Hipsometría e hipsografía (VIII)

COMBINACIÓN DE ALTIMETRÍA Y RELIEVE

En entradas anteriores hemos tratado distintos aspectos relacionados con la definición de leyendas hipsométricas perceptivas y la producción de modelos de sombreado a partir de múltiples fuentes de iluminación.

Hemos comentado también que para los visualizadores multiescala creemos que es aconsejable la utilización de leyendas altimétricas en niveles alejados de zoom, en tanto que para grandes escalas un modelo de sombreado ofrece una información más relevante.

Si utilizamos de esta manera ambos modelos, la progresión desde las escalas más alejadas hasta las más próximas pasa inevitablemente por una transición desde la hipsometría hasta el modelo de relieve, existiendo en este tránsito unas escalas intermedias en las que es necesario combinar progresivametne altimetría y relieve.

La combinación directa de una imagen cromática (altimetría) con una imagen de grises (relieve) da generalmente como resultado una imagen con una importante pérdida de luminosidad y cromatismo, dado el efecto sustractivo de la suma.

Tintas hipsométricas MTN50 212

Sombreado del relieve MTN50 212

Combinación hipsometría y relieve MTN50 212

Si no se quiere ofrecer un resultado cromático tan pobre, se hace necesario minimizar el efecto de oscurecimiento, especialmente en las zonas más luminosas del modelo de relieve. De forma simultánea es necesario aclarar la imagen para conservar al máximo la respuesta cromática, manteniendo al mismo tiempo un nivel de contraste adaptado a la escala de representación: menos contraste para escalas alejadas; más contraste para escalas más próximas.

Dado que lo que pretendemos es procesar una imagen de forma automática a partir de dos entradas (almetría y relieve) y hacerlo en modo continuo sin generar ningún producto intermedio, es preciso diseñar un algoritmo que a través de parámetros, permita ajustar el resultado que se quiere obtener en el procesado individual de cada pixel.

Se trata en definitiva de analizar el nivel de gris que tiene cada pixel en el modelo de relieve para modular la combinación en función de este valor y de la magnitud de su correspondiente en la imagen altimétrica.

Para ello hemos definido un procesamiento estructurado en las siguientes fases:

1. Se producen en una fase previa las imágenes que se quieren combinar:

• A[0] imagen de sombreado

• B[0] imagen de hipsometría

2. Se definen dos parámetros: «umbral» y «reductor» de oscuridad que nos permiten actuar sobre el nivel de luminosidad y cromatismo de las imágenes finales.

• El parámetro «umbral» varía entre 0 (negro) y 255 (blanco): Define el nivel de gris a partir del cual la composición de imágenes pasa de ser sustractiva o ser aditiva, oscureciendo la imagen altimétrica o aclarándola en su caso. Su valor representa el nivel de cromatismo altimétrico que no va a sufrir modificación en la combinación.

• El parámetro «reductor» de oscuridad varía entre 0 y n: Define el impacto que el relieve va a tener sobre el cromatismo, fijando el nivel de contraste de la imagen final. Cuanto mayor es su valor, menor es el contraste en el resultado final.

3. Se normaliza la imagen de sombreado A[0] de manera que se escala el valor de su luminosidad. Los valores varían de 0 a 1 para los píxeles que van a ser oscurecidos y de 0 a -1 para los píxeles que tendrán una ganancia de luminosidad.

A[Os] = umbral – A[0]) / umbral; A[Os] imagen de oscurecimiento

4. A continuación a la imagen se le aplica un cálculo de la reducción del oscurecimiento. De tal manera que el oscurecimiento sea más significativo porcentualmente para valores bajos de cromatismo.

A[R] = cos [ arctg [A[Os] * reductor]]; A[R] imagen reductor oscurecimiento

5. Se modifica la imagen de hipsometría.

Al valor de cada pixel de la imagen de hipsometría B[0] se le resta su propio valor B[0] multiplicado por el valor del pixel correspondiente de la imagen normalizada A[Os] y por el de la reducción del oscurecimiento A[R].

B[0] – [B[0]*A[Os]*A[R]]

Para un mismo parámetro «umbral», si varía el parámetro «reductor de oscuridad» se aclaran u oscurecen las zonas de sombra. Actúa sobre el contraste y cromatismo de la imagen final.

Ejemplo:

• umbral 215 y reductor 0.95 –> se oscurecen las zonas de sombras (relieve muy marcado).

• umbral 215 y reductor 4.00 –> se aclaran las zonas de sombras (se suaviza el relieve).

Variación del parámetro «reductor»

Para un mismo parámetro «reductor de oscuridad», si varía el parámetro «umbral» se aclara u oscurece la imagen en su conjunto. Actúa sobre el nivel de luminosidad de la imagen final.

Ejemplo:

• umbral 215 y reductor 0.95 –> imagen más luminosa.

• umbral 255 y reductor 0.95 –> imagen menos luminosa.

Variación del parámetro «umbral»

IMPLEMENTACIÓN EN FME

1. Se definen los parámetros:

• umbral_oscurecimiento: (@Value(A:_umbral))

• reductor_oscuridad: @Value(A:_reductor)

2. Se leen la imagen de sombreado y la imagen de hipsometría y se separan las bandas correspondientes a cada una de las imágenes.

• La imagen de sombreado (1 banda – escala de grises): A[0]

• La imagen de hipsometria ( 3 bandas – RGB): B[0]

Lecturas de imágenes y separación de bandas

3. Se realiza una conversión de formato de la imagen a Real64 para poder operar con decimales.

4. Se normaliza la imagen de sombreado A[0] y se calcula la reducción del oscurecimiento.

• A1[0] = (@Value(A:_umbral)-A[0])/@Value(A:_umbral)

• A2[0] = @cos(@atan(((@Value(A:_umbral)-A[0])/@Value(A:_umbral))*@Value(A:_reductor)))

• A3[0] = A1[0] * A2[0]

Imagen resultante por bandas:

• banda red: B[0]-(A3[0]*B[0])

• banda green: B[0]-(A3[0]*B[0])

• banda blue: B[0]-(A3[0]*B[0])

Definición de parámetros y cálculos

5. Se combinan ambas imágenes en cada una de sus bandas RGB: imagen de sombreado e hipsometría mejorada.

6. Se combinan las tres bandas para conseguir una única imagen de salida RGB.

Cálculo combinado para cada banda RGB

Mediante este proceso es posible abordar la generación de fondos de altimetría-relieve de forma continua y en un solo paso, determinando los parámetros «umbral» y «reductor» más adecuados para cada una de las escalas.

Hipsometría e hipsografía (VI)

LEYENDAS PROGRESIVAS

Tradicionalmente los cartógrafos antes de empezar a trabajar conocían de antemano el tamaño y tipo de soporte que iban a utilizar, la zona del territorio que querían representar y por ende, la escala que debían aplicar.

Exceptuando algunos trabajos de colección, el mapa constituía una unidad individual en el que el lenguaje visual se adaptaba al objetivo perseguido sin ningún condicionante previo.

Abraham Ortelius [Public domain], via Wikimedia Commons

Hoy en día, la cartografía digital ha modificado esta concepción unitaria convirtiendo los mapas tradicionales en herramientas multidimensionales capaces de moverse por amplias zonas del territorio a distintos niveles de detalle.

Los sistemas de información geográfica han sido los primeros en advertirnos de este cambio de paradigma al ofrecernos la oportunidad de definir qué elementos representar en cada espacio y para cada nivel de aproximación.

Por ello y muy especialmente en la cartografía concebida para los visores geográficos multiescala, es necesario que el cartógrafo contemple el diseño de un mapa como un proyecto global capaz de ofrecer desde el detalle más pequeño hasta el más general a lo largo y ancho de todo el territorio.

Los elementos geográficos de esta nueva cartografía no se pueden diseñar de forma aislada. Ahora es necesario definirlos de forma integral concretando su espacio y simbolización para cada uno de los niveles de escala en los que intervienen.

Se trata en definitiva de definir los dominios del discurso cartográfico de cada uno de los objetos que participan en el mapa considerando su interrelación, con el fin de construir un mensaje armónico que se adapte a cada entorno sin cambios bruscos ni estridencias.

Para ello además de definir de antemano dónde, cuándo y cómo se representarán estos objetos, es necesario tener en cuenta cómo debe ir cambiando su simbolización al pasar de una escala a otra.

Imaginemos la realización de un visualizador geográfico en el que se quiere ofrecer un fondo cartográfico con información física del terreno desde unos niveles de información muy generales, hasta unos niveles de detalle muy específicos.

Parece lógico pensar que este mapa debería ofrecer información altimétrica en los niveles de zoom más alejados, de tal manera que la inspección de una zona muy amplia permitiera identificar las principales formaciones montañosas así como su altitud e importancia. En este nivel de detalle la simbolización del relieve apenas aportaría información alguna.

Este mismo mapa para valores grandes de escala debería transformarse gradualmente ya que las tintas altimétricas, que resultan muy útiles en niveles alejados de visualización, pierden su razón de ser en consultas de detalle en las que no existen elementos de referencia, donde un sombreado del relieve resultaría mucho más útil que una altimetría.

En consecuencia, el visualizador debería ser capaz de transmutar la altimetría en relieve de forma gradual, desde los niveles de zoom más alejados hasta los más próximos.

Supongamos que nuestro espacio de trabajo es un visualizador geográfico en la proyección geográfica Esférica-Mercator (EPSG:3857).

Visualizador geográfico EPSG:3857

Generalmente este tipo de visualizadores trabaja con fondos cartográficos compuestos por teselas cuadradas de 256×256 píxeles.

En el primer nivel de zoom (0), toda la tierra se representa en única tesela, por lo que un píxel equivale aproximadamente a 156.412 m. Para cada nivel de zoom siguiente, cada tesela se divide en una matriz de 2×2 teselas de 256×256 píxeles, y así sucesivamente hasta el zoom 19 en el que un píxel mide 0,298 m.

Si no queremos que la altimetría aparezca súbitamente de la nada y llegado a un determinado nivel de detalle desaparezca como por arte de magia, debemos definir toda su secuencia de apariciones como si se tratara del storyboard de una película.

En este ejemplo nos vamos a centrar en construir una escala altimétrica monocromática que partirá de un color blanco (#ffffff) en el nivel de zoom 3, incrementándose hasta alcanzar su punto máximo de color (#4a2118) en el nivel 8 y que mantendrá en el nivel 9, para decrecer en color hasta el nivel 13, convirtiéndose en un color amarillo tenue (#f9f4e8) a partir del nivel de zoom 14.

Colores de inicio y fin de escalas

Los colores de los valores más bajos de altitud en las diferentes gradaciones altimétricas se moverán del color #ffffff en el zoom 4, hasta el color #f9f4e8 en el zoom 13.

Para ello construimos una escala creciente de transición de 12 pasos (en el espacio de color CIELab) para los valores más bajos de altitud y dos escalas de transición para los valores más altos, una creciente de seis pasos desde el color #ffffff hasta #4a2118 y otra también de seis pasos decreciente, desde el color #4a2118 hasta #f9f4e8.

Escalas en colores de salida y llegada

Una vez hemos definido los colores de salida y llegada a utilizar para cada una de las escalas altimétricas, ya podemos definir todas ellas para los niveles de zoom del 3 al 14.

Secuencia de escalas altimétricas del zoom 3 al zoom 14

Utilizando una graduación de color diferente para cada nivel de zoom, podemos conseguir que la información altimétrica sea más efectiva en los niveles de detalle en los que resulta más útil, sin molestar en las escalas de visualización en las que la altimetría no tiene razón de ser, diseñando un tránsito suave de unas a otras.

En las próximas entradas nos detendremos en la construcción de modelos de relieve, definiremos su ámbito de actuación programando una secuencia de transición desde la información altimétrica a la geomorfológica.

Hipsometría e hipsografía (V)

LEYENDAS DECORATIVAS vs. LEYENDAS PERCEPTIVAS

Cuando anteriormente tratamos los conceptos básicos del color, vimos que en nuestro ojo existen tres tipos de conos que, dicho de una forma muy simplista, responden a los estímulos azules, verdes y rojos respectivamente.

Como los conos son sensibles a lo largo de una zona amplia del espectro, hay longitudes de onda que excitan simultáneamente más de un tipo, de tal manera que para un mismo nivel de estímulo existen colores como el cian y el amarillo que parecen mucho más luminosos que el resto.

Por otra parte, se ha comprobado que de los tres parámetros del color: tono, luminosidad y saturación, es la luminosidad el componente que tiene más fuerza en el mensaje visual ya que, aunque nuestro cerebro es capaz de discriminar variaciones de tono muy sutiles, especialmente en los colores cálidos, estamos mucho más entrenados en la interpretación de la luz.

Por ello, a la hora de definir escalas de color proporcionales a una magnitud, es más recomendable atender a la luminosidad de los colores empleados que a los tonos utilizados.

Cuando se trata de diseñar una escala de color partiendo de un color inicial, hasta un color final, la fórmula más sencilla como vimos es apoyarse en un espacio de color perceptivo, tal como CIELab o CIELch.

Pero si por razones de diseño queremos que la escala de color transite por distintos tonos previamente seleccionados, es aconsejable ordenar estos en función de su luminosidad, normalizándolos posteriormente a lo largo de toda la escala, con objeto de que el gradiente luminoso sea proporcional a la magnitud representada, de principio a fin.

En muchas ocasiones la aplicación de estos criterios da como resultado gradaciones de color poco atractivas desde un punto de vista estético, por ello resulta bastante habitual comprobar cómo existen escalas de color, especialmente altimétricas, que se diseñan más para producir una impresión de armonía estética que para transmitir información de forma eficaz.

A este tipo de escalas en las que predomina más el componente tonal que el luminoso las hemos denominado «escalas decorativas«.

Existen innumerables ejemplos de este tipo de escalas. A continuación se analiza gráficamente la luminosidad de un patrón de colores que se repite con bastante frecuencia en leyendas altimétricas.

Luminosidad de una escala tonal

En esta gradación de colores se parte de unos tonos verdes para representar los valores de altitud más bajos, transitando por los tonos amarillos y marrones para valores intermedios y finalizando con tonos muy claros para representar los mayores valores de altitud.

Como se puede comprobar esta escala, muy atractiva visualmente, encierra saltos y quiebros de luminosidad importantes, de tal manera que un espectador que quisiera inferir a partir de ella un incremento altimétrico, se vería en la necesidad de acudir a la clave de colores para interpretar la altitud.

En la siguiente imagen hemos aplicado esta escala tonal sobre el modelo del terreno (5×5 m) de la hoja cartográfica 212 «Campo» del Mapa Topográfico Nacional de España 1:50.000. Hemos elegido esta hoja porque incluye diferencias de altitud importantes (2.300 m) y cambios muy abruptos que permiten estudiar muy claramente la impresión perceptiva.

Vemos a continuación los gradientes de color aplicados a toda la hoja cartográfica, con objeto de poder analizar de forma aislada el mensaje altimétrico.

Colores altimetría I

Como se puede comprobar, a un espectador ocasional sin otra ayuda que su percepción, le resultaría muy difícil poder extraer intuitivamente a partir de esta imagen una conclusión sobre el gradiente altimétrico ya que la variación luminosa no coincide con la variación altimétrica.

Ordenando los mismos colores de referencia de la escala anterior conforme a su luminosidad y regularizando posteriormente el gradiente luminoso, es posible construir un mensaje altimétrico perceptivamente mucho más coherente.

Luminosidad de una escala perceptiva

Si como hemos hecho anteriormente, aplicamos la escala resultante en toda la hoja cartográfica desnudándola de cualquier otra información, es posible comprobar que resulta más fácil e intuitivo interpretar las diferencias altimétricas sin tener que recurrir a una clave.

Colores altimetría II

En cartografía topográfica el mensaje altimétrico se suele acompañar en muchas ocasiones de otras informaciones de apoyo, tales como curvas de nivel o simulaciones del relieve. Se trata de construir así un mensaje geomorfológico completo.

Leyenda decorativa sobre relieve

Pues bien, aun en estas ocasiones en las que el color puede parecer un mero añadido estético, sería conveniente evitar mensajes contradictorios en términos de luminosidad.

Leyenda perceptiva sobre relieve

En cualquier caso somos conscientes que el trabajo cartográfico tiene un importante componente artístico, por lo que la elección de colores finalmente puede atender tanto a objetivos prácticos como estéticos.

Utilizar paletas decorativas permite tener un mayor grado de libertad creativa, pero se corre el riesgo de entretener la atención subconsciente del espectador ya que debe emplear parte de su esfuerzo en la traducción de una escala de colores poco intuitiva.

Utilizar paletas perceptivas sin duda constriñe la libertad creativa, pero ofrece el rédito de una mayor comodidad interpretativa.

Decantarse por una u otra opción dependerá de los objetivos y el público al que va dirigido un determinado producto cartográfico, por lo que en este aspecto como en otros muchos, nada es mejor que nada.

En la próxima entrega estudiaremos cómo evolucionar leyendas en los mapas multiescala.

Hipsometría e hipsografía (IV)

ESPACIOS DE COLOR

Todos los profesionales que utilizan el color como medio de expresión necesitan referirse a él de forma absoluta, sin considerar el dispositivo o sistema (aditivo o sustractivo) que se utiliza para su representación.

En cartografía, el color simboliza en muchas ocasiones el valor de una magnitud (altura, densidad de población, PIB, etc…), siendo necesario en estos casos que la impresión visual de los colores sea proporcional a dichas magnitudes.

En otras palabras, «las escalas de color deben ser linealmente perceptivas«, de tal manera que si la magnitud a simbolizar varía, la impresión visual varíe en la misma proporción con objeto de trasladar correctamente el mensaje a la psique del observador.

Escala de color altimétrica
by Anonymous [Public domain], via Wikimedia Commons

Para poder construir leyendas perceptivas, es necesario conocer en alguna medida la naturaleza y tipología de los «espacios de color«, ya que según sea el espacio elegido, obtendremos resultados muy diferentes.

ESPACIO DE COLOR

Como ya vimos en otras entradas de este blog, existen distintos procedimientos para definir el color: los que se basan en una descomposición en colores primarios; los que se especifican mediante los valores de tono, claridad o luminosidad y saturación; y los que identifican un color mediante un único parámetro.

Trasladando sobre unos ejes de coordenadas (x,y,z), tres de los parámetros utilizados para definir un color (RGB;CMY,…), es posible representar tridimensionalmente todo el conjunto de colores que un modelo es capaz de definir.

Ejes cartesianos de un espacio de color By DaBler ((myself)) [Public domain], undefined

Esta representación espacial de los colores que se pueden generar a partir de un modelo, se denomina «espacio de color«. Concepto que en muchas ocasiones se confunde con el de «modelo de color«, empleado normalmente para referirse al método de identificación.

ESPACIOS DE COLOR ABSOLUTOS Y RELATIVOS

Los espacios de color que se obtienen a partir de tres colores primarios son siempre espacios relativos, ya que el resultado final de un color depende de la interpretación cromática que realice el dispositivo que lo imprime o visualiza.

La percepción visual del color rojo, que en el sistema RGB se representa por la tupla de valores 255,0,0, no ofrece el mismo resultado visual en un monitor que en una fotografía o en una impresora.

Para lograr que un espectador reciba la misma respuesta cromática independientemente del dispositivo utilizado, es necesario definir los colores de forma absoluta, de esta manera el resultado perceptivo de cada color será siempre el mismo, sea cual sea el sistema utilizado para representarlo (para hacerlo los dispositivos necesitan definir un perfil de color).

ESPACIOS DE COLOR PERCEPTIVOS

Con el fin de investigar y estandarizar todo lo relativo al color y su tratamiento, en el año 1913 se creó la Comisión Internacional de Iluminación (Commission Internationale de l´Eclairage, CIE).

Uno de sus objetivos fue definir un modelo de color absoluto, independiente del dispositivo y que cubriera todo el espacio perceptivo humano.

Para ello en 1931 el CIE estandarizó la definición de distintas fuentes luminosas y lo que fue especialmente importante, definió lo que se entendía por «observador estándar» (concepto revisado en 1964).

Así, mediante una serie de experimentos, se registró la percepción de un observador, comparando la respuesta espectral de una fuente de luz creada a partir de la mezcla de los tres colores primarios RGB con una emisión casi espectral ( R=700 nm G=546,1 B=435,8), con la luz emitida por una lámpara con un color espectral puro, haciendo incidir ambas sobre una superficie 100% reflectante.

A partir de los resultados de estas pruebas, el CIE definió el primer espacio de color perceptivo denominado CIE RGB.

Este espacio representado en los tres ejes cartesianos presentaba de entrada algunas carencias, ya que originalmente no era capaz de reproducir todo el espacio de color del ojo humano. Se necesitaba introducir valores negativos para conseguirlo.

Para poder definir un espacio de color perceptivo a partir de valores positivos, se procedió a definir un conjunto de valores de referencia triestímulo X,Y,Z, de tal manera que cumplieran la condición de que no hubiera coordenadas cromáticas negativas y de que el valor triestímulo «Y» se correspondiera con la curva de eficiencia luminosa.

Esta curva, estandarizada en 1924, trata de valorar la potencia total de una fuente de luz en relación con su capacidad de estimular la respuesta visual.

Nace así el espacio de color CIE XYZ (el espacio CIE XYZ en realidad está formado por los espacios XYZ CIE 1931 y XYZ CIE 1964).

A partir del patrón triestímulo es posible calcular las coordenadas cromáticas (x,y,z) para representar los diagramas cromáticos:

x= X/(X+Y+Z)     y=Y/(X+Y+Z)     z=Z/(X+Y+Z)

CIE 1931 Diagrama cromático x,y
by BenRG (File:CIExy1931.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons

Dado que la suma de las coordenadas cromáticas es 1, la representación del espacio de color tridimensional se puede realizar utilizando únicamente dos de las coordenadas, siendo el diagrama cromático más habitual el representado por las coordenadas x,y, del que se deriva el espacio de color CIE xyY, ampliamente utilizado.

A pesar de su aparente representación bidimensional, el diagrama cromático se refiere a un espacio tridimensional, cuya tercera dimensión se obtiene a partir de la coordenada Y.

Visión 3D del diagrama cromático x,y,Y
Por Adoniscik [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) undefined CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)%5D, undefined

ESPACIOS DE COLOR UNIFORMES

Aunque el espacio de color CIExyY expresa completamente el estímulo espectral del ojo humano, no tiene la condición de espacio de color uniforme, entendiendo como tal aquel cuya distancia de separación de los colores es proporcional a la diferencia de los estímulos recibidos.

Diferencias en distancia espectral
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Con el propósito de definir espacios de color uniformes, el CIE estableció en el año 1976 dos espacios de color basados en los valores triestímulo XYZ: CIE 1976 denominado también CIE L*u*v*, y CIE L*a*b*.

Ambos espacios correlacionan mejor la distancia que separa dos colores determinados en el espacio de color con su distancia perceptiva.

De estos dos espacios tiene especial interés el CIELab, ya que este normaliza el valor del estímulo en relación con el blanco, lo que lo aproxima más al mecanismo natural de discriminación cromática del ojo.

Por otra parte las coordenadas a* y b* del modelo también se acercan más al proceso fisiológico de análisis del color (el color desde la generación del estímulo en la retina hasta su procesamiento cognitivo en el cerebro se descompone en dos variables o canales cromáticos: rojo-verde y azul-amarillo).

En el espacio CIELab, las coordenadas utilizadas responden a los siguientes parámetros:

L*= cantidad de luz percibida (0-100)

a*= componente en el canal rojo(+),verde(-)

b*= componente en el canal amarillo(+),azul(-)

Coordenadas a,b
By JakobVoss at de.wikipedia [GFDL (www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)%5D, from Wikimedia Commons

Para correlacionar todavía mejor el espacio de color CIELab con los atributos perceptivos del color, el CIE calculó unas nuevas coordenadas de L*(luminosidad), c*(cromatismo) y h*(tono), lo que dió lugar al espacio de color CIE L*c*h* en el que L* toma valores de 0 a 100, c* de 0 a 100 y h* de 0º a 360º.

GRADACIONES DE COLOR

Como es lógico pensar, la construcción de leyendas graduadas de color está condicionada por el espacio de color utilizado.

Si la escala se diseña a partir de un espacio de color RGB, el resultado que se obtiene es una pérdida de saturación en los tonos medios, que visualmente se traduce en colores de transición grisáceos.

Un espacio de color HSV|HSL ofrece una mayor aproximación al mecanismo natural de interpretación del color, con una transición más proporcional en cuanto a los valores de tono y saturación. Pero en este caso el modelo no tiene en cuenta que para idénticos valores de saturación, unos tonos se muestran mucho más luminosos que otros, dando como resultado escalas con importantes saltos perceptivos.

El modelo de color Lch por tratarse de un espacio de color uniforme, ofrece una transición de color que se acerca mucho a la experiencia perceptiva.

Gradación en distintos espacios de color
by ClusterGIS

Por otra parte, en el modelo Lch existe mayor compensación entre saturación y luminosidad lo que permite conseguir escalas más graduales y naturales, sin pérdidas de cromatismo en los tonos medios, ni saltos de luminosidad.

Como hemos señalado anteriormente, este espacio de color cubre todo el mapa perceptivo humano, no obstante, siempre es necesario tener presente la restricción que supone el «gamut» o subconjunto de colores que un dispositivo es capaz de representar, ya que puede darse el caso de diseñar una gradación que incluya colores imposibles de visualizar debido a limitaciones técnicas.

Un cartógrafo debe considerar todos estos aspectos a la hora de seleccionar los colores de un mapa, muy especialmente cuando los colores elegidos representan magnitudes, ya que una selección de color inadecuada puede producir en el observador respuestas perceptivas contradictorias que finalmente se traducen en mensajes erróneos.

En la próxima entrada de este blog, veremos una aplicación práctica de estos principios en la construcción de leyendas altimétricas.

Hipsometría e hipsografía (III)

Modelos de color

En la entrada anterior comentamos algunas peculiaridades de nuestra percepción visual que dejan constancia de su irregularidad.

La primera conclusión que se deriva de estas singularidades es que nuestra visión tiene un alto componente subjetivo, por lo que definir un color determinado con exactitud resulta una tarea sumamente complicada.

Dada la dificultad para referenciar los colores con objetividad, se han definido distintos procedimientos o «modelos de color«. La fórmula que utilizan casi todos ellos consiste en asignar a cada color una colección de parámetros o tuplas de valores que lo definen.

Como esta cuestión es de suma importancia en los procesos cartográficos, donde es necesario determinar con precisión los colores que intervienen en un mapa, vamos repasar brevemente los modelos de color más utilizados:

• RGB (Red-Green-Blue) rojo, verde y azul:

  La definición de un color en este modelo se realiza mediante la asignación de una terna de valores que representa la proporción de los tres colores básicos (rojo, verde y azul) que intervienen en su composición.

  El porcentaje de cada uno de los colores se puede indicar en un rango de valores de 0 a 100, o lo que suele ser más habitual, de 0 a 255, de tal manera que el valor de cada componente se puede almacenar digitalmente en un byte.

  En algunos casos cada componente se expresa mediante 2 bytes, por lo que el rango de valores de cada uno de ellos es oscila entre 0 y 65.535, consiguiéndose así una mayor densificación de colores.

  Este modelo se utiliza habitualmente en los procedimientos de color aditivos, es decir cuando el color se compone a partir de fuentes luminosas, como las lámparas de iluminación, los monitores de ordenador o las pantallas de televisión.

  En este caso las suma de los tres colores básicos ofrece como resultado el color blanco.

  

  Modelo de color aditivo RGB
  «AdditiveColor» by M.Horvath and jacobolus Public Domain, via Wikimedia Commons

• CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-Key) cian, magenta, amarillo y negro:

  Este modelo está diseñado para procedimientos de formación del color sustractivos, esto es, cuando el color resultante se crea a partir de una suma de pigmentos.

  En este caso, cada color se define mediante una secuencia de cuatro valores relativos a los colores básicos: cian, magenta, amarillo y negro.

  El modelo de color CMYK se utiliza habitualmente en procesos de impresión.

  

  Modelo de color substractivo CMYK
  «SubtractiveColorMixing» by cantus CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)%5D, via Wikimedia Commons

• El sistema de color MUNSELL:

  Este sistema de color fue creado en el año 1905 por el artista americano Albert Henry Munsell («A color notation»), con el fin de describir los pigmentos de forma más objetiva que la que se venía utilizando hasta esa época.

  En el sistema Munsell cada color está definido por tres valores: tono, valor de luminancia y cromatismo.

  Tono: Es la descripción de su color principal. Para ello Munsell dividió un círculo en 100 partes, distribuyendo regularmente 5 colores principales y 5 mezclas, quedando entre cada uno de los colores de referencia 10 segmentos o posiciones. El tono del color se expresa señalando el segmento y su color de referencia más próximo.

  Valor de luminancia: Este valor expresa la sensación de claridad u oscuridad de un color, tomando como referencia un gris medio. El rango de valores se mueve entre el 0 para el negro, hasta el 10 para el blanco. La cuantificación se realiza de forma perceptiva, es decir no existe una escala de referencia para estimar este valor.

  Cromatismo: Representa la posición que ocupa un color, entre el gris y el color más puro posible para un tono en particular. Los posibles valores de cromatismo varían en función del tono y de la luminosidad, por lo que el gradiente a utilizar en la escala Munsell es particular para cada tono.

  

  Saturación en función del tono y luminosidad

• HSV (hue, saturation, value)|HSB(hue, saturation, brightness) tono, saturación y brillo:

  En algunas aplicaciones resulta conveniente expresar un color en términos de tono o matiz, saturación y brillo, de forma parecida a como lo hace el sistema Munsell pero con escalas de valores concretas.

  En este sistema los parámetros que definen un color son los siguientes:

  Tono o matiz: Es el valor de su color principal o de referencia. Generalmente se define por un parámetro angular entre 0 y 359, aunque en algunos casos este valor se normaliza, expresándose en términos de porcentaje. Cada valor corresponde a un color según una rueda de color preestablecida.

  Saturación: Representa el grado de cromatismo del color. Es un concepto difícil de definir en términos coloquiales que equivale a su pureza colorimétrica, de tal manera que cuanto menor es la saturación de un color, más gris será este.

  Valor de brillo: El valor de brillo representa la claridad de un color conforme a una escala que se mueve del negro (valor 0) o color con menos brillo, al blanco (valor 100) o color con el máximo brillo.

  El sistema HSV es una traducción de las posibles combinaciones RGB, por lo que los colores resultantes son los mismos que se obtienen de la aplicación del modelo de color RGB.

  

  Triángulo HSV
  «triangulo_hsv» by Samus_ (Own work) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)%5D, via Wikimedia Commons

• HSL (hue, saturation, lightness/luminance)

  Es un modelo de color similar al HSV, con la particularidad de que en este caso se utiliza una formulación referida al gris medio para expresar el valor de la claridad o luminancia, en lugar del valor del brillo o cuantificación de blancura, que en el modelo HSV está referido al blanco.

  Entre los modelos HSV y HSL existen también diferencias en la interpretación de la saturación, ya que mientras en un caso el cromatismo se establece por la sensación visual de un color respecto a sus distintas condiciones de brillo, en otro caso el elemento comparador se establece en relación con una superficie blanca igualmente iluminada.

  La principal ventaja de este modelo sobre el modelo de color HSV es que expresa mejor la separación entre saturación y luminancia.

  

  Comparación de modelo de color HSV-HSV
  By Hsl-hsv_models.svg: Jacob Rus HSL_color_solid_cylinder_alpha_lowgamma.png: *HSL_color_solid_cylinder.png: SharkD derivative work: SharkD  Talk  HSV_color_solid_cylinder_alpha_lowgamma.png: *HSV_color_solid_cylinder.png: SharkD derivative work: SharkD  Talk  derivative work: SharkD  Talk [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)%5D, via Wikimedia Commons

• PANTONE

  Es un sistema de color creado por la empresa Pantone Inc..

  En este caso cada color, entre los que forman parte de una colección predeterminada, se expresa mediante un único código.

  Como el código no es la resultante de una descomposición de colores primarios o parámetros visuales, se dice que es un sistema de color sólido.

  Pantone tiene un uso muy extendido en la industria del diseño y las artes gráficas.

  

  Colores Pantone
  «color-fan-541624_1280» by Stux Public Domain CC0, via http://pixabay.com

Existe mucha literatura técnica en Internet relativa a los modelos de color, por lo que profundizar en estos conceptos es relativamente sencillo.

Hasta aquí y de una forma rápida hemos visto algunos de los modelos de color más utilizados, si bien existen muchos más, adaptados a distintas necesidades.

En cartografía es importante tener en cuenta el soporte final sobre el que se va a publicar un mapa, ya que en función de que este se vaya a representar sobre un documento impreso o una pantalla luminosa, es preciso definir los colores a utilizar mediante un modelo u otro.

Una vez que hemos repasado los principales modelos de color, es necesario tener presente que aunque un color se pueda definir por medio de un modelo de color, no significa necesariamente que dicho color se pueda representar por un dispositivo dado o mediante una técnica determinada.

Asimismo, existen colores que aunque somos capaces de percibir visualmente, no es posible definir mediante algunos de estos modelos.

Por todo ello y llegados a este punto, es necesario introducir el concepto de «espacio de color». Pero esta materia tenemos previsto abordarla con detalle en nuestra próxima entrada.

Hipsometría e hipsografía (II)

La percepción del color

En esta entrega vamos a repasar algunos conceptos básicos acerca de cómo las personas percibimos el color.

No se trata de realizar un análisis en profundidad sobre la teoría del color, sino más bien de poner el foco en algunas cuestiones que es necesario tener en cuenta a la hora de seleccionar qué colores utilizar en nuestros mapas y cómo disponerlos para construir escalas de color efectivas.

CÓMO PERCIBIMOS EL COLOR

El color es en esencia la interpretación mental de cierto tipo de radiación que incide en nuestros ojos.

Para capturar los fotones de energía, los ojos disponen de dos tipos de receptores: los conos y los bastones.

Los conos se ubican en el centro de la retina y su misión es capturar la radiación que llega a ellos en torno a las longitudes de onda de 564 nm (rojo), 534 nm (verde) y 420 nm (azul).

Por ello, se podría decir que los humanos vemos en clave RGB (RedGreenBlue), ya que en nuestro esquema visual el rojo el verde y el azul se comportan como colores primarios.

Los otros receptores denominados bastones o bastoncillos, se distribuyen por toda la retina excepto en la fóvea. Su misión es captar pequeñas variaciones de luminosidad en longitudes de onda cercanas a los 500 nm (verde-azulado). Se podría decir que los bastones son nuestro dispositivo natural de visión nocturna, por lo que no son muy relevantes en el asunto que hoy nos ocupa.

Image by Pixabay.com CC0

Aunque nuestro mecanismo de construcción del color según hemos visto se apoya en los tres colores básicos, rojo, verde y azul, no podemos pensar en él como si se tratara de una cámara fotográfica, ya que tiene ciertas peculiaridades o irregularidades que es necesario tener en cuenta:

• La luminosidad que percibimos es diferente según sea el tono del color de referencia. Percibimos el color verde con más luminosidad que el rojo y éste de forma más luminosa que el azul. Como consecuencia de ello vemos de forma extraordinariamente brillante el color amarillo, ya que este tono activa de forma simultánea los conos rojos y verdes multiplicando así el efecto brillo. Veremos más adelante que esta singularidad es muy significativa a la hora de diseñar escalas de color.

Luminosidad rojo, verde, azul y amarillo

• Los conos son sensibles a las radiaciones con longitudes de onda en torno a los valores antes mencionados, pero su respuesta es ligeramente diferente según el tono de referencia. Se puede afirmar conforme a esto, que no existe regularidad en la respuesta visual.

• Los colores claros en un ámbito oscuro se perciben de forma diferente a los colores oscuros en un ámbito luminoso.

• El ojo humano tiene una mayor sensibilidad luminosa en niveles bajos que en niveles altos de iluminación, por lo que el comportamiento de las variaciones en la luminosidad se acerca más a una escala logarítmica que a una escala lineal. Además, es necesario tener en cuenta que la sensibilidad difiere según el tono del color, ya que de forma natural y debido a la distribución y cantidad de los distintos tipos de conos, presentamos una mayor sensibilidad a la luz verde que a la luz roja, y muy poca a la luz azul.

• En lo que respecta a la saturación de color que nuestros ojos son capaces de percibir, hay que tener en cuenta que ésta varía según el tono y el nivel de luminosidad. Para valores medios de luminosidad podemos llegar a percibir los tonos rojos y azules muy saturados, en tanto que el verde no demasiado. Pero esto varía para valores bajos o muy altos de luminosidad donde la saturación que somos capaces de percibir es muy baja para todos los tonos.

Saturación para distintos valores de luminosidad

Si introducimos todas estas peculiaridades en una coctelera, el resultado que obtenemos es un modelo de color muy irregular y difícil de conceptualizar en base a los tres colores primarios: rojo, verde y azul.

Por ello, desde hace décadas se viene estudiando la falta de homogeneidad de nuestro espacio de color, construyéndose distintos modelos para mapear nuestra percepción visual.

Próximamente abordaremos esta cuestión y su aplicación práctica en la construcción de leyendas de color.

Hipsometría e hipsografía (I)

Luces, sombras y color

¿Qué se puede decir que no se haya dicho ya en cartografía sobre la representación hipsográfica (relieve) o sobre la utilización del color en la hipsometría (altitud)?.

Pues bien, a pesar de todo lo dicho y escrito, a día de hoy no es fácil encontrarse con mapas que se atengan en esta cuestión a los cánones cartográficos formales.

Es posible que la popularización de las aplicaciones geomáticas y la producción exprés de mapas en la web, hayan banalizado el tratamiento de la luz y el color en la cartografía.

Posiblemente acaso, la sociedad haya desarrollado un excesivo gusto por los mapas, olvidando su fin último y consumiéndolos tan solo como meros objetos de decoración.

Michael Jastremski for openphoto.net

Lo cierto es que muchos de los mapas con los que a diario nos encontramos resultan unos documentos visualmente muy atractivos, pero una mirada en profundidad permite constatar que no han sido concebidos para transmitir un mensaje cartográfico de forma clara y precisa.

Por ello, conviene no olvidar que un mapa es fundamentalmente un instrumento al servicio de la información y en consecuencia, todo lo que un mapa contiene debería estar sometido a dicha directiva.

No es ningún secreto que la percepción del color se rige por unos principios muy estudiados y conocidos, por ello es necesario tenerlos muy presentes para utilizarlos con eficacia. Es preciso, que la luz y color sean en todo momento herramientas y no obstáculos que modifiquen y perturben el mensaje que el autor del mapa quiere trasladar.

Sarah Klockars-Clauser for openphoto.net

Mapas. Mapas y más mapas. Mapas en Internet, mapas en nuestras tabletas, mapas en nuestros teléfonos.

Visualizadores geográficos que muestran docenas y docenas de mapas, secuenciados por escalas.

Estamos rodeados de mapas. Por todo ello, hoy más que nunca es necesario hablar del color, es necesario hablar de la luz y de la percepción como instrumento al servicio de la información cartográfica y de ello vamos a hablar a lo largo de las próximas entregas.

Vamos a ofrecer nuestro punto de vista sobre esta cuestión tan controvertida y cómo y mediante qué procedimientos la abordamos para conseguir nuestros objetivos.

Técnicamente no esperamos descubrir nada nuevo, bueno para ser sinceros alguna novedad sí, pero en cualquier caso será bueno repasar los principios a los que atiende el color y verlos implementados en procesos de cartografía automática.