficie en sí es la protagonista (como una escena del Monte Everest). Otras veces, la superficie desempeña un papel más secundario, ejerciendo de base para otros datos cruciales de la escena, como imágenes aéreas o fronteras administrativas. Las superficies también pueden proporcionar información de altura respecto a la base para símbolos vectoriales en 3D, tales como árboles, edificios y bocas de riego cuya posición vertical en la escena se desconocería en caso contrario.
Tamaño real y tamaño en pantalla
Simbolizar entidades con su tamaño real es muy frecuente en 3D. Por ejemplo, se espera que los edificios, árboles y postes de luz se muestren en el mundo virtual con los tamaños relativos que tienen en el mundo real. Incluso algunos símbolos temáticos, tales como una esfera que muestre la distancia de iluminación estimada de un poste de luz ayudará a comunicar la noción de un tamaño en el mundo real.
Sin embargo, también resulta útil disponer de símbolos en la escena que estén en un tamaño adecuado para la pantalla. Esto es, si la vista se acerca o se aleja en la escena, el símbolo siempre se muestra con el mismo número de píxeles en la pantalla. Este efecto es análogo a tener una capa de mapa 2D cuyos tamaños de símbolo no cambien al cambiar la escala del mapa.
Nuevos mundos de datos 3D
Nubes de puntos, SIG subterráneo y más
Cada vez existen más datos 3D provenientes de una amplia variedad de fuentes. Los ejemplos que se muestran aquí indican algunas de las posibilidades. Dedica un tiempo a examinar estas aplicaciones en tu ordenador. Estos y muchos otros ejemplos innovadores están recopilados en la galería ArcGIS Web Scenes.
LIDAR
La detección y medición de distancias por luz (LIDAR, por sus siglas en inglés) es una técnica de teledetección óptica que utiliza la luz de láser para muestrear con alta densidad la superficie de la Tierra produciendo mediciones exactas de x, y, z. LIDAR, que se utiliza principalmente en aplicaciones de representación cartográfica láser aéreas, está emergiendo como una alternativa rentable a las técnicas de topografía tradicionales, como la fotogrametría. LIDAR produce datasets de nube de puntos de masa que se pueden administrar, visualizar, analizar y compartir usando ArcGIS.
Malla integrada
Los datos de malla integrada se suelen capturar en un proceso automatizado para construir objetos 3D a partir de conjuntos grandes de imágenes superpuestas. El resultado integra la información de la imagen de entrada original como una malla con textura que usa una estructura entrelazada triangular. Una malla integrada puede representar entidades 3D construidas y naturales, como muros de edificios, árboles, valles y acantilados con texturas realistas, e incluye información de elevación. Las capas de escena de mallas integradas se crean generalmente para la representación cartográfica 3D de toda la ciudad y se pueden crear usando Drone2Map™ for ArcGIS®, para compartirlas después con ArcGIS Desktop o aplicaciones web.
Datos de imágenes de drones
En los últimos años, los drones se han convertido en una forma cada vez más común de capturar imágenes de áreas locales en alta resolución. Las imágenes de los drones suelen estar etiquetas con información geográfica que describe dónde se tomó cada imagen, lo que permite utilizarlas de inmediato en ArcGIS. Drone2Map for ArcGIS no solo le permite ver imágenes de drones sin procesar en un mapa, sino que también le permiten crear mapas 2D y escenas 3D a partir de las imágenes.
El mundo bajo sus pies
De manera predeterminada, la navegación bajo el suelo se deshabilita para evitar llegar con el zoom bajo la superficie del suelo de una escena 3D y perder la orientación. Sin embargo, si la escena contiene datos que pertenecen correctamente al subsuelo, como las tuberías de servicios públicos o las masas geológicas del subsuelo, puede habilitar esta función para la escena 3D.
Representación del mundo en 3D
Fotorrealista
Las vistas fotorrealistas son, básicamente, intentos de recrear la realidad utilizando fotografías para aplicar texturas a las entidades. Estas son, con diferencia, el tipo de escena más frecuente y se ha hecho un esfuerzo enorme para lograr que el mundo virtual tenga exactamente el mismo aspecto que si estuviese en el lugar en persona. Los autores de este contenido crean mundos virtuales para simulaciones, planificación y diseño, así como para vídeos y películas promocionales. Los requisitos son muy sencillos: mirar por la ventana y lograr que el mundo virtual tenga ese aspecto.
En un contexto de SIG, las vistas fotorrealistas son muy adecuadas para mostrar al público cómo ha cambiado un lugar, o cómo se espera que cambie, a lo largo del tiempo. Por ejemplo, qué aspecto tendrá el paisaje de una ciudad después de construir un edificio propuesto, o qué aspecto tenía una región cuando los dinosaurios poblaban la Tierra. Una vista fotorrealista ahorra al usuario el esfuerzo de imaginar el aspecto que tendría el mundo y simplemente se lo muestra.
Cartografía en 3D
Utilizar elementos en 3D para representar datos y otra información no fotorrealista es la nueva frontera. La idea es utilizar las técnicas de representación cartográfica temática en 2D y trasladarlas al 3D. Estos mapas son productos de información eficaces y atractivos que, a menudo, se ven como escenas navegables o en vídeo para controlar la experiencia del usuario y generar el máximo impacto.
Realidad virtual
Una escena 3D rápidamente empieza a parecer realidad virtual cuando se combinan las técnicas fotorrealistas y temáticas. Las partes fotorrealistas de la escena proporcionan una sensación de familiaridad para el usuario y las partes temáticas pueden comunicar información clave. Póngase un casco Oculus Rift y se sumergirá de pronto en un mundo en 3D.
¿Qué caracteriza a una gran escena?
Aspecto
Experimentamos y vemos los espacios en 3D. Se invita a la gente que visualiza el contenido a imaginarse dentro de la escena por donde se mueven. Esto significa que el diseño o el aspecto del mundo que los envuelve puede tener un efecto importante sobre sus sensaciones acerca de la escena en general.
Por ejemplo, una ciudad que se muestra con poca iluminación y bajo una niebla densa da una sensación de mal presagio o de decadencia, mientras que una imagen soleada de la misma ciudad, con gente y coches, implica que la ciudad es vibrante y segura, como Gotham frente a Pleasantville.
Estilo del contenido 3D
El estilo del contenido de SIG dentro de la escena 3D también tiene un efecto importante sobre el aspecto y funcionamiento de la escena. Existen básicamente tres opciones disponibles: totalmente fotorrealista, totalmente temático o una combinación de fotorrealista y temático.
Escenas temáticas
Las vista temáticas modelizan y clasifican la realidad de tal modo que comunica la información espacial con mayor eficacia. Las vistas 3D temáticas utilizan técnicas de cartografía 2D, como las clasificaciones, los esquemas de colores y el tamaño relativo de los símbolos, con el fin de simplificar el mundo real y convertirlo en algo más fácil de entender. Los autores de escenas 3D crean representaciones esquemáticas y simplificadas para comunicar aspectos clave de información con eficacia, especialmente para visualizar información científica.
Para los usuarios de SIG, el contenido temático puede ser una forma eficaz y atractiva de visualizar algo más que dónde se encuentra algo: también se pueden mostrar propiedades esenciales de ese algo. Al igual que en el ejemplo siguiente, los puntos de datos de tifones se pueden simbolizar para mostrar tanto la ruta de la tormenta como la velocidad cambiante del viento.
Líder de opinión: Nathan Shephard
El auge de las escenas cartográficas 3D
Cuando la gente habla sobre magníficas vistas 3D generadas por ordenador, casi siempre se refieren a una vista renderizada con realismo. Ya sabes, las que se obtienen con trazado de rayos, iluminación ambiental y superficies reflectantes, que se parece tanto al mundo real que casi se puede tocar. Si bien este tipo de visualizaciones es útil para comunicar ciertos tipos de información geográfica, como una propuesta de paisaje urbano futuro, no es la forma adecuada para representar cualquier cosa. Es decir, del mismo modo que no todos los mapas son imágenes aéreas, no todas las vistas 3D son intentos de recrear el mundo real.
Los usuarios de SIG comparten mapas y escenas con una finalidad común: comunicar información espacial. Y un buen uso de los símbolos temáticos en 3D puede ser tan eficaz como técnicas similares en 2D, o más. Por ejemplo, mostrar entidades de árboles como esferas de colores sobre palos (en color rojo aquellos que se tienen que podar) es mucho más práctico que mostrar los mismos árboles mediante modelos realistas, cubiertos de hojas y ramas. El tamaño de las esferas también puede contener elementos del mundo real, como la altura y el ancho de la copa del árbol, pero el valor real de los símbolos procede de su visualización cartográfica, una visualización más sencilla y representativa que permite comprender visualmente de forma inmediata qué árboles son importantes. La ventaja de utilizar el 3D es que esa esfera sobre un palo sigue pareciéndose lo suficientemente a un árbol como para no necesitar una leyenda que indique que es un árbol.
Durante siglos, los cartógrafos se han limitado a las dos dimensiones. Han experimentado con formas más eficaces de comunicar información espacial mediante un uso inteligente de los símbolos, las clasificaciones y los colores. La existencia de mapas medievales de vistas de pájaro muestra que muchos habían entendido la potencia de utilizar la tercera dimensión, incluso aunque no tuviesen herramientas para explorarla. Pero ahora, de repente, todo el mundo dispone de estas herramientas, y los cartógrafos 3D disponen de esta tercera dimensión extra y maravillosa para trabajar con ella.
Vídeo: Cómo crear escenas web con ArcGIS Online
¿Quién utiliza la cartografía 3D?
La cartografía 3D tiene aplicaciones en una amplia gama de sectores y entidades gubernamentales y académicas. Los ejemplos que se muestran aquí indican algunas de las posibilidades.
Dedique un tiempo a examinar estas aplicaciones en su ordenador. Estos y muchos otros ejemplos innovadores están recopilados en la galería ArcGIS Web Scenes.
Urbanistas
Esta escena 3D de Portland, Oregón, se creó para mostrar el efecto de la luz del sol y la visibilidad para una propuesta de desarrollo inmobiliario de gran altura en el centro.
Gestores de edificios e instalaciones
La cartografía de interiores y exteriores de edificios es una forma informativa e inmersiva de navegar por campus, museos, instalaciones deportivas y otros lugares públicos.
Sociólogos
Grandes datasets, tales como el de crímenes cometidos durante tres años en Chicago, se prestan a la visualización en 3D. En este caso, el eje z se utiliza realmente para representar los crímenes.
Inicio rápido
Lleve sus mapas a la tercera dimensión con estas piezas del sistema de plataforma ArcGIS
Visor de escenas de ArcGIS
El visor de escenas de ArcGIS permite trabajar inmediatamente en 3D. Funciona con navegadores web de escritorio que admiten WebGL, una tecnología web estándar integrada en los navegadores más modernos para representar gráficos en 3D. Mire esta galería de escenas para comprobar que su navegador esté bien configurado.
ArcGIS Earth
Este globo interactivo te permite explorar el mundo. Visualice rápidamente datos de mapas 3D y 2D, incluidos marcadores de lugares de bocetos y KML para entender fácilmente la información espacial. Descárguelo de aquí.
3D en ArcGIS Pro
ArcGIS Pro es una moderna aplicación de escritorio de 64 bits con amplias funcionalidades 3D integradas. Permite trabajar con vistas 2D y escenas 3D en paralelo. ArcGIS Pro está incluido en la experiencia Learn ArcGIS.
Esri CityEngine
CityEngine es una herramienta avanzada para el diseño de ciudades basada en escenarios y para desarrollar reglas que permitan generar paisajes urbanos elaborados.
Superposiciones de terreno y mapas base
Cada escena se inicia con un mapa base que cubre la superficie de elevación 3D del mundo. Haga zoom a su área de interés y empiece a agregar sus superposiciones operativas.
¿Qué finalidad tiene su escena?
Antes de empezar a diseñar una escena, necesita saber cuál es su finalidad. ¿Qué mensaje o información quiere comunicar?
La respuesta a esta pregunta le ayudará a diseñar muchos elementos de la escena.
- Por ejemplo: ¿Contribuye u obstaculiza la curvatura de la Tierra a la comunicación del mensaje (vista local frente a vista global)?
- El diseño temático, ¿distrae o amplía la información de SIG (capas fotorrealistas vs temáticas)?
- ¿Necesitan los usuarios acercarse a nivel de suelo (resolución mínima de la superficie)?
- ¿Qué mapa base necesitan tener los usuarios en el fondo para disponer de contexto (imágenes, mapas cartográficos, temático)?
La clave es que cada decisión se debe basar en la finalidad con que se construye la escena.
Vídeo de la Cumbre de desarrolladores de ArcGIS 2017
Lección de Learn ArcGIS
Crear una escena web 3D de los trabajos submarinos de restauración de las playas en la costa del condado de Palm Beach, Florida
Las playas y caletas situadas a lo largo de la costa del condado de Palm Beach en Florida contienen un delicado ecosistema de flora y fauna. No obstante, las playas son inestables por naturaleza. La arena de la playa es arrastrada por las mareas y las tormentas ocasionales. Las áreas costeras requieren tareas frecuentes de restauración y mantenimiento. La arena es excavada, o dragada, de áreas poco profundas o caletas para rellenar playas erosionadas, y también se crean arrecifes artificiales para proteger la costa. Para administrar estos complejos trabajos de restauración, es fundamental llevar a cabo tareas de supervisión y representación cartográfica.
Información general
En estas lecciones, ayudará a los departamentos de restauración de playas del condado de Palm Beach a representar cartográficamente algunas de las principales playas y caletas del condado como parte de una presentación tanto para el público como para los creadores de políticas. Para resaltar entidades batimétricas y la topografía, creará un mapa en 3D utilizando el visor de escenas de ArcGIS. Como primer paso, agregará capas que muestren arrecifes, sedimentos y áreas de dragado a una escena nueva. A continuación, capturará diapositivas de las áreas clave para que los usuarios puedan navegar rápidamente a las ubicaciones que desea resaltar. Por último, creará una aplicación web para compartirla con otros usuarios.
Desarrollo de habilidades en estas áreas:
- Cómo navegar en una escena
- Agregar capas a una escena
- Crear grupos de capas para organizar los datos
- Capturar diapositivas
- Crear una aplicación web 3D
Qué necesita:
- Rol de publicador o administrador en una organización ArcGIS
- Tiempo estimado: de 20 a 40 minutos
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La Importancia del Dónde
Cómo el análisis espacial conduce hacia el conocimiento
El poder de las aplicaciones
Herramientas enfocadas para realizar su trabajo