Využití animace při prezentaci a studiu prostorových dat z oblasti facility managementu

MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA GEOGRAFICKÝ ÚSTAV

Využití animace při prezentaci a studiu prostorových dat z oblasti facility managementu Bakalářská práce

Přemysl OBŠIL

Vedoucí práce: doc. RNDr. Petr Kubíček, CSc.

BRNO 2015

Bibliografický záznam Autor:

Přemysl Obšil Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Geografický ústav

Název práce:

Vyuţití animace při prezentaci a studiu prostorových dat z oblasti facility managementu

Studijní program:

Geografie a kartografie

Studijní obor:

Geografická kartografie a geoinformatika

Vedoucí práce:

doc. RNDr. Petr Kubíček, CSc.

Akademický rok:

2015/2016

Počet stran:

54+7

Klíčová slova:

animace, časoprostorová data, dynamická data, vizualizace, facility management, teplota, ArcGIS, Google Earth, GIF

Bibliographic Entry Author:

Přemysl Obšil Faculty of Science, Masaryk University Department of Geography

Title of Thesis:

Use of animation for spatial data research and depiction in facility management

Degree Programme:

Geography and cartography

Field of Study:

Geographical cartography and geoinformatics

Supervisor:

doc. RNDr. Petr Kubíček, CSc.

Academic Year:

2015/2016

Number of Pages:

54+7

Keywords:

animation, spatio-temporal data, dynamic data, visualization, facility management, temperature, ArcGIS, Google Earth, GIF

Abstrakt Tato bakalářská práce se věnuje analýze moţností vyuţití animace při studiu časoprostorových dat z oblasti facility managementu. Je zde rozebrán časový aspekt dat a postupný vývoj vizualizace dynamických dat. Práce se zabývá jednotlivými klasifikacemi metod pro vizualizaci časoprostorových dat, přičemţ největší pozornost je přikládána animaci jako vizualizační technice. Praktická část práce se zabývá analýzou zpracovávaných dat a samotnou tvorbou animací, která probíhala v programovém vybavení ArcGIS, Google Earth a online aplikaci pro tvorbu GIF animací. Na jednotlivých ukázkách jsou následně rozebrány jejich silné a slabé stránky a moţnosti jejich vyuţití v prostředí facility managementu.

Abstract This thesis is devoted to analyzing the possibility of using animation in the study of spatio-temporal data in facility management environments. It researches temporal aspect of data and gradual development of dynamic data visualization. The work also deals with different classifications of methods for visualizing spatio-temporal data, with the greatest attention put on animation as a visualization technic. The practical part deals with the analysis of the processing data and the creation of animation, which was done with the software of ArcGIS, Google Earth and online application for creating GIF animation. The individual examples are then analyzed for their strengths and weaknesses and their potential use in facility management environments.

Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student:

Přemysl Obšil

Studijní program:

Geografie a kartografie

Studijní obor:

Geografická kartografie a geoinformatika

Ředitel Geografického ústavu Přírodovědecké fakulty MU Vám ve smyslu Studijního a zkušebního řádu MU určuje bakalářskou práci s tématem:

Využití animace při prezentaci a studiu prostorových dat z oblasti facility managementu Use of animation for spatial data research and depiction in facility management Zásady pro vypracování: Hlavním cílem bakalářské práce je popis a praktické otestování moţností vyuţití animace při vizualizaci dynamických prostorových dat z oblasti facility managementu (FM), např. dat o spotřebě energií v místnostech či budovách. Postup prací: 1. rešerše existujících metod pro vizualizaci dynamických dat; 2. analýza jednotlivých způsobů animace prostorových dat z pohledu jejich vyuţitelnosti; 3. návrh a vytvoření ukázek animací dynamických dat z oblasti FM; 4. vytvoření jednoduchého manuálu pro tvorbu animací; 5. diskuze výsledků a závěr.

Rozsah grafických prací:

podle potřeby

Rozsah průvodní zprávy:

cca 30-40 stran

Seznam odborné literatury: Multimedia cartography. Edited by William Cartwright - Michael P. Peterson - Georg F. Gartner. 2nd ed. New York: Springer, 2007. 1 online r. ISBN 9783540366508., SLOCUM, Terry A. Thematic cartography and geovisualization. 3rd ed. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall, 2009. x, 561 s.,. ISBN 9780132298346. Glos, P. Pasportizace budov a místností MU, Zpravodaj ÚVT MU, Brno: ÚVT MU, 2005, roč. 15, č. 4. ISSN 1212-0901. Herman, L., Kýnová, A., Russnák, J., Řezník, T. Comparison of Standard- and Proprietary-Based Approaches to Detailed 3D City Mapping. In Vondráková, A., Brus, J., Voţenílek, V. Modern Trends in Cartography. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015. ISBN 978-3-319-07925-7 Jazyk závěrečné práce:

čeština

Vedoucí bakalářské práce:

doc. RNDr. Petr Kubíček, CSc.

Podpis vedoucího práce:

..............................................................

Datum zadání bakalářské práce: Datum odevzdání bakalářské práce:

říjen 2014 do 6. ledna 2016

RNDr. Vladimír Herber, CSc. pedagogický zástupce ředitele ústavu

Se zadáním bakalářské práce souhlasím, jsem si vědom, že zadání práce je závazné. Převzal: ............................................................... dne .......................................

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval především vedoucímu práce, doc. RNDr., Petru Kubíčkovi, CSc. za jeho věcné připomínky a cenné rady při vytváření práce. Dále bych chtěl poděkovat RNDr. Lukáši Hermanovi, který mi byl ochoten pomoci a neváhal poradit kdykoli jsem ho o to ţádal. Velký dík patří také rodině a přátelům, kteří mi byli oporou nejen při zpracovávání práce, ale i v průběhu studia.

Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem svoji bakalářskou práci vypracoval samostatně pod vedením doc. RNDr. Petra Kubíčka, CSc. a s vyuţitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.

V Brně 6. ledna 2016 Jméno Příjmení

OBSAH 1

2

3

ÚVOD ............................................................................................................... 10 1.1

Cíle práce ................................................................................................... 10

1.2

Vymezení území......................................................................................... 11

ČAS V GEOGRAFII ....................................................................................... 12 2.1

Časový aspekt dat ....................................................................................... 12

2.2

Počátky vizualizace časoprostorových změn ............................................. 13

2.3

Aktuální trendy........................................................................................... 14

2.4

Chápání času .............................................................................................. 15

2.5

Mapování časoprostorových změn ............................................................. 15

VIZUALIZACE DYNAMICKÝCH DAT ..................................................... 17 3.1

Klasifikace metod pro vizualizaci dynamických dat ................................. 17

3.1.1 Monmonier ........................................................................................... 17 3.1.2 Kraak a Ormeling ................................................................................. 20 3.1.3 Vasiliev................................................................................................. 21 3.1.4 Andrienko a Andrienko ........................................................................ 21 3.1.5 Další klasifikace ................................................................................... 22 4

VIZUALIZACE ČASOPROSTOROVÝCH ZMĚN POMOCÍ ANIMACE 24 4.1

Počátky animace......................................................................................... 24

4.2

Charakteristika animace ............................................................................. 24

4.3

Typy animací .............................................................................................. 25

4.3.1 Temporal a non-temporal animace ....................................................... 25 4.4

Specifické aspekty tvorby animací............................................................. 27

4.4.1 Délka animace ...................................................................................... 27 4.4.2 Měřítko ................................................................................................. 27 4.4.3 Legenda ................................................................................................ 27 4.4.4 Počet tříd a snímků ............................................................................... 28 4.5

Kognitivní aspekty animací........................................................................ 29

4.6

Animovaná nebo statická mapa? ................................................................ 30

4.7

Shrnutí poznatků ........................................................................................ 30 8

5

FACILITY MANAGEMENT ........................................................................ 32 5.1

6

Časoprostorová data v prostředí facility managementu ............................. 33

ANALÝZA DAT A TVORBA ANIMACÍ .................................................... 34 6.1

Analýza dat................................................................................................. 34

6.2

Metody tvorby animací .............................................................................. 37

6.2.1 Příprava dat........................................................................................... 37 6.2.2 Výběr proměnných a celková kompozice ............................................ 38 6.2.3 Technologické prostředí ....................................................................... 38 6.2.4 Další aspekty animací ........................................................................... 39 6.3

Ukázky vlastních animací .......................................................................... 39

6.3.1 ArcMap animace .................................................................................. 40 6.3.2 Google Earth animace .......................................................................... 42 6.3.3 GIF animace ......................................................................................... 43 7

DISKUZE ......................................................................................................... 45

8

ZÁVĚR ............................................................................................................. 49

9

BIBLIOGRAFICKÉ CITACE ....................................................................... 51 9.1

Knihy a časopisy ........................................................................................ 51

9.2

Elektronické zdroje .................................................................................... 52

SEZNAM PŘÍLOH ................................................................................................ 54

9

1

ÚVOD

S postupem doby nabývají dynamická data stále většího významu. Avšak jejich vyuţití a zhodnocení je závislé na jejich správné vizualizaci. Způsobů jak data efektivně vizualizovat existuje v dnešní době několik. Jiţ brzy po nástupu map na svět, se kartografové snaţili zachytiti nejen prostorový aspekt dat, ale také usilovali o zakomponování časového aspektu do svých děl a to i přes velice omezené moţnosti vizualizace. Aţ s rozvojem modernějších technik a technologií přibývalo moţností, jak časoprostorová data zobrazit. Od jednoduchých obrázků přes různé diagramy a statické mapy aţ po mapy animované. Tento moderní způsob vizualizace dynamických dat přináší nové moţnosti nakládání s danými daty. Animace totiţ skýtá mnoho eventualit jak názorně zobrazit danou problematiku nebo jev. Při správném zacházení se z animací stane opravdu silný nástroj při zpracování časoprostorových dat. Předloţená práce je zaměřená především na vyuţití animací v oblasti facility managementu. Konkrétně na datech, která jsou monitorována v souvislosti se správou technologií budov. Na základě jejich analýzy a zhodnocení výsledků, lze doporučit vhodná opatření k zefektivnění provozu daných technologií. Jedná se o aktuální téma, které můţe mít do budoucna značné vyuţití. Práce bude strukturována celkově do devíti kapitol. V úvodní části budou shrnuty cíle práce a vymezení území. Druhá část zavádí čtenáře k dané problematice. Budou v ní popsány základní informace týkající se časoprostorových dat a rozebrány vybrané klasifikace zabývající se vizualizací dynamických dat. Dále se bude práce zabývat konkrétně animací jako vizualizační technikou a budou vysvětleny základní aspekty důleţité při její tvorbě. Pátá kapitola seznámí čtenáře s prostředím facility managementu, čímţ bude uzavřena teoretická část práce. Praktická část se bude zabývat analýzou pouţitých dat a tvorbou jednotlivých návrhů animací. Následně proběhne diskuze výsledků a závěr.

1.1 Cíle práce Předloţená práce byla zadána na základě spolupráce s oddělením facility managementu univerzitního kampusu Bohunice v Brně (dále OFM UKB). Hlavním cílem práce je vyzkoušet moţnosti tvorby animace z časoprostorových dat a otestovat jejich praktické vyuţití pro potřeby facility managementu, a to s důrazem na správu budov a jejich zařízení. Data zpracovávaná v předloţené práci byla poskytnuta OFM UKB a jedná se o teplotu v dané místnosti zaznamenanou teplotními senzory. Dílčím úkolem také je popsání postupu tvorby animace s moţností její automatizace a vytvoření jednoduchého manuálu. V závěru se pokusím o nastínění návrhu na testování jednotlivých typů animací z pohledu uţivatele. Na základě výsledků práce, ji pak lze vyuţít pro zefektivnění provozu budov, v tomto konkrétním případě při regulaci vytápění místnosti. 10

Tato bakalářská práce by tak měla být otestováním, jak lze nakládat s pouţitými daty a jaké moţnosti skýtají.

1.2 Vymezení území Jelikoţ je práce úzce spjata s OFM UKB a data se přímo vztahují ke konkrétní budově (A11) v prostorách kampusu, je vhodné tento areál popsat. Jedná se o rozsáhlou a moderní stavbu (Obr. 1) v městské části Brno - Bohunice, která slouţí pro výukovou a vědecko-výzkumnou práci studentů a pracovníků Masarykovy univerzity. Její stavba započala v roce 2004, přičemţ hlavní etapa byla dokončena o šest let později v roce 2010. V průběhu dalších let byl areál rozšířen o nová pracoviště tří výzkumných projektů. Dnes se rozkládá na ploše 42 ha a je tak svou rozlohou největším projektem v oblasti vysokého školství ve střední Evropě. Areál zahrnuje 24 pavilónů, knihovny, několika desítek tříd, přednáškové síně a sportovní haly. Tyto prostory poskytují prostředí pro 1500 zaměstnanců a 5000 studentů z lékařské fakulty, přírodovědecké fakulty a fakulty sportovních studií, kteří tak mohou vyuţít moderní učebny a laboratoře s prvotřídním přístrojovým vybavením pro základní i aplikovaný výzkum v oblasti věd o ţivé přírodě a pokročilých materiálů a technologií (http://www.muni.cz/kampus, http://www.eib.org/).

Obr. 1: Mapa areálu univerzitního kampusu Bohunice v Brně (převzato: http://www.ukb.muni.cz/)

11

2

ČAS V GEOGRAFII

Čas je v geografii analyzován jiţ od konce 60. let 20. století. Ve svých pracích se mu věnují ISARD (1970) nebo DALY (1972). Další významný geograf TORSTEN HÄGERSTRAND (1970) zavedl přímo koncept „time-geography“. Zdůraznil důleţitost časového faktoru vzhledem k lidským aktivitám. Prohlásil: „We need to understand better what it means for location to have not only space coordinates but also time coordinates,“ (HÄGERSTRAND, 1970, s. 4). Jinými slovy, viděl čas jako měřítko lidské aktivity a snaţil se najít odpovědi na otázky‚ co lidé dělají a jak dlouho jim to trvá?‘.

2.1 Časový aspekt dat Data zpracovávána a zobrazována pomocí kartografických metod neobsahují jen atributovou a prostorovou sloţku, ale také sloţku časovou, která tak můţe představovat čtvrtou dimenzi prostorových dat. Z tohoto důvodu, musí být data vhodně strukturována, aby se s nimi dalo lépe pracovat. SINTON (1978) na základě dřívějších geografických pokusů o pochopení interakce mezi prostorem, jevem a časem konkrétně rozlišil tři základní sloţky: prostorovou, tematickou a časovou. Na něj dále navázala PEUQUET (1984) se svým modelem (Obr. 2).

Obr. 2: Model interakce mezi prostorovou, atributovou a časovou složkou (převzato: XIA a KRAAK, 2008, s. 194)

Časová sloţka je zpravidla důleţitou charakteristikou prostorových dat. Podle KRAAKA a ORMELINGA (2010) je mnoho map omezeno na jeden moment v čase. Avšak studium většiny geografických procesů a jevů by se nemohlo uskutečnit, kdybychom nebrali v úvahu také časovou sloţku. Dnešní společnost čelí 12

mnoha problémům, jako například změny klimatu, ekonomický vývoj nebo civilizační choroby. Zde musíme vzít v potaz čas, abychom mohli analyzovat změny a trendy a dopracovat se tak k vhodnému řešení. Časový aspekt dat nám tak pomáhá lépe pochopit dopady těchto procesů. Například při studiu dešťových sráţek se nemusíme zabývat pouze tím, na kterém místě pršelo nebo jaké mnoţství vody napadalo, ale také nás můţe zajímat, jestli se v určitých časových úsecích vyskytovaly nějaké dočasné pravidelnosti nebo nepravidelnosti. V jiném případě se můţeme zaměřit na časové vztahy týkající se prostorového rozloţení sráţek. Všechny tyto problémy by měly být studovány s určitým zaměřením na časový aspekt dat, avšak také s ohledem na prostorovou i tematickou sloţku. Časové aspekty jsou tedy podstatné při utváření evolučních procesů, plánování, předpovědi nebo rekonstrukci. Jsou pouţívány v mnoha vědních disciplínách, jako jsou geografie, demografie, historie, archeologie, geologie, statistika, ekonomie atd. Mapoví uţivatelé oceňují takovéto mapy, neboť jsou velice atraktivní a ukazují změnu, vývoj a evoluci prezentovaných znaků a jevů. Nové technologie, například Geographic Information System (dále GIS) přinášejí nové moţnosti vizualizace prostorový dat obsahující časový údaj, avšak mnohdy nevyuţívají celého potenciálu kartografie (všechny techniky a metody tematické kartografie). Často také porušují nebo upravují základní kartografická pravidla. Kartografie by na tento přístup měla reagovat, jednak podporou a jednak by také měla kriticky hodnotit a opravovat výsledné mapy (ČERBA a BRAŠNOVÁ, 2012).

2.2 Počátky vizualizace časoprostorových změn Kartografové se jiţ od počátku snaţili zobrazit čas ve svých mapách. Například 8. kniha Geógrafike hyfégésis od antického vědce Claudia Ptolemaia, který se geografií zabýval v 1.-2. st.n.l., obsahuje časová data, která však nejsou vynesena v mapě. Moţnosti vizualizace časového aspektu v mapách se postupně vyvíjely aţ s nástupem nových kartografických technik a technologií (ČERBA a BRAŠNOVÁ, 2012). Podle KRAAKA a ORMELINGA (2010), zobrazování geografických jevů vyţaduje vynalézavý kartografický přístup, díky kterému mohou být mapy přesné a srozumitelné. Příkladem budiţ Minardova mapa z roku 1869 vyobrazující Napoleonovo taţení Ruskem (Obr. 3), která je mnohými povaţována za jednu z nejlepších koncepcí. Tento diagram totiţ neukazuje jen čas strávený na cestě, ale také zachycuje jiné atributy měnící se v čase, například teplotu nebo početní stav armády. Minardova práce je povaţována za průkopnickou z hlediska detailního zobrazení časové informace.

13

Obr. 3: Minardova mapa z roku KRAAK a ORMELING, 2010, s. 153)

1869

zobrazující

Napoleonovo

tažení

Ruskem

(převzato:

Samozřejmě všechny mapy, jeţ zobrazují jevy měnící se v čase, nemusí být tak přehledné jako výše popsaný Minardův diagram. Všeobecně má design map tendenci být spíše komplexní díky mnoţství dat nebo délce časového období, které má být pokryto. Řešení se nabízí v rozdělení dané mapy do dílčích úseků, načeţ jsou tyto úseky promítnuty souvisle za sebou jako jedna dějová linie. Výsledkem je, ţe jednotlivé mapy nebudou tak chaotické. U čtenáře si však tento systém vyţádá potřebu větší schopnosti kombinovat informace z dílčích map do vlastní syntézy, a to zvláště v případech, kdy je pouţito více map k zobrazení celé časové posloupnosti (KRAAK a ORMELING, 2010).

2.3 Aktuální trendy Hlavním cílem map je dle KRAAKA a ORMELINGA (2010) podpořit rozhodovací procesy, jeţ jsou podmíněny řešením různorodých úloh a zodpovězením dílčích otázek. MACEACHREN (2004) klasifikoval moţné otázky týkající se časoprostorových dat do sedmi typů: a) b) c) d) e) f) g)

existence nějaké entity (jestli?); její poloha v čase (kdy?); její doba trvání (jak dlouho?) její časový charakter (jak často?); její rychlost změny (jak rychle?); posloupnost entit (jaké pořadí?); jejich synchronizace (objevují se entity pohromadě?).

14

XIA (2010) ve své práci uvádí, ţe studie času v geografických vědách je v dnešní době podněcována potřebou analyzovat vývoj prostorových vzorů v čase a snaţí se zajistit lepší porozumění procesů. To se děje společně s vývojem moderních technologií, s čímţ souvisí přísun většího mnoţství dat. Kdyţ k prostorovým datům přidáme čas, jako čtvrtou dimenzi, můţeme tak lépe detekovat změny, nacházet různé anomálie v čase nebo předpovídat trendy. Nejběţnější úlohou s vazbou na čas při práci s mapami, je detekce změn v průběhu času. Těmi jsou například změny teplot mezi dnem a nocí, posun auta v průběhu dopravní špičky nebo expanze města mezi dvěma body za určitý čas. Jednoduché otázky týkající se času (jak; jak dlouho; v jakém pořadí) mohou být zodpovězeny prostřednictvím časové mapy. Výsledkem tohoto postupu je detekce trendů a vzorů, které vedou k smysluplnému porozumění dat (KRAAK a ORMELING, 2010).

2.4 Chápání času Představa o čase není tak jasná, jak by se na první pohled mohlo jevit. Definice podle Oxfordského slovníku zní: „neurčitý kontinuální postup existence a událostí v minulosti, přítomnosti a budoucnosti povaţovaný za celek.“ (KRAAK a ORMELING, 2010). Čas v podstatě popisuje dění určité události v kontinuálním rozměru. Výskyt daných jevů a událostí můţe být měřen několika způsoby. My nepociťujeme jen to, ţe se něco děje, ale také čas, který se mění okolo nás. Z našeho chápání světa si můţeme vyvodit myšlenku, ţe čas je úzce spojen se změnami, protoţe kaţdá změna v jakémkoliv významu, můţe být zachycena v čase (LAURINI a THOMPSON, 1993). Protoţe v geografických vědách se vţdy jedná o události a jejich změny, musíme se zamyslet nad chápáním času z různých perspektiv. Jev můţe být kontinuální (neustále se měnící teploty měřené meteorologickou stanicí) nebo diskrétní (změna hranic městských částí) (KRAAK a ORMELING, 2010). Čas také můţe být chápán jako relativní (minulý týden) nebo absolutní (27. května) (LANGRAN, 1992). A podle taxonomického modelu FRANKA (1998), je čas vnímán jako lineární a cyklický. Lineární chápání v sobě zahrnuje souvislý vývoj jevu na časové ose, zatímco cyklický pohled vnímá fakt, ţe čas můţe mít opakující se charakter.

2.5 Mapování časoprostorových změn Podle ČERBY a BRAŠNOVÉ (2012), je časová informace propojena se změnou dalších prostorových sloţek dat (poloha, tematické atributy, vztahy). Tyto změny mohou podle autorů mít okamţitý charakter (narození) nebo dlouhotrvající charakter (pokles populace během války). Výše zmíněné detaily by měly být brány v úvahu při konstrukci a vizualizací takovýchto dat.

15

Mapování časové dimenze znamená zachycení změny, coţ se můţe vztahovat ke změně existence daného jevu ve smyslu vzniku a zániku. Odlomená ledovcová kra najednou vznikne a kdyţ roztaje, tak zmizí. Můţe také docházet ke změnám v geometrii, atributech nebo v kombinaci obou případů. Příkladem změny v geometrii je vyvíjející se pobřeţní čára daného státu nebo pozice vzduchových hmot. Změna vlastníka parcely můţe být klasifikována jako změna atributu. Růst města je příkladem kombinace změny geometrie i atributů, jelikoţ se mění jak městské hranice, tak i vyuţití půdy z rurálního na urbánní (KRAAK a ORMELING, 2010).

16

3

VIZUALIZACE DYNAMICKÝCH DAT

KRAAK a ORMELING (2010) ve své knize uvádí, ţe mapa, má-li symbolizovat časoprostorové jevy popsány výše, musí vhodně znázorňovat změny. To zahrnuje pouţití symbolů, které jsou vnímány jako vyjádření změny. Příkladem mohou být šipky. Jsou pouţívány k znázornění pohybu a jejich velikost můţe indikovat rozsah zahrnutých změn. Specifické bodové symboly jako zkříţené meče nebo blesky mohou být také pouţity pro znázornění dynamiky. Jinou moţností je například pouţití barevných odstínů. Na základě modelování dat rozlišuje LANGRAN (1992) následující časoprostorové vizualizace: Space-time cube: tento způsob kombinuje čas a prostor přirozeným způsobem, čas uvaţuje jako kontinuální nebo diskrétní. Jednotky na ose Z jsou časové (roky, dny nebo hodiny) a osy X a Y představují 2D geografický prostor. Sekvence snímků: charakter kaţdého časového úseku je zaznamenán v jednom snímku, který informuje uţivatele o situaci v kaţdém časovém okamţiku celé sekvence. Základní stav s doplňky: popis změny se děje pomocí základních komponentů času. Časo-prostorová kombinace: rozdíly v časových dimenzích jsou zachyceny jako nová prostorová dimenze. Podle XIA a KRAAKA (2010) je vizualizaci časoprostorových dat přikládána čím dál větší pozornost. Díky tomuto trendu můţeme studovat mnoho nových metod pro různé aplikace. V literatuře je popisováno mnoho časoprostorových vizualizací zaloţených na technikách, popisovaných KRAAKEM a ORMELINGEM (2010), avšak některé vizualizace se mohou odlišovat.

3.1 Klasifikace metod pro vizualizaci dynamických dat XIA a KRAAK (2010) zmiňují, ţe při vizualizaci času se musí zohlednit i časové charakteristiky popsané v podkapitole 1.4 (lineární/cyklický, absolutní/relativní, kontinuální/diskrétní čas). Díky tomu pak vzniká mnoho různých časoprostorových vizualizací a uvedené charakteristiky jsou také pouţity pro klasifikaci daných vizualizací. Avšak čas není jediným kategorizačním kritériem v klasifikaci vizualizace. Dalšími jsou: typ dat, poţadavek uţivatele a typ vizualizace. V této kapitole budou popsány vybrané metody klasifikace. 3.1.1

Monmonier MARK MONMONIER (1990) publikoval článek „Strategies for the Visualization of Geographic Time-Series Data“, kde popsal svůj přístup k vizualizaci časových dat. V podstatě rozlišil čtyři kategorie map. 17

První kategorií jsou samostatné statické mapy, kde uţívá několik termínů. „Časové bodové symboly“ jsou dle autora určeny pro zobrazování samostatné proměnné, která má místo v čase. Jako příklad uvádí kalendář (Obr. 4a). U „časové agregace“ slouţí poloha bodu k zobrazení časového úseku. Jako příklad uvedl mapu USA, kde bodové symboly zachycují střed rozmístění populace v jednotlivých letech (Obr. 4b). „Dance maps“ zobrazují změnu polohy pomocí symbolů (šipek), příkladem je nákres tanečních kroků (Obr. 4c). Konstatuje, ţe „dance maps“ jsou jedním ze tří nejběţnějších způsobů zobrazení časoprostoru. „Change maps“ odkazují na jednoduché mapy, kde symboly mění svou velikost, hodnotu nebo jinou vhodnou viditelnou proměnou a zobrazují tak směr, míru nebo absolutní hodnotu změny.

(b)

(a)

(c) Obr. 4: Příklady samostatných statických map znázorněných pomocí „časových bodových symbolů“ (a), „časovou agregací“ (b) a „dance maps“ (c) (převzato: MONMONIER, 1990, s. 35-37).

Druhou kategorií jsou mnohonásobné statické mapy. Zde uţil výrazu „chess maps“, které jsou zaloţeny na metodě juxtapozice. Kdyţ dvě mapy zobrazující stejnou lokalitu jsou poloţeny vedle sebe a důraz je zde kladen na prostorové změny, které 18

mezi nimi proběhly. Například dvě šachovnice zobrazující rozdílné okamţiky šachové partie (Obr. 5). Druhým typem map v této kategorii jsou takzvané „cross-classification arrays“. Tato metoda umoţňuje zobrazit více dat v jednom grafickém výstupu, a to v případě, ţe máme malý počet časových okamţiků a mnoţství atributů a naopak větší mnoţství míst. Výstupem můţe být tabulka, kde řádky reprezentují atributy a sloupce jsou pro časový úsek.

Obr. 5: Příklad mnohonásobných statických map („chess maps“) zhotovených metodou juxtapozice (převzato: MONMONIER, 1990, s. 37).

Samostatné dynamické mapy zastupují třetí kategorii. Té uţ v článku není věnována tak velká pozornost jako předcházejícím kategoriím. Monmonier zde uvádí pojmy „sequenced symbols“, „temporal sequence of views“ a „ symbols suggesting motion“. Poslední kategorií jsou mnohonásobné dynamické mapy. Zde rozeznává dva typy. Vysoce interaktivní grafickou analýzou a naprogramovanou sekvenci pohledů na klíčová místa. Tyto metody souvisí s rozvojem digitálních technologií, především počítačů a zobrazovacích zařízení. Autor vyslovuje myšlenku, ţe se pomocí interaktivní analýzy vyhneme problému se sloţitým vyhledáváním dat, která jsou pro nás důleţitá. Vyjadřuje názor, ţe systémy zabývající se zpracováním časoprostorových dat by měly pracovat pomocí takzvaného „brushingu“, coţ je nástroj na vyhledávání zájmových dat. Rozlišuje mezi „scatterplot brush“, „geographic brush“ a „temporal brush“. Monmonierova klasifikace je poměrně obsáhlá a komplexní na svou dobu, ale dnes je jiţ dost zastaralá a nedostačující. Coţ je způsobeno hlavně tím, ţe v době, kdy byla sestavována, elektronická zobrazovací zařízení byla teprve ve vývoji a mapy byly zhotovovány převáţně tištěné. Dnes je větší důraz kladen na elektronické mapy a animace. Lze tvrdit, ţe Monmonier jiţ ve své době předpokládal rozvoj zobrazovacích způsobů 19

a výpočetní techniky, které by mohly jednoduše vizualizovat změnu časoprostorových dat. Jeho mnohonásobné dynamické mapy lze povaţovat za jakéhosi předchůdce animací. 3.1.2

Kraak a Ormeling Klasifikace popsaná v knize „Cartography: visualization of geospatial data“ je velice podobná té od Monmoniera. Autoři Kraak a Ormeling se však více zamysleli nad pouţitím grafických proměnných a odstínů barvy pro vizualizaci změn. A na rozdíl od Monmonierova přístupu rozlišili pouze 3 kategorie. V souvislosti s jejich postřehy je moţné mezi následujícími třemi kartografickými znázorněními časoprostorových dokládá schéma (Obr. 6):

rozlišovat změn, coţ

Samostatná statická mapa Série statických map Animace

Obr. 6: Znázornění změn studovaného jevu pomocí statické mapy (a), série map (b), animace (c) (převzato: KRAAK a ORMELING, 2010, s. 154).

Samostatné statické mapy, kde jsou uţívány specifické grafické symboly a proměnné k zobrazení změny tak, aby symbolizovaly událost. V jejich příkladu je pouţito hodnoty k reprezentaci času. Na mapě je zobrazen vývoj zástavby pomocí odstínů 20

barvy, tmavší tóny indikují starší zástavbu a světlejší tóny jsou pro novější zástavbu (KRAAK a ORMELING, 2010). Druhou kategorií jsou série statických map. V tomto případě jednotlivé mapy reprezentují časový moment a dohromady mapují průběh celé události. Změna je vnímána při zhlédnutí posloupnosti jednotlivých map zobrazujících jev v návazných momentech. Časová sekvence je reprezentována prostorovou sekvencí, kterou uţivatel musí sledovat, aby si uvědomil časovou změnu. U této metody je však počet snímků omezen, protoţe při dlouhé sérii by bylo obtíţné vnímat všechny změny (KRAAK a ORMELING, 2010). ČERBA a BRAŠNOVÁ (2010) dodávají, ţe první dvě skupiny klasifikace mohou znázorňovat jak statické tak dynamické jevy. Poslední kategorií jsou animace. Zde je změna vnímána v jednom snímku tím, ţe zobrazuje několik momentů za sebou. Na rozdíl od série statických map, zde změny reprezentující událost nejsou vyvozovány z prostorové sekvence, ale přímo z reálného pohybu mapy (KRAAK a ORMELING, 2010). 3.1.3

Vasiliev Tato autorka se v roce 1997 ve svém článku „Mapping time“ snaţila zhodnotit mapování času. Tvrdila, ţe změna je klíčem k tomu, aby si lidé začali uvědomovat, ţe čas existuje. Svůj výzkum zaměřila na názory geografů, jak hodnotí význam času. Poté co zdůraznila důleţitost času v geografii, zaměřila se také na jeho uplatnění v kartografii a GISu. Její struktura symbolizace časových informací v mapách byla zaloţena na dvou faktorech. Prvním byl typ času v geografii (moment, doba trvání, struktura času nebo vzdálenost), a druhý zahrnoval prostorové dimenze a dostupnou symbologii pro reprezentaci časoprostorových informací na mapě (bod, linie, plocha). Tato taxonomie se tak opírá i o vizualizační kritérium (XIA a KRAAK, 2010). 3.1.4

Andrienko a Andrienko GENNADY a NATALIA ANDRIENKO (2003) nahlíţeli na vizualizaci časoprostorových dat ze dvou aspektů. Prvním byl typ časoprostorových dat a druhým typ úkolu. Pro časoprostorová data rozlišili mezi třemi typy podle druhu změny. Uvaţovali existenční změnu (předmět), změnu v prostorové sloţce (poloha) a změnu tematických vlastností vyjádřených hodnotou atributu. Dále navrhli vlastní funkční typologický model zaloţený na vyhodnocení geovizualizačních technik a nástrojů pro časoprostorová data. Podle jejich pojednání se zabývali výzkumnými technikami, které byly pouţitelné pro všechny typy dat, jsou to dotazy, animace, body pozornosti, odkazy nebo mapové iterace. Zkoumali rozdílné techniky jak dosáhnout různých úkolů dle jejich typologického modelu (XIA a KRAAK, 2010). 21

3.1.5

Další klasifikace ČERBA a BRAŠNOVÁ ve své práci (2012), popisují několik dalších klasifikací, které nejsou tak rozsáhlé jako ty předešlé. Některé z nich jsou uvedeny dále. Kraak spolu s MacEachrenem rozlišili mezi dvěma typy map zabývající se časovým aspektem prostorových dat. Ne-časové mapy vykreslují čas skrytě a ani neposkytují informace o změně daného jevu. Na druhé straně časové mapy otevřeně zobrazují časový aspekt dat (KRAAK a MACEACHREN, 1994). Český kartograf Jaromír Kaňok rozlišuje mezi dvěma základními způsoby jak popsat dynamiku prostorových jevů. Jsou to statické metody a dynamické metody, přičemţ ty statistické zahrnují samostatné i mnohonásobné mapy včetně grafů, tabulek a jiných prvků rozloţených mimo mapové pole. Dynamické metody jsou ekvivalentní animacím, avšak mohou se zde zahrnout i blikající mapy a jim podobné techniky (VOŢENÍLEK a KAŇOK, 2011). Slovenský kartograf JÁN PRAVDA (2006) pracoval se syntaktickými typy mapových symbolů. Kaţdý symbol je popisován pomocí rozličných kritérií, jako je geometrie nebo charakter vizualizovaného jevu. Uvádí dvě základní vlastnosti důleţité z hlediska reprezentace časových aspektů prostorových dat – dynamické (pohybující se) symboly a kurzové symboly (šipky). Obě patří především do statistických metod, ale mohou se vyuţít i v dynamických mapách. Po prostudování výše popsaných klasifikací lze usuzovat, ţe kaţdý autor se ve své práci zaměřil na jiný aspekt vizualizace časoprostorových změn. Někteří se přímo věnovali typu vizualizace a rozlišili několik kategorií časoprostorových znázornění, jako například Monmonier nebo Kraak s MacEachrenem. Jiní se zaměřili na vhodnost pouţité symbologie, coţ popisuje Vasiliev a Pravda. Naopak sourozenci Andrienkovi brali do úvahy typ časo-prostorových dat a poţadavek uţivatele. Z důvodu rozdílného náhledu všech autorů je těţké rozhodnout, která klasifikace je pro předloţenou práci nejvhodnější. Opět záleţí na úhlu pohledu. Jelikoţ největší důraz je v této práci kladen na animaci jako na způsob vizualizace změny, jeví se jako nejpřijatelnější klasifikace od pánů Kraaka a Ormelinga, kteří vhodně rozlišili mezi třemi typy znázornění změny. Oproti Monmonierově klasifikaci se zdá být jednodušší a neobsahuje mnoho sloţitých výrazů. Z hlediska aktuálnosti je tato klasifikace také přijatelná, stejně jako klasifikace Kaňokova. Ten se ovšem ve své práci nevěnuje samostatně animacím a z tohoto důvodu jsou jeho metody nedostačující. Naopak právě Kraakova a Ormelingova klasifikace zahrnuje kategorii věnující se vizualizaci změn pomocí animace. Je však třeba se na klasifikaci dívat také z jiného pohledu a brát v úvahu typ dat a sním související druh změny, v mém případě se bude jednat o změnu hodnoty atributu (teplota v místnosti). Zde lze opět přihlédnout ke klasifikaci v této práci nejvíce citované, a sice klasifikaci Kraaka a Ormelinga. Přikládají totiţ velkou důleţitost vhodně zvoleným 22

symbolům a tedy způsobu jak nejvýstiţněji znázornit změnu coţ bude také stěţejní úkol v případě vypracování animací pro tuto práci. Všechny klasifikace popsané v předchozí kapitole se zabývají obecně metodami pro vizualizaci časoprostorových změn, avšak s ohledem na předloţenou práci se následující kapitola podrobněji zaměří na animaci jako samostatnou formu vizualizace.

23

4

VIZUALIZACE ANIMACE

ČASOPROSTOROVÝCH

ZMĚN

POMOCÍ

Následující kapitola se bude věnovat konkrétně animacím v návaznosti na vizualizaci časoprostorových změn. Budou zde uvedeny základní informace, typy animací a jejich problémy spojené s tvorbou animací tak, jak je uvádí odborná literatura.

4.1 Počátky animace Mnoho dnešních i předešlých významných výzkumů se zaměřilo na analyzování dynamických geografických procesů z hlediska jejich upoutání a reprezentace. Podle dosavadních výzkumů je důleţité pochopit, jak tyto procesy fungují, abychom byli schopni rozlišovat změny v nich probíhající. Po mnoho let se kartografové snaţili zdokonalit reprezentaci časoprostorových jevů se statickými, dvourozměrnými mapami, které však zobrazovaly jen prostor, bez zmínky o vývoji v čase. LANGRAN (1992, s. 22) dokonce tvrdí, ţe se dřívější kartografové záměrně vyhýbali zobrazení času tak, ţe mapovali většinou statické jevy pomocí statických map, čímţ přesunuli zátěţ pochopení časové proměnné na cílového uţivatele. Ale v 30. letech 20. století začali kartografové experimentovat s přidáním časové dimenze do zmíněných procesů. Vznikly tak dynamické reprezentace jako kartografická videa, dvou- a trojrozměrné počítačové animace, interaktivní mapové animace a simulace. Všechna tato znázornění se stala populárnějšími aţ s příchodem graficky-výkonnějších počítačů, které byly levnější, rychlejší a uţivatelsky přívětivější. Také se zavedením internetu se jejich popularita ve světě ještě zvýšila (HARROWER a FABRIKANT, 2008). A stále stoupá, neboť lidé postupně přicházejí na moţnosti jejich vhodného vyuţití pro své výzkumy a odhalují moţnosti, které posyktují.

4.2 Charakteristika animace Animace má své kořeny v latinském výrazu animare, coţ v překladu znamená „přivést k ţivotu“. Podle HARROWERA a FABRIKANT (2008) je důleţité, aby animace nebyla zaměňována s videem nebo filmem. Přesněji je definována jako sekvence statických názorných zobrazení (snímků) s grafickým obsahem, které se při promítnutí v rychlém sledu začnou pohybovat v plynulém chodu. Animace by také neměly být zaměňovány se statickými mapami, jelikoţ ty zobrazují pouze statické jevy bez udání vývoje v čase. Statické mapy prezentují všechny své informace souběţně, zatímco animace prezentují jevy vyvíjející se v čase. Grafickými reprezentacemi se také zabývali KRAAK s ORMELINGEM (2010), kteří se k animacím vyjádřili takto: S rozvíjejícími se technologiemi se animace jeví jako nejlepší řešení při vizualizaci dynamických dat. Avšak aby čtenář porozuměl procesům 24

zobrazeným pomocí animace, musí k tomu mít odpovídající zařízení. Pokud ho nemá, můţe se animace jevit jako více limitující neţ soubor jednotlivých map, kde se čtenář můţe vracet k jednotlivým obrázkům pro oţivení informace. Samotná animace musí samozřejmě být vhodně zpracována, aby jí divák porozuměl. Toto zmíněné řešení zobrazení časové dimenze je orientováno tak, aby seznámilo diváka s jevy, které se udály v minulosti nebo aby nastínilo moţné budoucí scénáře v budoucnosti.

4.3 Typy animací Následující podkapitola bude zaměřena na různé typy animací, dle členění literatury. Nejčastěji bude odkazováno na práci Multimedia cartography (2007) od autorů CARTWRIGHTA, PETERSONA a GARTNERA. 4.3.1

Temporal a non-temporal animace Podle DRANSCHE (1997) v kartografii rozlišujeme dva základní druhy animací: temporal a non-temporal. Z názvu je zřejmé, ţe jako temporal animace se označují ty, které se zabývají zobrazením dynamických jevů v chronologickém pořadí a zobrazují momentální časový úsek. Typicky v temporal animacích je „běţný čas“ (dny, roky) úměrně velký „animačnímu času“ (sekundy). Příklady temporal animací jsou: populační růst, difúzní proces civilizačních chorob, šíření lesního poţáru nebo pohyb ledovce. Non-temporal animace slouţí k vysvětlení prostorových vztahů, pomocí prezentace samostatných obrazů v dané sekvenci, která není vztaţena k času. Tzn., ţe zde čas nehraje významnou roli anebo se odehrává v jednom časovém úseku. Tento typ animací se pouţívá k zobrazení změny vůči jiné proměnné neţ je čas. Tou proměnnou můţe být místo, pozice nebo stupeň generalizace. Dobrým příkladem non-temporal animace je zobrazení transformace daného jevu z ortografické projekce do trojrozměrného náhledu. Dalším příkladem je takzvaná „fly-through“ animace, která na uţivatele dělá dojem průletu nad trojrozměrným terénem. Do této kategorie animací také spadá „zoom“ animace, která zobrazuje daný jev v různých stupních přiblíţení a divák má moţnost libovolně měnit měřítko mapy. Kategorie non-temporal animací můţe být dále rozdělena na animace, které vyjadřují navazující postupný vývoj a na ty, které nabízí měnící se reprezentaci jevu. V podstatě je to vztah mezi sloţkami prostorových dat a zobrazením času (moment, kdy uţivatel shlíţí animaci). Zmíněný vztah od sebe odlišuje tři kategorie (KRAAK a KLOMP, 1995) (Obr. 7).

25

Obr. 7: Při animaci dochází ke změně. A to v poloze, atributu nebo čase. Podstata změny v jednotlivých složkách může být použita ke klasifikaci animací. Horní pravý diagram zobrazuje typ změny, která definuje časovou animaci (mění se čas, který ovlivňuje polohu a atributy). Prostřední diagram zobrazuje podstatu změny, která vyjadřuje animaci s postupným vývojem (čas je neměnný, změna probíhá v poloze a/nebo v atributu). Dolní diagram zobrazuje animaci, která je ovlivněna vnějšími změnami (převzato: CARTWRIGHT, PETERSON a GARTNER, 2007, s. 319).

Animace a časová řada Tento typ animace zachycuje změnu prostorových vzorů v čase. Kdyţ se skutečný čas vynese proti zobrazovacímu času, tak přechod mezi jednotlivými snímky naznačuje změnu v poloze dat nebo atributu. Časovou jednotkou mohou být sekundy, týdny nebo roky. Časová animace se také můţe zabývat časovými agregacemi, například zobrazením týdenních cyklů. Průběh počasí je příkladem obou změn. Animace s pohybujícími se mraky (změna polohy) nebo měnící se teplotou (změna atributu). Jiným příkladem takových animací je vývoj městské zástavby v posledních několika letech (CARTWRIGHT, PETERSON a GARTNER, 2007). Animace a postupný vývoj Někdy je třeba vyjádřit komplexní procesy, které mohou být objasněny pomocí animace. Například pro prezentaci struktury města je vhodné pouţít animaci, která ukazuje navazující mapové vrstvy vysvětlující logiku městské struktury (nejprve reliéf, následovaný hydrografickou vrstvou, poté infrastruktura, vyuţití půdy atd...). Během této animace, je časová sloţka prostorových dat neměnná, zatímco poloha a/nebo atribut se mění v čase. Změny v poloze nebo atributu mají své místo a navzájem se mohou ovlivňovat (CARTWRIGHT, PETERSON a GARTNER, 2007). Animace a změna reprezentace Při vyuţití tohoto typu animace, se pozorovateli nabízí moţnost rozsáhlého náhledu na konkrétní datovou sadu. V těchto animacích jsou poloha, atributy i čas fixní. Jsou 26

zobrazena ta samá data, pouze v různých grafických nebo klasifikačních perspektivách. Snímky jsou mapy s blikajícími symboly k upoutání divákovy pozornosti nebo simulované průlety krajinou, které poskytují uţivateli měnící se pohled na krajinu (CARTWRIGHT, PETERSON a GARTNER, 2007). Jedná se o takzvanou „fly-through“ animaci zmíněnou jiţ v tomto oddíle.

4.4 Specifické aspekty tvorby animací Při tvorbě animací musí zadavatel dbát na mnoho detailů, které jsou důleţité pro správnou interpretaci uţivatelem. Je třeba, aby se animaci dalo dobře porozumět a aby uţivatel pochopil autorův záměr. S tím se pojí určité problémy popsané HARROWEREM a FABRIKANT (2008), které budou v následující podkapitole rozebrány. 4.4.1

Délka animace Animované mapy jsou primárně určené k zobrazování geografických změn a procesů. Tedy animovaná mapa má oproti statickým mapám dodatečný aspekt, který můţe být pouţit k lepšímu vyjádření informace. Čím je animace delší, tím se také zvětšuje mnoţství dat, která lze zobrazit, coţ můţe být problematické. Pokud se animace prodluţuje, stává se obtíţnějším zapamatovat si jednotlivé snímky. Ačkoliv je zřejmé, ţe mnoţství dat, která lze reprezentovat je neomezené, tak mnoţství informací, které je člověk schopen vnímat a uloţit do krátkodobé paměti je konečné. Proto by ve výsledku, délka animace neměla přesahovat více neţ minutu (SWELLER, 1988). V oddíle zabývajícím se délkou animace, bude ještě zmíněn její počet snímků. Při tvorbě animovaných map musí být brán v potaz fakt, ţe počet snímků je na době trvání animace nezávislý. Tzn., ţe pokud vytvoříme dvě stejně dlouhé animace, tak počet jednotlivých snímků se můţe lišit. Například 20sekundová animace můţe obsahovat 10 snímků anebo 20 snímků. Nelze přesně říci, jaký počet je adekvátní. Ten opět závisí na typu zobrazovaného jevu a autorově záměru (co chce vyjádřit). 4.4.2

Měřítko Stejně jako statické mapy mají prostorové měřítko, tak animované mapy mají časové měřítko. To můţe být vyjádřeno jako poměr mezi reálným a animačním časem. Pro příklad: data zachycující 5 let ve skutečnosti mohou být zobrazena v 10 sekundové animaci s časovým měřítkem 1 : 157 000 000. Ačkoliv je moţné vytvořit mapy, jejichţ měřítko se v průběhu animace mění, (pokud chce autor upozornit na některé momenty nebo naopak od nich odvést pozornost) tak většina map si zachovává jedno měřítko v celém průběhu (HARROWER a FABRIKANT, 2008). 4.4.3

Legenda Tento oddíl se zabývá legendou ve smyslu časového průchodu animací, nejedná se tedy o legendu, která se vztahuje k symbolům pouţitým v samotné animované mapě.

27

Průchod časovým úsekem nebo časovým měřítkem je typicky zobrazován po boku mapové animace skrze časovou legendu. V článku HARROWERA a FABRIKANT (2008) autoři uvádí tři typy legendy: digitální hodiny, periodické časové kolo a časovou osu. Výhoda grafických časových legend (např.: cyklické kolo a časová osa) spočívá v tom, ţe mohou zobrazovat více časových proměnných: momentální stav (12:00) v návaznosti na průběh celé animace (okamţik v půlce animace). Protoţe se předpokládá, ţe kaţdý typ legendy je navrţen pro jiný záměr, autoři často k animacím přikládají více neţ jednu legendu. Například cyklickou pro monitorování opakujícího se cyklu a časovou osu pro zobrazení změny od jejího počátku do konce. Někteří autoři také vytváří interaktivní legendu, kde uţivatel můţe volně manipulovat s průběhem animace. Má moţnost měnit její tempo nebo přeskakovat na libovolný okamţik. Jelikoţ je tento typ legendy známý z různých video přehrávačů, uţivatelé tak očekávají, ţe budou moci stejně ovládat i animaci. Tvorba legendy je velkým problémem u animací. Při nevhodně zvolené legendě můţe dojít k tomu, ţe bude poutat velkou pozornost uţivatele, který bude muset pohledem sledovat změny na mapě a ještě k tomu registrovat legendu a unikne mu tak důleţitá informace. Na druhé straně, pokud u animace bude interaktivní legenda, pomocí které si uţivatel bude moci animaci kdykoliv zastavit, přijde o animační efekt. Tzn., ţe čím více musí uţivatel přesouvat pozornost mezi mapou a legendou, tím se zvyšuje riziko potenciální dezorientace nebo neporozumění autorovu záměru (HARROWER a FABRIKANT, 2008). Z výše napsaného plyne, ţe tvorba legendy je opravdu problematická a literatura popisující tento proces na mě působí sporně. V kaţdém případě, by ale legenda u animace chybět neměla. Nesmí působit moc výrazně, aby nepoutala zbytečně velkou pozornost, ale musí být přehledná, aby se v ní uţivatel mohl snáze orientovat. Toto je dosti zavádějící a vyvstává zde otázka: Jak zpracovat legendu, která bude přehledná a přitom ne moc „do očí bijící“? Legendou se také zabývali čeští kartografové VÍT a BLÁHA (2013), kteří dle mého názoru uvedli velice výstiţné stanovisko, jak konstrukci legendy animace posuzovat. Ve svém článku „Znázornění času a tvroba časové legendy v animovaných kartografických dílech“ uvádějí, ţe jednou z nejdůleţitějčích rolí při tvorbě legendy hraje cílová skupina uţivatelů. Ku příkladu pouţívají animaci znázorňující náhlou anomálii v chodu počasí. Dle autorů, se kaţdý na aniamci dívá z jiného pohledu. Běţného občana bude spíše zajímat průběh samotné anomálie, zatímco meteorolg si bude všímat jaké okolnosti vedly k jejímu vzniku. Z tohoto lze vyvodit, ţe pro obě skupiny je zajímavější jiný časový úsek. Na základě toho, je třeba usoudit jak legendu zkonstruovat. 4.4.4

Počet tříd a snímků S procesem správného pochopení animace úzce souvisí vhodně zvolený počet datových tříd, coţ ve svém článku uvádí HARROWER a FABRIKANT (2008). Jen 28

zřídkakdy je vytvořen kartodiagram obsahující více neţ 10 datových tříd. Je ověřeno, ţe dokonce jiţ 7 tříd je přes limit pro dobrou přehlednost mapy. Tyto limity pramení z psychologického výzkumu uveřejněného před půl stoletím, který odhalil, ţe většina jednotlivců dokáţe zpracovat 7 (+/- 2) „kusů“ informací najednou. Zmíněné limity jsou pravděpodobně ještě menší u animovaných map. Toto tvrzení zohledňuje zvyšující se zátěţ na lidskou paměť, vyţadující zapamatování si dřívějších snímků při prohlíţení celé animační sekvence. Autor se dále zamýšlí nad otázkou, zda by počet snímků v animaci neměl překročit hranici sedmi. Očividně ne, protoţe lidé jsou schopni zpracovat a porozumět animaci sloţené z tisíců jednotlivých snímků. Otázkou však stále je, jaké jsou tedy kognitivní limity pro správné pochopení animovaných map Jinými slovy, v jakém bodě se animace stává příliš „bohatou“ na data pro uţivatele? O problematice spojené s kognitivními a percepčními schopnostmi člověka se podrobněji zmíním v následující podkapitole. Co se týče počtu jednotlivých snímků v animaci, je třeba říci, ţe je to čistě záleţitost typu zobrazovaného jevu. Pokud to lze, tak by počet snímků měl být zvolený s ohledem na délku animace, aby byl zachován plynulý přechod mezi nimi. Avšak v jiných případech moţnost volby zaniká. Například při zobrazení vývoje počtu obyvatel v jednotlivých letech mezi roky 1990-2010. Je jasné, ţe zde musí být počet snímků rovný 21. Jednoduše řečeno, nemohu vynechat jeden snímek představující jeden rok. Tento problém souvisí s oddílem 4.4.1 Délka animace, kde je zmínka o počtu snímků k nalezení.

4.5 Kognitivní aspekty animací Bez ohledu na cíl animovaných map a na rozdíl od statických map, které se nemění, jsou jednotlivé snímky animace zobrazeny jen na krátký okamţik a uţivatel má tak málo času na zaregistrování drobných detailů. Jinými slovy, jsou zde jisté kognitivní a percepční limity, kterým musí autor porozumět. Je jasné, ţe v dnešní době při velkém mnoţství datových sad a stále rostoucích moţnostech zobrazovacích zařízení, popřípadě grafických karet se tyto limity jednoduše překročí a uţivatel je pak často zmatený a není si jistý, co měla daná animace zobrazovat (HARROWER a FABRIKANT, 2008). DORLING (1992) má na tuto problematiku podobný názor a tvrdí, ţe od doby co má naše vizuální paměť limity, nejsme schopni rozlišit drobné detaily a všimneme si jen hlavních schémat a shluků. Základní uţivatelské úkoly jako je porovnání barev na mapě s legendou se stává obtíţnějším, kdyţ se obraz neustále mění. A tak komprese času a prostoru v dynamické kartografii představuje nové problémy vyţadující přepracování principů při generalizaci mapy. Z postřehů popsaných v podkapitolách 4.4 a 4.5 plyne, ţe tvůrce animace musí vzít v úvahu mnoho otázek, aby mohl zkonstruovat potenciálně uţitečnou animovanou mapu. Také je třeba dávat pozor na mnoho věcí a počínat si, tak aby animace byla pro uţivatele 29

co nejsmysluplnější. Dynamický geografický jev nemusí měnit jen svou pozici nebo místo v čase, ale také své atributy. Kromě toho, také pozorovatel nebo kamera můţe měnit své místo, vzdálenost nebo úhel v souvislosti s pozorovaným jevem. Světelné podmínky osvětlující scénu se také mohou měnit spolu s časem. V potaz musí být brána také rychlost s jakou je animace promítána (HARROWER a FABRIKANT, 2008).

4.6 Animovaná nebo statická mapa? Při porovnání animace se statickými mapami se nedá říci, která z těchto dvou reprezentací je lepší. Stejně jako jiné formy znázornění (slova, obrázky nebo číselné vzorce) se animované mapy lépe hodí ke konstrukci jiných úkolů neţ statické mapy (HARROWER a FABRIKANT, 2008). Podle MACEACHRENA a KRAAKA (2001) je jednou z klíčových výzev geovizualizace porozumět právě tomu, které úkoly to jsou. Obdobně se o moţnostech animace a statických map ve své práci zmiňuje GOLDSBERRY (2004). Podle něj existují určité typy úkolů, pro které se animace hodí více (ukázka pohybu) a takové pro které jejich pouţití přínosné není. Dobrým příkladem budiţ animování změny vlastnictví majetku v obytné čtvrti během deseti let. Takováto animace není vhodná, protoţe zmíněná změna se řadí k diskrétním jevům a můţe být vnímána bez ohledu na čas. Ačkoliv kupování nemovitostí je komplexní proces, tak konkrétní změna v katastru probíhá v daném okamţiku (např. poledne nebo 1. ledna 2016). A tak vytvoření lineární animace takovéhoto jevu můţe být značně neefektivní a pro diváka nudné. Animace bude totiţ po dlouhou dobu zobrazovat stejnou situaci, která bude v daném momentě přerušena vzhledem k celkové délce animace krátkou periodou okamţité změny, které uţivatel ani nemusí zaregistrovat. Jednoduše řečeno, výše zmíněná změna vlastníka nemovitosti probíhá ve velice krátkém okamţiku a tudíţ lze konstatovat, ţe statické mapy se jmény vlastníků a daty změny se jeví jako vhodnější způsob znázornění tohoto jevu. Jiní badatelé staví k této situaci kategoricky. Podle nich, hlavním důvodem proč tvořit animované mapy je, ukázat časoprostorové procesy. V souvislosti s tímto DORLING a OPENSHAW (1992, s. 643) říkají, ţe je zcela zřejmé, ţe dvourozměrné „nehybné“ obrazy jsou velice vhodné pro zobrazení dvourozměrných „nehybných“ informací. Avšak kdyţ se zobrazované procesy začnou dynamicky měnit, tento způsob znázornění se stává nedostačujícím a neschopný zachytit změny v prostoru.

4.7 Shrnutí poznatků Z předchozí kapitoly lze usuzovat, ţe stěţejním úkolem autora animací tedy je, aby se při tvorbě zamyslel nad jednotlivými aspekty animací a tu následně zpracoval v nejlepším moţném provedení s ohledem na pouţitá data. V podkapitole 4.4 jsou popsány nejdůleţitější aspekty animací, na které je třeba se zaměřit při tvorbě animací. Některým je v literatuře přikládána větší důleţitost, 30

naopak některým menší. Je však na samotném autorovi animace, jak bude k daným aspektům přistupovat a kterým bude klást větší pozornost. Z povahy předloţené práce, jsou pravděpodobně nejdůleţitějšími aspekty počet tříd a snímků, legenda a délka animace. Počet datových tříd je závislý na zobrazovaném jevu. Je třeba si uvědomit jaký je rozsah hodnot zpracovávaných dat a podle toho volit intervaly nebo unikátní třídy. Toto je důleţitý krok, neboť od něj se bude nadále odvíjet kvalita výsledné animace. Například pokud bude v souboru s velkým mnoţstvím dat malý rozsah hodnot a autor zvolí nízký počet tříd (velké intervaly), dojde k tomu, ţe animace nebude ukazovat téměř ţádnou změnu. Zde se pak nabízí otázka, zda nezvolit namísto animace několik statických map. Tomuto aspektu tvorby animace bude přikládána největší důleţitost i v této práci. Při zpracování legendy je kladen velký důraz na to, aby nepoutala příliš velkou pozornost. Měla by však být přehledná a jednoduchá a srozumitelně ukazovat, v jakém časovém okamţiku se uţivatel nachází. Tento aspekt bude zpracován s ohledem na srozumitelnost co nejjednodušeji. S délkou animace se pojí i počet snímků. Literatura uvádí, ţe toto jsou dva na sobě nezávislé aspekty. To je sice pravda, ale i tak by se k nim mělo při vytváření animace přistupovat společně. S délkou animace také souvisí mnoţství zpracovaných dat. To je v podstatě neomezené, ale v potaz musí být brán fakt, ţe člověk není schopen neomezené mnoţství informací zpracovat a zapamatovat si je. Tato skutečnost vede ke kognitivním schopnostem člověka. To jsou vlastnosti, kterými oplývá kaţdý z nás, avšak kaţdý je má na jiné úrovni. Díky nim jsme schopni vnímat, rozpoznávat a zpracovávat informace působící na náš mozek. A právě při prohlíţení animací mají obrovský význam a v podstatě určují, kolik informací najednou nebo jaký počet tříd jsme schopni vstřebat, respektive rozpoznat.

31

5

FACILITY MANAGEMENT

Vzhledem k tomu, ţe je předloţená bakalářská práce spjata s prostředím facility managementu (dále FM), v následující kapitole bude zevrubně popsán význam tohoto pojmu a konkrétní části FM Masarykovy univerzity (dále MU). Pod pojmem facility management se obecně rozumí správa budov, avšak odborná literatura a webové stránky nabízejí mnohem podrobnější definice. Například sociální síť pro business (ManagementMania.com) uvádí, ţe FM „Zahrnuje správu budov, správu infrastruktury organizace, nákup podpůrných služeb a celkové slaďování pracovního prostředí organizace,“ (https://managementmania.com/cs/facility-management). Jiná asociace zase definuje FM takto: „Facility management is a profession that encompasses multiple disciplines to ensure functionality of the built environment by integrating people, place, process and technology,“ (http://www.ifma.org/know-base/browse/what-is-fm-). Všechna zmíněná vymezení FM jsou si dosti podobná a v podstatě znamenají totéţ. Avšak ve spojení s touto prací je vhodné zde předloţit definici uvedenou na oficiálních webových stránkách FM Masarykovy univerzity v Brně, která je nejkomplexnější. Podle ní, se jedná o multioborovou disciplínu, zabývající se řízením podpůrných činností v rámci dané organizace. Při skloubení těchto činností společně s řízením pracovního prostředí a pracovníků dochází k zvyšování efektivity základních činností kaţdé organizace. Pro účely předloţené práce budu jako organizaci uvaţovat univerzitu. Jejími hlavními činnostmi tedy mohou být výuka a výzkum a k těm podpůrným lze zařadit správu a provoz budov a ploch, včetně technologií v nich provozovaných. Lze tedy říci, ţe FM má za úkol sladit pracovní prostředí, pracovníky i jejich činnosti a posílit právě ty procesy, díky nimţ organizace dosáhne celkového úspěchu. Samotný FM Masarykovy univerzity se skládá ze tří sektorů. BIM – Building Information Modeling, coţ je proces vytváření a správy dat o budově a jejích technologiích během celého jejího ţivotního cyklu označovaný téţ jako Informační model budovy. CAFM – Computer-aided Facility Management je souhrnné označení pro informační systémy a další software, jehoţ účelem je podporovat aktivity organizace v oblasti FM. BMS – Building Management System, integrovaný informační systém určený pro řízení, monitorování a následnou optimalizaci provozu technologií budov označovaný téţ jako systém pro správu budov a jejich technologií (http://ofm.ukb.muni.cz/). Právě tento poslední sektor bude rozveden podrobněji, protoţe se nejvíce pojí s problematikou této práce. Cílem systému pro správu budov (dále BMS) je zefektivnit provoz budov i jejích technologií tak, aby se dalo předcházet potenciálním rizikům souvisejícím s jejich provozem. Sloţky jednotlivých technologií jsou napojeny na společnou síť, kde mezi sebou komunikují pomocí otevřeného protokolu a poskytují tak moţnost vzájemné integrace technologií od různých firem (http://ofm.ukb.muni.cz/). 32

5.1 Časoprostorová data v prostředí facility managementu K technologiím provozovaným v budovách MU patří například vytápění, chlazení, ventilace nebo osvětlení. Všechny tyto zmíněné technologie jsou spravovány pomocí aplikací BMS, do kterých je moţno přistupovat přes webový prohlíţeč, kde má uţivatel moţnost náhledu na jednotlivé sloţky. Výše popsané technologie produkují data, která lze klasifikovat jako časoprostorová, neboť se jejich hodnoty s postupem času mění v prostoru. Aplikace také ukládají všechna data do relační databáze, díky které lze sledovat hodnoty měřených veličin, jejich historii a vývoj a uţivatel tak můţe jednotlivé technologie ovládat a regulovat. Například můţeme pozorovat změnu teplot v jednotlivých místnostech v průběhu dne. S pomocí těchto dat lze analyzovat provoz veškerých technologií a plánovat optimalizace, které zajistí pokud moţno co nejefektivnější spravování budovy (http://ofm.ukb.muni.cz/).

Obr. 8: Ukázka prostorových dat z UKB Brno (převzato: https://maps.muni.cz/kompas/)

33

6

ANALÝZA DAT A TVORBA ANIMACÍ

Následující kapitola bude zaměřena na zpracovávaná data a samotné metody tvorby animací. Zahrne popis poskytnutých souborů a jejich zpracování.

6.1 Analýza dat Jak jiţ bylo zmíněno výše, data byla poskytnuta OFM UKB v digitální podobě ve formátu databázových souborů mdb a tabulky xls. První typ souboru, tedy databáze mdb v sobě zahrnuje stavební pasport jednotlivých pater budovy A11. Jsou zde obsaţena podkladová data ve formě shapefilů (shp) pro vyuţití v BMS, tedy jednomu ze sektorů FM. Ten slouţí ke kontrole provozu technologií budov a optimalizaci nákladů souvisejících s jejich provozem. V databázi se nacházejí půdorysy podlaţí, místností, schodišť a dalších prostor. Tabulkový soubor obsahuje záznam senzorických měření teploty v jednotlivých místnostech v období květen 2010 aţ leden 2015 (Obr. 9). Zmíněný soubor je dělen na několik listů, přičemţ kaţdý list zahrnuje hodnoty pro jednu místnost a jí určené čidlo. Nutno podotknout, ţe se v analyzovaném souboru nenachází údaje pro všechny místnosti v budově A11, ale jen pro vybrané. Z údajů v tabulce lze konstatovat, ţe teplota není zaznamenávána při změně, ale v daných intervalech, konkrétně kaţdých patnáct minut a s přesností na 4 desetinná místa. Data jsou zaznamenávána automaticky a následně jsou ukládána do relačních databází, které jsou pod správou aplikace BMS.

Obr. 9: Ukázka záznamu teplot

Na následujících grafech jsou zobrazeny chody teplot za vybraná časová období ve vybraných místnostech, které jsou uţívány jako posluchárny. Na grafech vycházejících z poskytnutých dat budou znázorněny jejich charakteristiky a vysvětleno, proč je práce s těmito daty problematická. Konkrétně tvorba animace.

34

23

teplota [°C]

22 21 20 19 18 17 13.1.

14.1.

15.1.

16.1.

17.1.

18.1.

19.1.

den N02006

N02034

N02035

Obr. 10: Graf znázorňující průměrnou denní teplotu v týdnu 13.1.-19.1.2014 ve vybraných místnostech budovy A11 UKB

Na grafu průměrných denních teplot (Obr. 10) lze studovat vývoj měřené veličiny. Záměrně jsem vybral zimní měsíc (leden), kde je velký předpoklad, ţe vzhledem k niţším venkovním teplotám bude třeba místnosti vytápět. Z grafu je patrné, ţe teplota ve všech třech místnostech kolísá jen velmi málo. Výraznou odchylku můţeme pozorovat pouze v místnosti N02034 13.1. Teplota zde klesla aţ k 17 °C, coţ lze přisoudit faktu, ţe se tato místnost v tento den vyuţívala jen minimálně nebo vůbec, takţe ji nebylo zapotřebí vytápět. Ostatní dny však vykazují ve všech místnostech průměry velice podobné, udrţující se mezi 21 a 23 °C. Pokles hodnot je patrný ve dnech 18. a 19.1. Jedná se o sobotu a neděli, v těchto místnostech neprobíhá výuka, a proto je postačí temperovat. Průměrné denní teploty vycházejí z hodnot naměřených během dne. Pro zajímavost je zde uveden také graf zachycující chod denní teploty po hodinách (Obr. 11). Lze sledovat, jak teplota kolísá, avšak opět jen minimálně. S výjimkou místnosti N02034 se teploty po celý den pohybují od 19 do 24°C, coţ udává amplitudu 5°C. Lze konstatovat, ţe je to velice malá hodnota. Byla očekávána mnohem větší amplituda, především niţší minimální teplota, konkrétně v nočních a ranních hodinách. Z průběhu denní teploty tak lze usuzovat, ţe teplota je v místnostech regulována pomocí termostatů, které ji udrţují v daném rozpětí. To je pravděpodobně určeno na základě vyuţívání dané místnosti během dne.

35

24 23 22

teplota [°C]

21 20 19 18 17 16 15 14

hodiny N02006

N020034

N020035

Obr. 11: Graf znázorňující chod denní teploty 13.1.2014 ve vybraných místnostech budovy A11 UKB

Graf průměrných měsíčních teplot (Obr. 12) je zde uveden proto, abych bylo moţno poukázat na fakt, ţe i výkyvy těchto průměrů jsou minimální. Z grafu lze vyčíst stoupající trend v průběhu roku, který kulminuje v měsíci srpnu. Zde průměrná teplota překročila 25 °C ve všech sledovaných místnostech. Tato skutečnost je spojena s obdobím léta, kdy je vnitřní teplota ovlivněná teplotou venkovní. Zajímavé také je, ţe měsíční průměry jsou v jednotlivých místnostech velice podobné. 27

teplota [°C]

26 25 24 23 22 21

měsíc N02006

N02034

N02035

Obr. 12: Graf znázorňující průměrnou měsíční teplotu v období leden-prosinec 2011 ve vybraných místnostech budovy A11 UKB

36

V předešlé podkapitole 6.1 byla provedena analýza poskytnutých dat, od které se bude odvíjet tvorba animací. Z analýzy vyplývá, ţe bude velmi obtíţné zachytit a znázornit změnu, velkou odchylku od daného trendu teploty nebo odhalit nějaký problém spojený s regulací vytápění místností. A to z důvodu malého rozdílu maximálních a minimálních hodnot měřené veličiny v daném časovém úseku. Tato statistická charakteristika bude při tvorbě animací pro předloţenou práci stěţejní. Od amplitudy teplot se odvíjí zvolený počet tříd a jim odpovídající intervaly. Ty budou nastaveny tak, aby byla zaznamenatelná nějaká změna a aby uţivatel viděl, ţe se něco děje. A zároveň, aby počet tříd nepřekročil maximální hranici, která je vyhodnocena jako optimální pro schopnost uţivatele dané informace zpracovat. Nevhodně zvolený počet tříd můţe uţivateli přinést více problémů neţ uţitku při zpracování předávaných informací.

6.2 Metody tvorby animací Nyní se pozornost přesune na vlastní postup tvorby animací. V jednotlivých bodech bude popsáno, z čeho bylo vycházeno, jaké byly zvoleny proměnné a technologické prostředí. 6.2.1

Příprava dat První bod postupu tvorby je stěţejní a od něj se dále bude odvíjet výsledné zpracování dat. V první fázi bylo nutné probrat data a stanovit, které časové období zobrazit. Z provedené analýzy vyplynulo, ţe bude vhodné zpracovat několik časových úseků. Nejprve chod teploty během dne a poté srovnání průměrných měsíčních teplot během jednoho roku. Snahou také bylo vybrat takové časové období, ve kterém se projeví viditelná změna. Dle předpokladů měla být amplituda mnohem vyšší, neţ se nakonec ukázalo. Tato skutečnost je popsána v předchozí podkapitole 6.1 Analýza dat. Vzhledem k rozsáhlosti tabulkového souboru, bylo nutno omezit výběr senzorických dat jen na několik místností. Jako vhodné patro bylo stanoveno druhé podlaţí ve studované budově A11 a tři místnosti, konkrétně posluchárny s kódovým označením N02006, N02034, N02035. Záměrně byly vybrány posluchárny, s předpokladem určité změny vytíţenosti. Není ţádoucí, aby výzkumu podlehlo celé patro s více neţ desítkou místností. Jak bylo prokázáno v předešlé podkapitole, teploty se příliš nemění, jsou udrţovány podle potřeby a vytíţení místností v daných mezích. Z těchto důvodu lze předpokládat, ţe zvolené místnosti jsou pro demonstraci moţností práce s poskytnutými daty adekvátní. V úvahu také lze brát souvislost vnitřní teploty místností s venkovní teplotou. V konkrétním případě okamţitý rozdíl těchto dvou teplot. Pro tento účel se nabízel buď některý den v zimním období, kdy bylo nutno vzhledem k nízké venkovní teplotě místnost vytopit anebo letní den, kdy se zase místnost musela ochladit. Zvoleno bylo období zimní, protoţe je předpoklad, ţe v tomto období bude rozdíl mezi venkovní a vnitřní teplotou patrnější. K tomu bylo potřeba zajistit data, která zaznamenají chod denní teploty ve zvolený den (13.1.2014). K tomu poslouţila webová databáze WolframAlpha. Zde má 37

uţivatel moţnost dohledat teplotu v kterýkoliv den a hodinu. WolframAlpha čerpá z několika zdrojových databází. Ve většině případů to jsou instituce a programy zabývající se předpověďmi počasí a analýzou získaných dat. 6.2.2

Výběr proměnných a celková kompozice V tomto bodě bylo nutné vhodně zvolit reprezentaci grafických symbolů. Na tuto problematiku poukazuje hned několik autorů. V předloţené práci nejvíce citovaná publikace KRAAKA a ORMELINGA (2010) poukazuje na důleţitost vhodně vybraných grafických symbolů pro správné pochopení animace. Z důvodu povahy studovaných časových dat (jedná se o senzorická měření teploty) se jako vhodné řešení zvolit bodový symbol. ŠTAMPACH, KUBÍČEK a HERMAN (2015) ve svém článku uvádí, ţe z kartografického hlediska jsou mapy se senzorovými daty speciálním případem tematických map. Dále píší, ţe symbol by měl být co nejjednodušší a v potaz musí být brána také barva symbolu a barva podkladu. Vzhledem k tomu, ţe teplota je kvantitativní veličina a je to kontinuální jev, nabízí se několik typů vizualizace změny. První dva typy znázorňují změnu v bodovém symbolu představujícím senzor (změna velikosti a odstínu barvy symbolu). V třetím případě je změna studované veličiny dokumentována pomocí odstínu barvy, avšak aplikovaného na celou plochu místnosti. Jako specifický grafický znak byl zvolen jednoduchý symbol ve tvaru kruhu a jako barvu symbolu (plochy) odstíny červené. V případě ukázky změny pomocí symbolů jsou plochy místností zbarveny hnědozelenou a půdorysy místností jsou vyvedeny v odstínech šedi. 6.2.3

Technologické prostředí V současné době existuje mnoho softwarů zabývajících se tvorbou, popřípadě úpravou vlastních animací. Kupříkladu jsou to GIMP, Easy Gif Animator nebo Synfig studio. Známy jsou také programy pro tvorbu flashových nebo jednoduchých HTML animací. S ohledem na zaměření mého studia a povahu této práce se nabízí vyzkoušet animační prostředí v programu ArcGIS, produktu společnosti ESRI, konkrétně v jedné z jeho aplikací ArcMap. Moţnost tvorby animací byla v tomto prostředí prezentována aţ ve verzi 9.2 (2006) a od té doby nedošlo téměř k ţádné změně uţivatelských moţností. Přibyl pouze nový nástroj pro usnadnění tvorby animací (Time Slider), kterého bylo uţito i pro předloţenou práci. Původní nástroj pro správu animací (Animation toolbar) je v aplikacích ArcGIS stále dostupný. Podrobný postup tvorby animace je uveden v manuálu (Příloha 1). Dále bylo pro vytvoření animace vyuţito softwaru Google Earth, který také nabízí ukázku změny pomocí „primitivní“ časové osy. Je zapotřebí mít nainstalovanou verzi Pro, ke které je licence poskytována zdarma. Důvodem pro zvolení daného programu byl 38

záměr, vyzkoušet jiné prostředí neţ ArcMap a otestovat moţnosti tvorby a manipulace s animacemi v něm. Snahou bylo vytvořit aspoň jednu ukázku v některém volně dostupném softwaru, avšak vyskytlo se několik problémů a pro vytvoření GIF animace došlo k vyuţití online aplikace. 6.2.4

Další aspekty animací Co se týče legendy zobrazující časový průchod animací, bylo zvoleno poměrně jednoduchého řešení, tak jak je avizováno v podkapitole 4.7 Shrnutí poznatků. Daný časový okamţik je zobrazen pomocí časové osy (Google Earth) nebo pomocí textu při horním okraji mapového pole, jak to nabízí samotný nástroj Time Slider (ArcMap). Je to řešení výstiţné, časová legenda nepoutá velkou pozornost a uţivatel má přehled o tom, v jakém časovém úseku se zrovna nachází. Většina animací vyhotovených pro předloţenou práci také disponuje v podstatě interaktivní legendou. Výsledné ukázky jsou ve formě avi (video formát) a uţivatel má tak v případě dezorientace nebo neporozumění moţnost animaci kdykoliv zastavit a podívat se na dřívější snímky. Ovšem při tomto způsobu prohlíţení zaniká animační efekt, který ve své práci deklarují HARROWER a FABRIKANT (2008). Moţnost libovolného přecházení ze snímku na snímek však není moţné u GIF animace. Ve studované literatuře se autoři pozastavují nad vhodně zvoleným počtem datových tříd. Uvádí, ţe 7 je jakýsi „zlatý střed“, přičemţ odkazují na psychologický výzkum odhalující, ţe v průměru člověk schopen zpracovat maximálně 7 různých tříd najednou. Tato práce se však s tímto názorem neztotoţňuje. A to vzhledem k tomu, ţe bylo nutné počet tříd zvolit úměrně rozsahu teploty v daném časovém období. Se zachováním rozumného počtu tříd (nepřekročit 10) a zároveň stanovením smysluplných intervalů. Vychází to tedy z výběru sady dat. Od tohoto faktu se také odvíjí počet snímků. Vţdy je totoţný s počtem zobrazovaných změn v dané datové sadě. Například při animování chodu teploty během vybraného časového úseku dne (6:00-16:00 hod.), je počet snímků rovný počtu hodin, tedy jedenácti. Co se týče délky animace, byla nastavena tak, aby měl uţivatel dostatek prostoru zaznamenat změnu. To je však subjektivní názor a na adekvátní délku animace by mohla být zaměřena část testovacího procesu, který však nebude součástí předloţené práce. Podrobnými moţnostmi nastavení délky animace v nástroji Time Slider se bude zabývat manuál pro tvorbu animací (Příloha.. 1).

6.3 Ukázky vlastních animací V následující podkapitole budou blíţe rozebrány jednotlivé typy animací vytvořené pro předloţenou práci. V prvním případě se jedná o animace z prostředí ArcMap, poté

39

animace spojené s Google Earth a nakonec GIF animace. Jednotlivé animace se od sebe také liší buď zobrazovaným časovým obdobím, nebo reprezentací grafické proměnné. 6.3.1

ArcMap animace V prvních dvou typech bylo jako symbolu představujícího senzor uţito jednoduchého bodového symbolu, konkrétně kruhu. Pomocí velikosti (Obr. 13) a poté pomocí barevného odstínu (Obr. 14), byly zachyceny změny teploty. Pro oba typy byla pouţita stejná sada dat a stejný časový úsek. A sice chod teploty od 6:00 do 16:00 hod. 1.9.2010, zachycený kaţdou hodinu. V obou případech se počet tříd rovná osmi. Intervaly jsou vzhledem k malému rozptylu (4,1°C) nastaveny po 0,5°C tak, aby byla patrná nějaká změna. U animace pracující s velikostí symbolu je zvyšující se teplota zachycena zvětšujícím se symbolem a u animace pouţívající barevný odstín je pro maximální teplotu pouţit nejteplejší, pro minimální nejchladnější odstín. Počet snímků u obou animací je roven počtu hodin (11) a délka celé sekvence je 22 sekund, coţ odpovídá dvěma sekundám na jeden snímek.

Obr. 13: Ukázka animace za použití bodového symbolu jako znaku a zachycení změny pomocí velikosti symbolu v prostředí ArcMap

40

Obr. 14: Ukázka animace za použití bodového symbolu jako znaku a zachycení změny pomocí barevného odstínu symbolu v prostředí ArcMap

U třetího typu animace vytvořené v aplikaci ArcMap bylo pro zachycení změny teploty je opět vyuţito barevného odstínu, avšak převedeného na plochu celé místnosti (Obr. 15). Pouţito bylo i jiné časové období neţ u předchozích dvou typů, a sice průměrné měsíční teploty v roce 2011. Počet tříd je niţší neţ v prvních dvou případech a rovná se šesti, intervaly jsou však stejné (0,5°C). Odstín barvy zde funguje stejně jako u předchozího typu. Čím tmavší, tím vyšší teplota. Počet snímků odpovídá počtu měsíců (12) a délka animace je 24 sekund, přičemţ kaţdý snímek setrvá na obrazovce dvě sekundy.

41

Obr. 15: Ukázka animace za použití plochy místnosti jako znaku a zachycení změny pomocí barevného odstínu plochy v prostředí ArcMap

6.3.2

Google Earth animace K zobrazení poţadovaných dat v prostředí Google Earth, bylo nutno vyuţít shapefilů zpracovaných v ArcMapu, které byly následně exportovány do formátu kmz a poté nahrány do samotného programu Google Earth. Sada dat a proměnné vychází z předešlé animace, coţ znamená, ţe bylo vyuţito stejného časového období (průměrnou měsíční teplotu v roce 2011) i stejné proměnné (odstín barvy plochy místností), odpovídá i stejný počet tříd a intervaly (Obr. 16). Pro tuto animaci bylo zapotřebí vyuţít shapefilu ploch a půdorysů místností. Data jsou zobrazena na podkladu letecké mapy a pro lepší efekt byla vrstvám nastavena relativní výška 3 m nad zemí, čímţ dostaly prostorový ráz. Velkou nevýhodou při tvorbě této animace však je neschopnost nastavit její poţadované vlastnosti. K dispozici je pouze průchod časovou osou, která plynule přechází mezi jednotlivými dny v roce. Chybí zde také moţnost exportu animace do některého z video formátů. Díky těmto nedostatkům tak není moţné regulovat délku animace, uţivatel si pouze můţe nastavit pomalejší nebo rychlejší průchod časem.

42

Obr. 16: Ukázka animace za použití plochy místnosti jako znaku a zachycení změny pomocí barevného odstínu plochy v prostředí Google Earth

6.3.3

GIF animace Posledním typem je klasická animace ve formátu GIF. Při její tvorbě se základem opět staly předem připravené shapefily. Bylo uţito i stejné proměnné (odstín barvy plochy), Která však byla aplikována na jiná data. Animace zobrazuje chod teploty během dne (13.1.2014) po hodinách, přičemţ je kaţdý měřený moment srovnán s okamţitou venkovní teplotou. Podařilo se tak zobrazit nárůst teploty v jednotlivých místnostech oproti aktuální venkovní teplotě (Obr. 17). U tohoto typu animace odstíny barvy neindikují změnu okamţité teploty v místnosti, nýbrţ aktuální nárůst oproti skutečné venkovní teplotě, která je zobrazena nad hlavním mapovým polem. Vzhledem k větší amplitudě hodnot (17,8 °C) bylo nutné vhodně upravit intervaly a stanovit počet tříd. Ten je roven šesti a intervaly jsou voleny po 3 °C. Mapa je také doplněna o popisky, které ukazují přesnou hodnotu nárůstu teploty. Počet snímků opět odpovídá počtu změn neboli hodin (12) a snímky se mění po dvou sekundách. Jak je výše zmíněno, tato animace byla vytvořena pomocí online aplikace (GIFMaker.me), do které byly vloţeny jednotlivé snímky exportované z ArcMapu a poskládány do plynulé sekvence. Nedostatkem při porovnání vnitřní a venkovní teploty můţe být správný výběr dat. Byla vyuţita meteorologická data ze stanice Brno-Tuřany, protoţe se nepodařilo nalézt takovou meteorologickou stanici, která by se nacházela blíţe studovanému objektu (UKB) a poskytovala data o chodu denních teplot. Tato data jsou však pro ukázku vhodná. Kdyby však bylo potřeba přesnějších a relevantnějších dat pro další výzkumy, museli bychom vyhledat jinou databázi s meteorologickými daty. 43

Obr. 17: Ukázka GIF animace za použití plochy místnosti jako znaku a zachycení změny pomocí barevného odstínu plochy

Všechny vytvořené animace jsou ke zhlédnutí na přiloţeném CD (Příloha 2) souborů ve formátu kmz.

44

7

DISKUZE

Na základě získaných výsledků a praktických zkušeností s tvorbou animací v souvislosti s předloţenou prací se námětů k diskuzi nabízí hned několik. Je zřejmé, ţe za stěţejní část práce lze povaţovat kapitolu 6, tedy praktickou část, která se zabývá poskytnutými daty a v závěru jsou uvedeny a rozebrány ukázky výsledných animací. Co se týče samotných výsledků práce, lze je hodnotit z několika pohledů. Buď z kartografického, nebo technologického, případně z hlediska budoucího vyuţití. Ke kartografickému přístupu patří především výběr specifických grafických znaků a proměnných, stanovení počtu tříd a celková kompozice animace. Ve výsledných animacích předloţené práce se objevuje bodový symbol reprezentující senzor v místnosti za pouţití jeho velikosti a barevného odstínu jako vyjádření změny. Tyto proměnné, tedy velikost a barevný odstín byly dále aplikovaný na plochu celé místnosti. Animace se také liší v pouţití jiných datových sad neboli jiných časových období. Nyní se lze zamyslet nad vhodností pouţití zmíněných proměnných a znaků. Jednoduchý bodový symbol ve tvaru kruhu se jeví vhodným znakem pro zobrazení studované veličiny. Při aplikování velikosti symbolu jako proměnné je probíhající změna na mapě vskutku dobře pozorovatelná. Avšak při pouţití barevného odstínu uţ takových výsledků dobré rozlišitelnosti dosaţeno nebylo. Je nutné upozornit, ţe je to pouze subjektivní názor autora předloţené práce. Vzhledem k tomu, ţe byl zvolen poměrně vysoký počet tříd (6-8), dochází k situaci, kdy je těţko rozeznatelný přechod mezi dvěma po sobě následujícími intervaly. To znamená, ţe odstíny navzájem splývají a je obtíţné spojit si odstín na mapě s odpovídajícím odstínem v legendě. Tento problém vychází z pouţitých dat, respektive z časového úseku, který je zobrazován a jemu odpovídajícímu rozsahu hodnot. Na problém s vhodně zvoleným počtem tříd poukazují například HARROWER a FABRIKANT (2008). Ve své práci vycházejí z psychologického výzkumu, který na jednotlivcích testoval, kolik různých tříd je člověk schopen zpracovat najednou. Na základě výzkumu je doporučeno, aby zvolený počet datových tříd nepřekročil 7, avšak je to čistě věc názoru. V souvislosti s předloţenou prací se ke zmíněnému doporučení nelze přiklonit, neboť při vytváření animací byl kladen důraz především na schopnost zachytit změnu. Na základě této skutečnosti byla stanovena velikost jednotlivých intervalů a aţ z této charakteristiky vyplývá počet datových tříd. Při aplikování plochy jako grafického znaku bylo opět vyuţito barevného odstínu jako proměnné. Avšak na jiných datech. Intervaly jednotlivých datových tříd zůstaly stejné, ale změnil se jejich počet, z osmi klesnul na šest. To znamená, ţe v tomto časovém úseku je rozsah hodnot menší a změna mezi jednotlivými kroky by měla být zřetelnější. Obecně se pouţití barevného odstínu jeví jako lepší řešení při kombinaci s plochou místnosti neţ s jednoduchým bodovým symbolem. Plocha totiţ zabírá větší prostor a navíc 45

dvě sousedící plochy jsou od sebe při zachování odpovídajících barevných vzdáleností lépe rozlišitelné neţ bodové symboly. Z tohoto závěru bylo vycházeno i při dalším zpracování animací, protoţe ostatní dvě ukázky pracují se stejnými variantami. Problém s přiřazováním barevných odstínů na mapě a v legendě, je moţno kompenzovat délkou animace. Respektive prodlouţením intervalu přechodu na následující krok. Avšak při tomto řešení nebude animace plynulá a stane se z ní spíše série statických map, uţivatel tak bude ochuzen o animační efekt. Volbou vhodné vizualizace dat se zabývá několik autorů citovaných v rešeršní části předloţené práce. Většina z nich se shoduje, ţe prvním krokem při vizualizaci dat je nezbytné si uvědomit, jaké jevy a úkoly chce autor zkonstruovat. Na základě toho potom volit mezi statickou a animovanou mapou. Konkrétně tento názor ve své práci obhajují HARROWER a FABRIKANT (2008). Jiní autoři, například MACEACHREN a KRRAAK (2001) se zabývají problémem, jak vhodně analyzovat a rozlišit úkoly hodící se pro statickou nebo animovanou mapu. DORLING a OPENSHAW (1992) zase zastávají názor, ţe volba mezi způsoby vizualizace není sloţitá. Postačí si uvědomit, zdali se daný jev vyvíjí v čas stejně jako v prostoru. Potíţe ve výsledné animaci můţe také působit její přesycení informacemi. Je tím myšleno jednak mnoţství informací, které je člověk schopen zaznamenat a vstřebat a dále různé doplňující informace v mapovém poli. Například různé marginálie, měnící se doplňkové obrázky nebo informace, které mají v daném animačním provedení svůj význam a uţivatel je pro správné pochopení autorova záměru musí zaznamenat. Tato skutečnost je v souladu s tvrzením kartografů, kteří se zabývali mnoţstvím předávaných informací. Konkrétně DORLING (1992), který vysvětluje, ţe je nezbytné při tvorbě animací brát do úvahy limity lidských schopností vstřebat předávané informace a na základě toho zváţit, jak rozsáhlou sadu dat vizualizovat. Příkladem animace, která obsahuje jisté doplňující informace důleţité pro její správnou interpretaci je poslední ukázka vytvořená pro předloţenou práci. Ve zmíněné animaci je analyzován nárůst teploty v místnostech oproti aktuální venkovní teplotě. Uţivatel musí sledovat probíhající změny teplot v místnosti a ještě registrovat měnící se teplotu venkovní. Z důvodu lepšího pochopení animace bylo mapové pole doplněno o popisky, které udávají aktuální nárůst teploty. Zmiňované problémy s rozpoznáváním barevných odstínů a přiřazováním k daným intervalům nebo zaznamenání vlastní změny či přechodu na další snímek souvisí s kognitivními schopnostmi člověka. Někdo je schopen bez problémů rozřadit například deset odstínů jedné barvy do správných intervalů, jiný má problém i s pěti datovými třídami. Problematika spojená s kognitivními schopnostmi uţivatelů je zajisté velice zajímavá, avšak poměrné sloţitá a není v práci podrobněji řešena. Jsem toho názoru, ţe tuto problematiku by bylo vhodné otestovat v návaznosti na předloţenou práci. To znamená prezentovat vytvořené animace vhodně zvoleným uţivatelům a na nich 46

pak testovat, jak danou animaci vnímají, jaké má výhody nebo co je třeba vylepšit. A na základě výsledků poté analyzovat, jak které provedení působí na kognitivní schopnosti dotazovaných. Jinak řečeno zhodnotit, které animační provedení je nejpřijatelnější a nejsrozumitelnější pro uţivatele. Dalším přístupem jak hodnotit animace, je přístup technologický, čili prostředí, v kterém byly vyhotoveny. Předloţená práce nekladla v souladu se zadáním ţádné explicitní poţadavky na zvolený animační nástroj, a tak bylo moţné vyuţít kteréhokoli dostupného softwaru. Podklady pro všechny animace byly vytvořeny v aplikaci ArcMap. Jedná se o shapefily půdorysů místností, bodové vrstvy symbolů reprezentující senzory a polygonové vrstvy ploch místností. Tvorba výsledných animací pak probíhala jak v ArcMapu tak i v prostředí Google Earth. V aplikaci ArcMap bylo vyuţito nástroje Time Slider, který se od předešlého toolbaru slouţícímu k tvorbě animací liší svou jednoduchostí a uţivatelskou přívětivostí. K jeho hlavním přednostem lze připočíst přehledné úvodní okno a nabídku moţností, která je sice omezená, ale na druhou stranu obsahuje všechna základní nastavení potřebná k vytvoření animace se změnou v atributu. V předloţené práci je uvedeno, ţe právě jednoduchá nabídka moţností je výhodou, avšak tento názor má určitá omezení. Pro náročnější uţivatele nebo při tvorbě jiného typu animace se zmíněný nástroj stane nedostačujícím, neboť přece jenom nabízí méně moţností neţ jiný software specializující se pouze na tvorbu a úpravu animací. Dalším technologickým prostředím byl program Google Earth, verze Pro. Lze však konstatovat, ţe toto rozhraní nenaplnilo očekávání, neboť to není software cílený pro tvorbu animací se změnou v atributu. Moţností, jak s nimi pracovat, je velice málo. Umoţňuje v podstatě jen průchod časovým úsekem nad importovanými shapefily obsahujícími časové údaje. Soubory tedy lze promítnout na letecké mapě a spustit průchod časovou osou. V nastavení je dostupná pouze relativní délka průchodu, tzn. pomalu nebo rychleji. Tímto veškeré moţnosti s úpravou animací končí. Google Earth postrádá jakékoli animační rozhraní. Nemoţnost nastavení intervalu mezi jednotlivými kroky nebo nastavení celkové délky animace je opravdu velkým problémem. Kladem tohoto programu však je reálné zobrazení importovaných souborů na základě souřadnic. Uţivatel tak má k dispozici přehled o místě, kde se animace odehrává. K výhodám také lze přičíst moţnost úpravy 2D vrstev na 3D pomocí nastavení relativní výšky nad zemí. Data pak dostávají prostorový ráz a lze na ně nahlíţet z různých perspektiv. Změna pohledu kamery je také dostupná při průchodu časovou osou, coţ také lze povaţovat za výhodu. Tyto tři bonusové fakty ale nesouvisí s moţností úpravy animace, jako spíše s manipulací s pouţitými vrstvami. Vzhledem k faktu, ţe podstatná část pouţitých zdrojů je jiţ staršího data a publikace vydané v posledních deseti letech se o pouţití technologického prostředí 47

nezmiňují, nelze konfrontovat názory na vhodnost vyuţití daných nástrojů. Někteří autoři pouze zmiňují, ţe je důleţité, aby byly animace vytvářeny v souladu s dostupnými zobrazovacími prostředky v dané době. Samozřejmostí však je, ţe grafické moţnosti zobrazovacích zařízení se stále vyvíjí a moţností vizualiazce je stále více.

48

8

ZÁVĚR

Animace mohou být velice uţitečným nástrojem, pro zachycení změny nebo určitého vývoje dynamických dat. Mnoho autorů se shoduje, ţe animace skýtají velké mnoţství moţností, jak data vizualizovat. K vyuţití těchto mnoţností v co největší míře je nezbytné dbát určitých doporučení a zásad. Jednak sám autor musí animaci vytvořit takovým způsobem, aby byla pro uţivatele co nejsrozumitelnější, a na druhé straně musí uţivatel disponovat takovým zobrazovacím zařízením, které je schopné předloţenou animaci zobrazit bez jakýchkoli omezení. Kvalita animace a způsob zpracování se rovněţ odvíjí od pouţitých dat. V předloţené práci byla provedena analýza vstupních dat, která se ukázala jako velice důleţitá součást práce. Při jejím vypracování bylo totiţ odhaleno několik faktů, které ovlivnily výslednou kvalitu zpracování animací. Jelikoţ hlavním cílem práce bylo ukázat moţnosti zacházení s dynamickými daty z oblasti FM při vyuţití animace, lze konstatovat, ţe tento cíl byl naplněn. Otázkou zůstává, zdali výsledné animace budou mít pozdějšího vyuţití. Dle mého názoru vytvářet animace z poskytnutých dat není nutné a jejich příno v budoucnosti je značně diskutabilní. Určité závěry lze učiniti jiţ z analýzy dat a přiloţených grafů, které jsou určitě i názornější. Pokud má předloţená práce slouţit jako podklad pro zefektivnění provozu budov, konkrétně pro regulaci vytápění místností, opět lze vyuţít spíše zmíněné analýzy a vytvořených grafů. Pomocí nich, lze studovat chod měřené veličiny a na základě průběhu učinit potřebná opatření. Vlastní analýza odhalí všechny nezvyklé odchylky od daného trendu a pozorovatelná je i kolísavost teploty, myšleno hlavně při studování průběhu denní teploty. Teplota v místnostech je pravděpodobně řízená termostaty. S ohledem na tento fakt je zaráţející, proč chody teplot v jednotlivých učebnách vykazují takové odchylky od daných trendů, především v noční době, kdy se předpokládá, ţe budova není vyuţívána. Odchylky v denních hodinách mohou být způsobeny větráním, nepravidelným otevíráním dveří, počtem osob v místnosti apod. Nabízí se také otázka, proč je v nočních hodinách v místnostech udrţována poměrně vysoká teplota. Můţe to být způsobeno špatným nastavením termostatů nebo je opravdu záměr. Jsem toho názoru, ţe takováto správa technologií budov, v tomto případě regulace vytápění, je značně neefektivní. Vyuţití animací v daném oboru je dosti rozporuplné. S ohledem na skutečnosti předcházející samotnému vyhotovení animací tento způsob vizualizace dat nedoporučuji. Před přikročením k tvorbě animace je důleţité data nejprve analyzovat, poté stanovit zobrazovaná časová období, vybrat vhodné proměnné, počet a intervaly datových tříd a nakonec ještě zvolit vhodný software pro tvorbu. Všechny tyto kroky jsou časově náročné a je tedy nutné zváţit, zdali čas věnovaný přípravě a tvorbě animací bude adekvátní výsledkům a očekáváním. 49

Pro tvorbu animací bylo primárně vyuţito programového vybavení ArcGIS, který pro předloţenou práci poskytnul dostatečné mnoţství moţností. Jako doplňkový software byl pouţit Google Earth, který však očekávání nenaplnil a doporučit ho lze spíše k tvorbě animací průletu nad terénem („fly through“), ke kterým má dobré předpoklady. Nutno říci, ţe vytvořené animace se hodí především jen jako ukázka pro studium. Při úvaze nad jejich externím výstupem je vhodné vyuţít spíše některého ze softwarů, který se zaměřuje konkrétně na tvorbu animací. Záměrem při vypracovávání animací pro předloţenou práci také bylo vyuţití některého z volně dostupných programů, který práci s animacemi umoţňuje, například jiţ zmíněný grafický editor GIMP a vytvořit GIF animaci. Úmyslem bylo zpracovat několik snímků, které budou tvořit jednotlivé kroky animace a ty následně poskládat ve zvoleném programu do finální sekvence. Vzhledem k problémům, které se při realizaci tohoto záměru projevily, bylo rozhodnuto vyuţít pouze internetové online aplikace, která také umoţňuje tvorbu jednoduché GIF animace.

50

9

BIBLIOGRAFICKÉ CITACE

9.1 Knihy a časopisy CARTWRIGHT, William (ed.), Michael P PETERSON (ed.) a Georg GARTNER (ed.). c2007. Multimedia cartography. 2nd ed. Berlin: Springer, xxv, 546 s. ISBN 978-354-0366508. ČERBA, O., BRAŠNOVÁ, K. Cartographic Visualization of Temporal Aspect of Spatial Data. In Proceedings of AutoCarto 2012. Columbus, Ohio: CaGIS, 2012. s. 1-9. ISBN: neuveden DORLING, Daniel. Stretching space and splicing time: from cartographic animation to interactive visualization. Cartography and Geographic Information Systems, 1992, 19.4: 215-227. DRANSCH, Doris. 1997. Computer-Animation in der Kartographie Theorie und Praxis. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642605864. FRANK, A. (1994) Different types of „times“ in GIS. In EGENHOFER, Max J a Reginald G GOLLEDGE. 1998. Spatial and temporal reasoning in geographic information systems. New York: Oxford University Press, xviii, 276 p. ISBN 01-951-0342-4. GOLDSBERRY, K., (2004). Stabilizing Rate of Change in Thematic Map Animations. Unpublished Master thesis, Department of Geography, University of California Santa Barbara, CA KRAAK, M.J. and KLOMP, A.,1995. In: F.J. Ormeling A classification of cartographic animations: towards a tool for the design of dynamic maps in a GIS environment. Seminar on Teaching animated cartography, Madrid, 29-36 KRAAK, M.-J. and MACEACHREN, A. M. (1994) Visualization of spatial data temporal component. Proceedings, Spatial Data Handling, Advances in GIS Research, pp. 5-9.

KRAAK, M a Ferjan ORMELING. Cartography: visualization of geospatial data. 3rd ed. New York: Prentice Hall, 2010, xii, 198 p., [32] p. of plates. ISBN 02-737-2279-4. LANGRAN, Gail. Time in geographic information systems. New York: Taylor and Francis, 1992, xi, 189 p. ISBN 07-484-0003-6. MACEACHREN, Alan M. How maps work: representation, visualization, and design. Pbk. ed. New York: Guilford Press, 2004, xiii, 513 p. ISBN 15-723-0040-X. MACEACHREN, Alan M.; KRAAK, Menno-Jan. Research challenges in geovisualization. Cartography and Geographic Information Science, 2001, 28.1: 3-12. PRAVDA, Ján. Metódy mapového vyjadrovania: klasifikácia a ukážky. Geografický ústav SAV, 2006, 127 s. ISSN 1210-3519. SINTON, D. (1978) The inherent structure of information as a contraint to analysis: mapped thematic data as a case study. Harvard Papers on GIS, vol. 7. (Dutton ed.) Reading Ma: Addison-Wesley. ŠTAMPACH R., KUBÍČEK P., HERMAN L., 2015. Dynamic visualization of sensor measurements: Context based approach. Quaestiones Geographicae 34(3), Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, pp. 5–15, 7 figs. DOI 10.1515/quageo2015-0020, ISSN 0137-477X

51

SWELLER, John. Cognitive load during problem solving: Effects on learning. Cognitive science, 1988, 12.2: 257-285. THOMPSON, Robert Laurini and Derek. Fundamentals of spatial information systems. Repr. London [u.a.]: Acad. Pr, 1993. ISBN 978-012-4383-807. VÍT, L., BLÁHA, J. D. (2013): Znázornění času a tvorba časové legendy v animovaných kartografických dílech. Geografie, 118, č. 1, s. 40–58 VÍT VOŢENÍLEK, Jaromír Kaňok a kolektiv. Metody tematické kartografie: vizualizace prostorových jevů. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci pro Katedru geoinformatiky, 2011. ISBN 80-244-2790-7. XIA, Li a Menno-Jan KRAAK. The time wave in time space: a visual exploration environment for spatio-temporal data. Enschede: ITC, c2010. ii, 210 p. ISBN 978-9061642-954.

9.2 Elektronické zdroje Computational knowledge engine, http://www.wolframalpha.com (31. 12. 2015) DORLING, D a S OPENSHAW. 1992. Using computer animation to visualize space - time patterns. Environment and Planning B: Planning and Design [online]. 19(6): 639-650 http://epb.sagepub.com/lookup/doi/10.1068/b190639 (8. 12. 2015) Facility Management. Facility Management Masarykova Univerzita, http://ofm.ukb.muni.cz/ (11. 11. 2015) Facility management. ManagementMania [online]. [cit. 2015-12-04]. Dostupné z: https://managementmania.com/cs/facility-management Free Online Animated GIF Maker [online]. [cit. 2015-12-31]. Dostupné z: http://gifmaker.me/ HÄGERSTRAND, Torsten. What about people in Regional Science?. Papers of the Regional Science Association. 1970, vol. 24, issue 1, s. 6-21. DOI: 10.1007/BF01936872. http://link.springer.com/10.1007/BF01936872 (15. 2. 2015) HARROWER, Mark a Sara FABRIKANT. 2008. The Role of Map Animation for Geographic Visualization. Geographic Visualization, Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, s. 49 [cit. 2015-12-07]. DOI: 10.1002/9780470987643.ch4. ISBN 9780470987643. http://doi.wiley.com/10.1002/9780470987643.ch4 (3. 12. 2015) International Facility Management Association, http://www.ifma.org/knowbase/browse/what-is-fm- (4. 12. 2015) Mapový portál Masarykovy univerzity. Dostupné z: https://maps.muni.cz/kompas/ (25. 11. 2015) MONMONIER, Mark. Strategies for the Visualisation of Geographic Time-Series Data. The Map Reader. Chichester, UK: John Wiley, 2011-04-15, s. 231. http://doi.wiley.com/10.1002/9780470979587.ch31 (13. 2. 2015) PEUQUET, DONNA J. A CONCEPTUAL FRAMEWORK AND COMPARISON OF SPATIAL DATA MODELS. Cartographica: The International Journal for Geographic Information and Geovisualization. 1984-10-1, vol. 21, issue 4, s. 66-113. DOI: 10.3138/D794-N214-221R-23R5. (13. 2. 2015) SUKB. Správa univerzitního kampusu, http://www.ukb.muni.cz/ (10. 12. 2015) 52

University campus Bohunice. European Investment Bank, http://www.eib.org/infocentre/press/news/all/masaryk.htm (6. 12. 2015) Univerzitní kampus Bohunice. Masarykova univerzita, http://www.muni.cz/kampus (6. 12. 2015)

53

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 návod na tvorbu animací v aplikaci ArcMap se zaměřením na časovou animaci se změnou v atributu Příloha 2 CD s výslednými návrhy animací a souborem ve formátu kmz

54

Příloha 1

NÁVOD NA TVORBU ANIMACÍ V APLIKACI ARCMAP V tomto manuálu popíšu podrobný postup tvorby animací v aplikaci ArcMap pomocí nástroje Time Slider. Tato pomůcka je dostupná od verze programu 10.0 Tento manuál byl vytvořen pro 10.1, avšak jsem toho názoru, ţe i v novějších verzích bude tento postup fungovat. Tvorba animací byla dostupná jiţ od verze 9.2, avšak výše zmíněný nástroj ji udělal mnohem jednodušší. Je nezbytné vědět, ţe pomocí tohoto nástroje lze vytvářet pouze animace, u kterých dochází ke změně vrstvy při průchodu časovým úsekem. Pokud bychom chtěli vytvořit například „fly-through“ animaci, museli bychom vyuţít toolbaru Animation nebo jiného softwaru. Vzhledem ke skutečnosti, ţe k animačnímu nástroji nebyl nenalezen ţádný komplexní návod v češtině, byl tento manuál vytvářen zejména s vyuţitím ukázkových videí od společnosti ESRI, kde je docela podrobně vysvětlena práce se zmíněným „posuvníkem času“. I kdyţ uţ je to docela dlouhá doba co lze s tímto nástrojem pracovat, věřím, ţe tento návod bude v budoucnosti ku prospěchu. Rád bych dodal, ţe níţe uvedený postup je v podstatě jednoduchý, avšak je třeba dbát na malé detaily, při jejichţ zanedbání nemusí dojít k vytvoření animačního efektu. Ještě jednou je nutné zmínit, ţe manuál se vztahuje pouze k tvorbě časových animací se změnou v atributu.

Příprava dat Je důleţité si uvědomit a rozvrhnout co chceme animovat a podle toho si nachystat příslušné vrstvy (shapefily). Nejprve je tedy nutné stanovit kolik časových kroků (ty poté odpovídají počtu snímků) bude animace zobrazovat a která grafická proměnná bude změnu reprezentovat. V tomto návodu je postup tvorby demonstrován na příkladu bodově a plošně lokalizovaných znaků. Kdyţ máme teoretický návrh o počtu časových kroků (např. 10), je třeba mít ve vybrané vrstvě odpovídající počet prvků, u kterých bude docházet ke změně. Jinak řečeno, atributová tabulka musí obsahovat 10 (buduli pokračovat na příkladu 10 časových kroků) řádků. U těchto prvků pak můţe docházet ke změně v geometrii nebo v atributu v průběhu časem. Jednoduchým „rozkopírováním“ jednotlivých prvků lze docílit poţadovaného počtu řádků, samozřejmě při aktivní editacidané vrstvy (Editor toolbar). Nyní je potřeba do tabulky vloţit hodnoty měnícího se atributu (např. zde teploty) a časové údaje. Je moţné disponovat vrstvou s jiţ předem připravenými atributy. Já jsem však musel poţadované hodnoty zadávat manuálně. Co se týče atributu, podle kterého se bude proměnná měnit, jednoduše vypíšeme hodnoty do nového sloupce anebo pomocí I

nástroje Join and Relates propojíme vrstvu s xls tabulkou. Při zadávání časových údajů máme dvě moţnosti. Kupříkladu pokud chceme animovat vznik a zánik historických měst, je třeba, aby kaţdý prvek disponoval dvěma časovými údaji (počátečním a konečným), v takovém případě je třeba oba údaje zapisovat do rozdílných sloupců. Druhou moţností je přiřadit kaţdému prvku pouze jeden časový okamţik. Tento způsob byl uţit i v této práci. Při vyplňování sloupce určeného pro časový údaj je nutné dát si dát pozor na správný formát zápisu. Jako nejlepší způsob se mi osvědčilo vytvořit nový sloupec s datovým typem Text a do něj poţadované časové údaje (roky, dny, hodiny atd.) vepsat. Je však nutné zapsat je ve správném formátu, neboli ve správném pořadí. Pokud tomu tak nebude, aplikace bude hodnoty brát jako „obyčejný“ text a animační efekt nebude moţné vytvořit. Podporovaných formátů jak data zapsat je hned několik, v tomto případě byl zvolen formát RRRR/MM/DD hh:mm:ss,s (neboli: rok/měsíc/den hodiny, minuty, sekundy). Nyní je třeba ukončit editování vrstvy a přistoupit k dalšímu kroku. Časové údaje jsou sice jiţ v atributové tabulce, ale jejich datový typ je stále Text, s kterým Time Slider neumí pracovat. Sloupec s těmito údaji tak musíme převést na datový typ Date, a to pomocí nástroje Convert Time Field, který nalezneme v Toolboxu ve sloţce Data Management Tools pod záloţkou Fields. Na následujícím obrázku (Obr. I) popíšu jednotlivá pole důleţitá pro správnou funkčnost nástroje. Do prvního pole vloţíme poţadovanou vrstvu a z nabídky Input Time Field vybereme sloupec obsahující časové údaje. Následně je třeba určit, v jakém formátu jsou zapsány (RRRR/MM/DD hh:mm:ss,s). Nástroj sám vytvoří nový sloupec a jeho jméno, to však nesmí být delší neţ 10 znaků. Dále je třeba vybrat výstupní datový typ sloupce, ten musí být naformátován jako Date. V posledním kroku máme moţnost zvolit formát zápisu časového údaje. Ten se odvíjí od jednotlivých časových kroků, které chceme animovat. Například hodiny během dne, nebo dny v týdnu. Můţeme ho ponechat stejný jako je vstupní formát zápisu. Po potvrzení nám nástroj automaticky vygeneruje v atributové tabulce nový sloupec s poţadovanými vlastnostmi.

II

Obr. 18: Nabídka nástroje Convert Time Field

Nyní máme připravenou vrstvu se všemi potřebnými atributy pro další postup a můţeme se přesunout k dalšímu bodu postupu. Na obrázku II je ukázka, jak můţe vypadat atributová tabulka vhodná k animaci.

Obr. II: Ukázka atributové tabulky vhodné k animaci

III

Časová složka vrstvy Společně s přidáním nástroje Time Slider do vybavení ArcGISu přibyla také nová záloţka ve vlastnostech vrstvy, a sice „časová sloţka“ (Time). Na přiloţeném obrázku (Obr. III) popíšu její moţnosti. Pro fungování animace je nutné nejprve časovou sloţku vrstvy aktivovat. Prostým zaškrtnutí check box políčka Enable time on this layer toho docílíme. Poté se nám aktivují další nabídky. V té první si zvolíme, jestli má prvek jeden časový údaj nebo počáteční a konečný okamţik. V tomto případě kaţdý prvek disponuje unikátním časovým údajem. Dále určíme sloupec obsahující tyto údaje. Důleţité je vybrat ten, který byl vygenerován v předešlém kroku nástrojem Convert Time Field. Zvolíme formát zápisu (RRRR/MM) a časový interval (měsíc). Na závěr je třeba spočítat časový rozsah dat, na základě kterého bude animace probíhat (tlačítko Calculate). Tímto je časová sloţka správně nastavena a lze se přesunout k dalšímu kroku, kterým je nastavení vlastní animace v nástroji Time Slider.

Obr. III: Time záložka pro nastavení časové složky vrstvy

Time Slider Jak jiţ bylo řečeno, tento nástroj je dostupný v aplikacích ArcGIS od verze 10.0 a oproti stávajícímu toolbaru slouţícímu k tvorbě animací (Animation toolbar) je mnohem jednodušší a pravděpodobně také uţivatelsky přívětivější. Neskýtá sice tolik moţností, ale pro jednoduché animace je dostačující. Stejně tak se stal dostačujícím pro předloţenou práci. Zahrnuje několik moţností jak s animací pracovat, avšak nutno říci, ţe to není nástroj všemocný a není moţno s jeho pomocí vytvořit jakoukoliv animovanou mapu. Pomocí přiloţeného obrázku opět rozeberu jednotlivé funkce tohoto nástroje (Obr IV). IV

Vyvolání samotného nástroje Time Slider se provede tlačítkem s hodinami, které je umístěno v toolbaru Tools. Toto tlačítko je však dostupné pouze v případě aktivní časové sloţky u minimálně jedné vrstvy. V okně nástroje máme k dispozici několik tlačítek. Pomocí prvního zleva je moţno povolit nebo zablokovat časovou sloţku na mapě. Druhým tlačítkem se dostaneme k pokročilejším moţnostem a pomocí třetího tlačítka se animace exportuje. O těchto funkcích se zmíním později. Tlačítko v pravém dolním rohu slouţí ke spuštění „ţivého módu“ animace. Při jeho zapnutí je třeba zvolit interval, v jakém chceme aktualizovat data. Například, kdyţ zadáme interval 5 hodin, animace si v kaţdém intervalu načte nově zadaná data a aktualizuje svůj obsah. V mém případě však nebylo nutné tohoto vyuţít. Dále vidíme několik časových indikátorů. Uprostřed je tučně zvýrazněn momentální okamţik průchodu časovým úsekem, který se mění v souladu s posuvníkem, s kterým lze manuálně pohybovat. Ten v podstatě určuje aktuální časový rozsah, coţ je doloţeno textovým polem udávajícím počáteční (vlevo dole) a koncový (vpravo dole) okamţik. K dispozici je také několik přehrávacích tlačítek (přehrát/pozastavit, přechod na následující nebo předchozí krok). Uţivatel můţe dokonce měnit stávající časový rozsah a to pomocí tlačítek plus nebo mínus v pravém horním rohu. Dvěma protisměrnými šipkami se vrátí zpět na plný časový rozsah.

Obr. IV: Nástroj posuvník času pro úpravu animací

Nyní se přesuneme k nastavení samotné animace, které se ukrývá pod druhým tlačítkem zleva. Po jeho spuštění se otevře dialogové okno obsahující několik záloţek. Důleţité jsou první tři. V záloţce Time Display (Obr. V) nalezneme nastavení pro časovou zónu, interval jednotlivých časových kroků a formát časových údajů, které chceme mít zobrazeny při animaci. Check box slouţí k zobrazení časového údaje přímo Obr. V: Záložka pro časové údaje animace v rámci animované mapy. Pod tlačítkem Appearance se skrývá nabídka pro úpravu textu. Ke zvoleným časovým údajům si můţeme přidat libovolný text a měnit jeho formát. V

Druhá záloţka (Obr. VI) slouţí k úpravě časového rozsahu animace. Rolovací nabídka nám dává moţnost vybrat si, od které vrstvy se bude odvíjet časové rozpětí animace. Rád bych upozornil, ţe Time Slider zahrnuje moţnost animování více vrstev s časovými daty najednou. Po zvolení vrstvy se automaticky vygeneruje počáteční a koncový čas, tyto údaje však lze ručně upravit.

Obr. VI: Záložka pro úpravu časového rozsahu animace

Pod třetí záloţkou (Obr. VII) se ukrývají moţnosti pro vlastní přehrávání animace. Nejprve si zvolíme zdali chceme zobrazovat data pro kaţdý časový okamţik nebo přehrát animaci se specifickou dobou trvání. U první volby lze nastavit relativní rychlost přehrávání pomocí posuvníku. Já jsem však zvolil specifickou délku, která je dvojnásobná počtu jednotlivých kroků. Dále máme na výběr co bude následovat po přehrání animace. Buď se bude neustále přehrávat dokola nebo se přehraje pozpátku anebo se zastaví.

Obr. VII19: Záložka pro možnosti přehrávání

V poslední záloţce nalazneme pouze moţnost nastavení transparentnosti přehrávacího okna. Po dokončení nastevení jednotlivých záloţek lze animaci přehrát přímo v ArcMapu anebo ji exportovat.

Export animace V případě potřeby exportu animace pouţijeme tlačítko s filmovou páskou v nástroji Time Slider. Tento úkon vyvolá okno s dotazem pro cílové uloţení souboru a poţadovaný typ výstupního formátu. Lze vybrat mezi video formátem (avi) a sekvencí jednotlivých snímků. V pokročilých moţnostech lze nastavit další vlastnosti. Například rozlišení videa, snímkovou frekvenci obrazu, nebo zdali chceme, aby se exportovalo celé okno aplikace. Po potvrzení se objeví nabídka s kompresí videa (Obr. VIII). Rolovací lišta nám nabídne výběr z několika druhů kodeků a posuvníkem nastavíme poţadovanou míru komprese. Je VI

Obr. VIII: Možnosti komprese videa

důleţité vzít v potaz fakt, ţe velikost výsledného videa a délka samotného exportu se odvíjí od zvoleného kodeku a míry komprese. Trvalo delší dobu, neţ jsem přišel na správnou kombinaci a nakonec jsem pouţil kodek zařízení Microsoft Video 1 a míru komprese jsem nastavil na 75 %. Export trval jen pár minut a velikost výsledných animací se pohybuje mezi 17 a 22 MB. Je nutné doplnit, ţe špatně zobrazené okno s nabídkou exportu (Obr. VIII) není chybou dané verze ArcGISu, ale chybou vývojářskou. Nalezl jsem několik odkazů na diskuze, kde uţivatelé tento problém zmiňují a uvádějí, ţe se v ArcGISu vyskytoval jiţ od verze 9.2, kdy bylo poprvé moţné vytvářet animace.

VII