Google Earth Studio como ferramenta de visualização de dados (com R )

Esta postagem de Giorgio Comai (OBC Transeuropa) descreve um fluxo de trabalho e alguns pontos de referência para qualquer pessoa tentada pela ideia de usar o Google Earth para visualização de dados.

(European Data Journalism Network) ( 8 de outubro de 2020)

Google Earth Studio é uma ferramenta sofisticada que permite a criação de vídeos de qualidade impressionante, tornando possível criar transições suaves entre locais em todo o mundo, aumentando o zoom e mostrando montanhas e cidades em 3D.

Aqui está o vídeo promocional deles:

No entanto, até agora eu realmente não o vi usado para visualização de dados, nem vi qualquer postagem online discutindo como usar o Google Earth Studio com dados. Então… eu decidi tentar e relatar de volta.

Neste post, vou descrever como fiz este vídeo:

Divirta-se em tela inteira. Se você está aqui apenas para a ação, convém pular os primeiros minutos.

Esta postagem será algo entre uma análise do produto e uma coleção de pontos de referência que podem ser úteis para qualquer pessoa tentada pela ideia de usar o Google Earth para visualização de dados. O fluxo de trabalho descrito nesta postagem não é o ideal, mas talvez ainda possa ser útil como um ponto de partida para quem está pensando em experimentá-lo.

Para usar o Google Earth Studio, alguma familiaridade com vídeo software de edição será útil. Sua própria documentação é leitura obrigatória para começar. Dedicar algum tempo para obter um entendimento básico de como o movimento da câmera funciona na interface on-line poupará muita frustração no futuro.

Se você tiver dados no formato usado pelo Google Earth (.kml) ou já souber como converter dados nele, você pode pular a seção a seguir detalhando como converter dados em .kml com a linguagem de programação R. Se você não está familiarizado com o R, mas ainda deseja ler mais sobre o Google Earth Studio, provavelmente também deseja pular a seção seguinte.

Colocando os dados no Google Earth

Exportando conjuntos de dados geográficos de R em um formato que pode ser usado no Google Earth Studio e personalizar sua aparência não é um processo simples, pelo menos em parte devido à escassez de documentação e tutoriais dedicados. Nem todos os recursos dos arquivos kml são aceitos pelo Google Earth, e nenhum dos principais pacotes para geocomputação com R tem funções dedicadas destinadas a facilitar a exportação de R para kml. Depois de lutar um pouco com o plotKML , decidi recorrer a um pacote que será muito mais familiar para qualquer pessoa que use dados geográficos em R:

sf (se você não estiver familiarizado com a análise de dados geográficos em R, o livro Geocomputação com R é um ótimo ponto de referência).

sf torna mais fácil obter dados em R e processá-los, mas deixa a exportação de dados para outras bibliotecas, neste caso

libkml via

rgdal com alguma personalização disponível por meio de

ogr\_style. Todos estão documentados, mas não interoperam suavemente, e resta descobrir por tentativa e erro quais parâmetros farão o caminho do objeto sf para o kml exportado. Alguns parâmetros parecem se perder entre ogr\_style e libkml, alguns kml recursos não são reconhecidos pelo Google Earth, e a solução de problemas é complicada pelo fato de requerer alguma familiaridade com os diferentes padrões subjacentes envolvidos.

No final, criei algumas funções convenientes que permitem exportar sf objetos em arquivos kml, facilitando a personalização básica, como cor de linha e preenchimento, tamanho do texto e outros, usando as funções de exportação disponíveis. Quando não consegui obter aqueles que produziam o resultado desejado, voltei para o processamento de xml vazio. Agora tudo isso acontece nos bastidores com as funções dedicadas que agora são parte do

latlon2map pacote .

Outro fator complicador veio do fato de que no Google Earth os rótulos de texto devem sempre ser acompanhados por um símbolo ( por padrão, este é um alfinete amarelo feio). Infelizmente, não existe uma maneira fácil de desativar os símbolos. Uma solução alternativa é definir a escala do símbolo como 0, mas o texto ainda aparecerá no canto superior direito das coordenadas fornecidas.Não encontrei uma maneira de alinhá-los ao centro, então acabei ajustando manualmente a localização dos pontos para dar a impressão de que o rótulo está no centro de uma determinada forma – neste caso, no centro de uma determinada célula de grade ( veja o código para obter detalhes ).

Além disso, não há uma maneira óbvia de alterar a altitude do objeto geográfico em sf, que às vezes é necessário ao trabalhar com o Google Earth Studio pelos motivos descritos na próxima seção. Eventualmente, acabei convertendo o objeto sf em uma matriz, adicionando elevação, convertendo de volta para sf, adicionando parâmetros a serem incluídos no kml para esclarecer como essa informação sobre altitude deve ser usada ( opções disponíveis incluem relativeToGround, absolute, relativeToSeaFloor) e, finalmente, exporte para um arquivo kml que pode ser lido pelo Google Earth.

sf \%>\%
st\_coordinates() \%>\%
as\_tibble() \%>\%
mutate(Z = 50) \%>\% # here is setting the height to 50 meters
st\_as\_sf(coords = c("X", "Y", "Z"), dim = "XYZ") \%>\%
group\_by(L2) \%>\%
summarise(geometry = st\_combine(geometry)) \%>\%
st\_cast("POLYGON") \%>\%
mutate(altitudeMode="relativeToGround",
extrude = TRUE) \%>\%
ll\_export\_sf\_to\_kml()

Depois de saber como fazer isso, parece bastante interessante e poderoso, pois a altura pode ser potencialmente usada para visualizar dados. Depois de mais alguns testes aleatórios (veja a imagem), considerando incluir no vídeo alguns gráficos de barras 3D e resistindo apenas à tentação de escrever um tutorial sobre como fazer gráficos de pizza 3D no Google Earth Studio, finalmente consegui seguir em frente.

Olha, sou um artista!

Trabalhando com camadas no Google Earth Studio

A princípio, o Google Earth Studio parece funcionar bem, mesmo com grandes conjuntos de dados e várias camadas. Para a primeira parte do vídeo com link acima, coloquei cerca de uma dúzia de camadas de sobreposição diferentes, pois os rótulos precisam ser adicionados separadamente. Enquanto fazia isso, pensei em produzir o vídeo com resolução de 4k, em vez de apenas HD.

Depois de algum tempo, percebi que a visualização suporta apenas HD (portanto, os rótulos parecem grandes demais durante a edição), e que, se você reabrir o projeto salvo em uma nova sessão, todas as camadas serão mostradas umas sobre as outras no painel de visualização. As coisas pareciam muito confusas.

Reconhecidamente, uma confusão

Além disso, camadas como as usadas neste vídeo nem sempre interagem bem com o Google Earth.

Uma das coisas fascinantes sobre o Google Earth Studio é sua capacidade de renderização espaço em 3D. Tudo isso é bom, mas enquanto nas montanhas as superposições aparecem bem e seguem a textura do ambiente, o mesmo não é verdade para as cidades para as quais o Google Earth tem dados 3D para os edifícios. Além disso, por alguma razão, alguns polígonos do mar de formato aleatório sempre aparecem sobre sobreposições coloridas. Você pode ver os dois artefatos na seguinte imagem:

Google Earth Studio sendo desagradável

Como você pode ver nos segmentos finais do vídeo, para superar esse problema, tive que colocar as camadas acima do solo para obter resultados aceitáveis.

Para resumir, aqui estão algumas sugestões se você quiser tornar sua vida um pouco mais fácil ao iniciar um novo projeto com o Google Earth Studio:

  • a menos que você realmente precise, mantenha a resolução HD padrão (1920 * 1080), então o que você vê na visualização é o mesmo que você obtém na saída renderizada
  • se você fizer um vídeo um pouco mais longo com diferentes conjuntos de dados aparecendo em diferentes pontos no tempo, pare em pequenos segmentos. É fácil mesclá-los mais tarde. Com muitas camadas, as coisas não são mostradas corretamente na visualização, o processo de renderização trava ou não mostra o progresso (então você acha que está travado, mesmo se realmente funcionar) e toda a interface torna-se um pouco menos responsiva.
  • por padrão, a exportação exige que você mantenha a interface aberta sem poder fazer mais nada no computador. Também requer que você espere até que todas as imagens sejam geradas, para que possam ser baixadas como um único arquivo zip. Se, por acaso, as coisas travarem, você terá que começar do início da renderização novamente. Se você fizer um projeto um pouco maior e não tiver um computador sobressalente, isso é extremamente irritante. Portanto, faça um favor: peça acesso à versão beta mais recente por meio deste formulário e, após alguns dias, você terá a opção de exportar tudo diretamente para um pasta local: os quadros são armazenados diretamente, então você pode exportar grandes projetos de uma só vez e pode fazer outras coisas com o seu computador ao mesmo tempo (este conselho é válido a partir de agosto de 2020; este recurso estará disponível automaticamente em versões futuras ).
  • para começar, conforme você se familiariza com a interface, provavelmente deseja começar com os projetos de “início rápido” para mover-se suavemente entre um local e outro.

Conclusão

O Google Earth Studio permite a criação de videoclipes de qualidade impressionante. O pacote de edição funciona diretamente no navegador e pode ser usado mesmo em computadores menos potentes. Ele tem muitos recursos que não mencionei, incluindo a importação de rotas para determinar os movimentos da câmera e definir a hora do dia para fazer as luzes e sombras mudarem. Ele permite exportar dados em um formato que pode ser posteriormente processado por usuários avançados com software como Adobe After Effects. Também pode ser uma ferramenta poderosa para visualização de dados e pode ser usado em clipes de vídeo curtos para apresentar um conjunto específico de dados ou fornecer algum contexto.

No entanto, enquanto trabalhava neste vídeo, tive o sentindo que de alguma forma estava caminhando em um território praticamente inexplorado: se alguém obtivesse dados geográficos de R e os usasse para produzir videoclipes com o Google Earth Studio, não deixaria muitos rastros online (no entanto, há muitos tutoriais e exemplos no YouTube para usos mais genéricos não relacionados a dados). Esperançosamente, as referências incluídas nesta postagem serão úteis para outras pessoas que estão considerando se juntar à diversão e começar a usar o Google Earth Studio como uma ferramenta de visualização de dados.

Todos os arquivos e scripts usados ​​para produzir o acima vídeo estão disponíveis neste repo . Os arquivos que podem ser usados ​​diretamente com o Google Earth Studio podem ser baixados deste link . Se você vir rótulos grandes no painel de visualização, isso se deve ao fato de que esses arquivos foram otimizados para exportação em 4k.

Todos os scripts usados ​​para gerar os dados no a base dessas visualizações de dados são publicadas neste repo .

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