MODELAGEM ORIENTADA A OBJETOS DE UM SISTEMA ESPECIALISTA PARA GERAÇÃO DE MAPAS TEMÁTICOS

MODELAGEM ORIENTADA A OBJETOS DE UM SISTEMA

ESPECIALISTA PARA GERAÇÃO DE MAPAS TEMÁTICOS

CLAUDIA ROBBI SLUTER1

LUIZ ALBERTO VIEIRA DIAS2

Universidade Federal do Paraná1 _{– UFPR}

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico1 _{- CNPq} Curso de Pós-graduação em Ciências Geodésicas

Caixa Postal 19001 81531-990 Curitiba – Paraná

robbi@ufpr.br

Universidade do Vale do Paraíba2 _{- UNIVAP} Faculdade de Ciência da Computação

Av. Shishima Hifumi, 2911

12244-000 São José dos Campos – São Paulo vdias@univap.br

RESUMO - A modelagem conceitual de um sistema especialista cartográfico, desenvolvido para visualização cartográfica, de acordo com a metodologia de orientação a objetos, é apresentada neste trabalho. A modelagem é resultado de pesquisas desenvolvidas sobre automatização de algumas decisões tomadas durante o processo do projeto cartográfico e sobre uma metodologia de orientação a objetos, aplicada às informações espaciais. A automatização de decisões, especificamente quanto à escolha de variáveis visuais adequadas ao nível de medida definido para representar o fenômeno, caracterizam este programa computacional como um sistema especialista cartográfico. Além disso, o sistema é abrangente o suficiente para permitir ao usuário gerar mapas temáticos de fenômenos pontuais, lineares e de área, definidos nos níveis de medida nominal, ordinal e numérico. Neste trabalho serão descritos os resultados da modelagem conceitual do sistema, as soluções para o uso de variáveis visuais na representação de mais de uma variável num mesmo mapa temático, e as opiniões de usuários potenciais quando o sistema lhes foi apresentado. O resultado da modelagem conceitual são as classes&objetos, seus atributos e métodos, estruturas e relacionamentos, incluindo as soluções para automatizar decisões de projeto cartográfico. ABSTRACT - This paper presents the conceptual model of a cartographic expert system developed for geographic visualization. The conceptual model is based on an object oriented methodology and focuses on automating map design decisions, and applying an object oriented methodology to geographic information. Automating decision-making with regard to visual variable selection in accordance with the spatial dimension and level of measurement of the phenomena characterizes this application as a cartographic expert system. More than that, it is a generic thematic mapping system because it permits the user to generate thematic maps of point, linear and areal phenomena, defined with nominal, ordinal or numeric level of measurement. In this paper we describe the conceptual model, the use of visual variables for representing multiple variables on a thematic map, and users’ opinions about the system prototype.

1 INTRODUÇÃO

O sistema especialista cartográfico para geração de mapas temáticos, cuja modelagem orientada a objetos é apresentada neste trabalho, é parte de um sistema para visualização cartográfica para planejamento urbano (Robbi, 2000). Para o desenvolvimento deste sistema foi necessário um estudo sobre o que são Planos Diretores Municipais, e a metodologia para a elaboração destes planos adotada no Estado do Paraná. Com este

conhecimento foi possível projetar o sistema, o qual foi organizado em módulos, sendo estes: armazenamento da base cartográfica, geração de mapas temáticos, consulta com mapas interativos e animação de mapas, e consulta ao plano diretor. O módulo geração de mapas temáticos, objeto deste artigo, foi projetado para conter um nível de inteligência, de modo que os usuários não cometessem erros básicos de projeto cartográfico temático.

O projeto e desenvolvimento do sistema, e implementação do protótipo, seguiu as etapas de trabalho definidas de acordo com os conceitos da Engenharia de

Software, segundo os quais a complexidade do sistema é tratada em diferentes níveis de abstração (Nakanishi, 1995). Os resultados alcançados em cada nível de abstração são os diferentes modelos de representação do sistema. Como apresentado na Figura 1, os diferentes modelos são: modelo descritivo, modelo conceitual, modelo operacional e modelo físico. No modelo conceitual, o modelo descritivo é representado por conceitos formais, definidos de acordo com a metodologia e as técnicas adotadas, neste trabalho a orientação a objetos, especificamente a metodologia proposta por Coad e Yourdon (1992, 1993).

Figura 1 – Níveis de abstração

A modelagem orientada a objetos permite um projeto eficiente do sistema, uma vez que os fenômenos são tratados como objetos, sendo este nível de abstração mais próximo do nosso entendimento da realidade. Na modelagem orientada a objetos são utilizados os conceitos de abstração, encapsulamento, polimorfismo e persistência, obtidos através dos mecanismos básicos: objeto, mensagem e método (ou serviço), classe e instância, e hereditariedade (Nakanishi,1995) (Coad e Yourdon, 1992, 1993). A definição de objeto como “uma abstração de alguma coisa num domínio de problemas” e de classe como “uma descrição de um ou mais objetos por meio de um conjunto uniforme” (Coad e Yourdon, 1992), permite que os modelos criados pelos cartógrafos para representar a realidade em mapas sejam utilizados em projetos de sistemas de softwares voltados à Cartografia. No desenvolvimento de um projeto cartográfico, o cartógrafo representa a realidade como composta por conjuntos de feições, caracterizando diferentes classes dos fenômenos geográficos. Entendendo feição como qualquer fenômeno cuja localização em relação à superfície terrestre é conhecida, com o conceito objeto pode-se modelar diretamente a realidade, significando que rios, estradas, escolas, hospitais, residências, e todas as demais feições poderão ser definidas e tratadas como classes&objetos (Robbi, 2000). Além disso, as estruturas generalização-especialização e todo-parte (Coad e Yourdon, 1992) são utilizadas na modelagem das

classificações e agrupamentos de feições, como por exemplo, uma propriedade ser composta pelo lote, pelo limite e pela construção, estrutura todo-parte, e a classe vias de acesso ser subclassificada em rodovias e ferrovias, estrutura generalização-especialização (Robbi, 2000).

A modelagem conceitual das interfaces que apresentam ao usuário as opções de variáveis visuais e de símbolos cartográficos a serem usados para a representação dos temas, demandou um estudo sobre as características das informações temáticas mapeadas em grandes escalas (1:5000 e 1:10000). O propósito deste estudo foi definir as regras para automatização das decisões sobre as variáveis visuais e símbolos cartográficos para a representação temática. A definição de regras exigiu a formalização de conceitos até então não encontrados na literatura sobre Cartografia Temática. Este estudo resultou numa tipologia para definição de variáveis visuais, na qual alguns conceitos são definidos detalhadamente, como por exemplo, a adequação das variáveis visuais às diferentes dimensões do fenômeno, ou seja, ponto, linha e área, de acordo com os níveis de medida representados. Considerando que num sistema para visualização cartográfica o usuário pode necessitar visualizar mais de uma variável temática num mesmo mapa, foi necessário o estabelecimento de regras para este tipo de representação, como por exemplo, a representação das escolas de acordo com os mantenedores: municipais, estaduais e privadas, e os níveis de ensino: fundamental, médio e superior. Nesta situação é necessário ao usuário visualizar um fenômeno pontual, escolas, cujas características são definidas em dois diferentes níveis de medida, ou seja, a representação dos mantenedores no nível de medida nominal, e dos níveis de ensino no nível de medida ordinal (Robbi, 2000).

Com base nos resultados alcançados na fase de definição do domínio do problema e responsabilidades do sistema (Jacobson, 1992), a qual inclui o projeto das interfaces com o usuário, foram definidas as classes&objetos e seus relacionamentos, incluindo as estruturas generalização-especialização e todo-parte. Considerando as responsabilidades do sistema, todas as atividades realizadas pelos usuários são baseadas na visualização de mapas temáticos, gerados pelos próprios usuários. A partir deste ponto, todo o sistema foi detalhadamento modelado definindo-se classes&objetos, seus atributos e métodos, e os relacionamentos, de acordo com a metodologia para construção de mapas temáticos. O modelo conceitual foi então implementado com a linguagem Visual C++, comprovando sua eficiência (Robbi, 2000).

2 ESTABELECIMENTO DE REGRAS PARA AUTOMATIZAÇÃO DA SELEÇÃO DAS VARIÁVEIS VISUAIS

A automatização das decisões necessárias à definição das variáveis visuais adequadas ao mapeamento de cada fenômeno geográfico exigiu a formalização do conhecimento sobre linguagem cartográfica. A realidade modelo descritivo modelo conceitual modelo operacional modelo físico definição projeto / implementação manutenção

formalização deste conhecimento significou um conjunto de regras, as quais quando implementadas no sistema automatizam algumas decisões de projeto cartográfico. Para o estabelecimento das regras de decisão o trabalho foi realizado em etapas. Primeiramente foram desenvolvidos os projetos cartográficos temáticos das informações sobre o espaço urbano. Com estes resultados foi possível identificar algumas características destas soluções importantes à formalização pretendida. Em seguida foi realizada uma análise crítica da tipologia de variáveis visuais (MacEachren, 1994a), na qual este trabalho foi baseado. Nesta análise crítica percebeu-se que algumas decisões de projeto ainda são subjetivas, ou seja, dependem inteiramente do conhecimento do cartógrafo, não havendo um nível de formalização suficiente para automatizá-las. Uma parte destas decisões, consideradas subjetivas, foi estudada e soluções foram estabelecidas, para possibilitar a definição das regras propostas.

Para realizar as análises sobre o espaço urbano, durante a elaboração de um Plano Diretor Municipal, os urbanistas geram uma série de mapas temáticos, nos quais são representadas informações tais como a malha urbana, o saneamento básico, os serviços de água e esgoto, a telefonia, a iluminação pública, as escolas, o transporte coletivo. O conhecimento da situação atual do município é adquirido com informações, das quais a maioria são estes mapas temáticos. A partir da análise dos mapas temáticos, e das informações que os complementam, os urbanistas propõem as diretrizes para o desenvolvimento do município. Assim, para definir as regras de um sistema especialista cartográfico, foram definidas as possíveis soluções para o mapeamento temático de qualquer informação possivelmente analisada pelos urbanistas, ou seja, quando elaboram quaisquer Planos Diretores, independentemente das peculiaridades de cada município. O resultado deste trabalho foi a definição das características a serem representadas de cada fenômeno, e consequentemente o estabelecimento de classes e subclasses, dimensão espacial e nível de medida, e as feições da base cartográfica para cada mapa temático. Exemplos de resultados desta etapa são apresentados nas Figura 2, 3, 4 e 5 (Robbi, 2000).

Figura 2 – Exemplo de tema representado sem classes Fonte: Robbi (2000)

A análise destes resultados mostrou que os mapas temáticos gerados pelos urbanistas podem ser classificados em quatro grupos, de acordo com que foi denominado neste trabalho de número de níveis de classificação, sendo estes: temas representados sem classes (Figura 2); temas representados com um nível de classificação (Figura 3); temas representados com dois níveis de classificação, onde todas as classes têm a

mesma dimensão espacial (Figura 4); e temas representados com dois níveis de classificação, sendo que as diferentes classes são definidas com diferentes dimensões espaciais (Figura 5). Para cada um destes grupos podem ocorrer temas definidos com dimensão espacial pontual, linear e de área; e com níveis de medida nominal, ordinal, ou numérico (intervalar ou de razão). Consequentemente, a base de conhecimento para este sistema apresenta soluções sobre variáveis visuais e símbolos cartográficos para qualquer tipo de mapa temático, significando um sistema especialista cartográfico.

Figura 3 – Exemplo de um tema representado com um nível de classificação

Fonte: Robbi (2000)

Figura 4 – Exemplo de um tema representado com dois níveis de classificação – classes e subclasses com a mesma dimensão espacial

Fonte: Robbi (2000)

TELEFONE PÚBLICO

Dimensão: pontual Nível de medida: locacional ESTE TEMA É REPRESENTADO SEM CLASSES

SISTEMA VIÁRIO

Dimensão: Linear Nível de medida: Ordinal

Classes: Estrutural Via conectora Via secundária Via marginal Ciclovia Eixo turístico

USO E OCUPAÇÃO DO SOLO URBANO

Dimensão geográfica: área Nível de medida: nominal

Classes: Residencial Comercial Industrial Institucional e público Rural Misto Subclasses: Habitação padrão Habitação social Habitação precária Classe COMERCIAL

Nível de medida: nominal Subclasses:

Varejo Serviços

Classe INSTITUCIONAL E PÚBLICO Nível de medida: nominal

Instituições governamentais Serviços públicos Classe RESTRITO

Nível de medida: nominal Subclasses:

Áreas abaixo da cota de enchente Áreas de preservação ambiental Classe RESIDENCIAL

Nível de medida: ordinal

Figura 5 – Exemplo de um tema representado com dois níveis de classificação – classes e subclasses com diferentes dimensões espaciais

Fonte: Robbi (2000)

Estando previsto para o sistema usuários que não tem conhecimento sobre projeto cartográfico temático, as soluções apresentadas devem ser suficientemente completas, de modo a evitar que erros básicos não sejam cometidos na geração dos mapas temáticos. Por isso, a análise crítica da tipologia proposta por MacEachren (1994a) foi necessária, pois algumas decisões normalmente tomadas por cartógrafos tiveram que ser formalizadas nas regras do sistema. As diferenças entre estas tipologias são apresentadas nas Figuras 6 e 7, destacadas em vermelho (Robbi, 2000).

Figura 6 – Variáveis visuais aplicadas a símbolos pontuais, lineares e de área

Fonte: Robbi (2000)

Inicialmente foram propostas duas diferentes texturas, neste trabalho denominadas de textura nominal e

textura ordinal. A textura ordinal, também denominada por Slocum (1999) de espaçamento é definida como composta por marcas gráficas pontuais ou lineares, as quais possuem dimensões constantes e variam em espaçamento, resultando em variações visuais ordinais entre os diferentes símbolos cartográficos.

Figura 7 – Relação entre as variáveis visuais e os níveis de medida

Fonte: Robbi (2000)

As texturas nominais são também compostas por marcas pontuais ou lineares, porém suas dimensões e espaçamentos variam de maneira a manter a proporção de branco e preto constante. A variável visual forma não é aplicada a áreas devido às facilidades computacionais para a produção de mapas coloridos. As possibilidades de utilização das variáveis visuais orientação, arranjo, textura nominal e textura ordinal foram também definidas de acordo com os diferentes resultados e possibilidades visuais quando aplicadas às primitivas gráficas ponto, linha e área. De acordo com esta análise, a variável visual arranjo pode ser considerada limitada para a representação de fenômenos pontuais ou de área, sendo que para áreas é possível definir apenas 3 diferentes classes, e para pontos 4 ou 5 classes. Por outro lado, arranjo pode ser uma variável visual bastante eficiente quando aplicada à representação de fenômenos lineares. A Figura 6 apresentada quais são as possibilidades de utilização das diferentes variáveis visuais quando aplicadas a ponto, linha e área. De acordo com o mesmo raciocínio, a variável visual orientação é uma possibilidade para criação de símbolos pontuais e de área; e as texturas são aplicáveis somente às áreas (Robbi, 2000).

O desenvolvimento destas etapas proporcionou conhecimento suficiente para a proposição das regras, que implementadas no sistema, permitem a definição automática das variáveis visuais adequadas a cada tema representado. Para a automatização das decisões, dois princípios foram estabelecidos: primeiro, o sistema obriga o usuário a realizar uma sequência de tarefas estabelecidas de acordo com as fases de um projeto

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

2 classes com 2 dimensões diferentes Classes:

Rede de distribuição

Reservatórios e estações de tratamento Classe REDE DE DISTRIBUIÇÃO

Dimensão: linear Nível de medida: ordinal Subclasses:

Construída Em construção Projetada Classe RESERVATÓRIOS E ESTAÇÕES

DE TRATAMENTO Dimensão: pontual Nível de medida: nominal Subclasses: Estação de tratamento Reservatórios Ponto de captação N S N arranjo S N S orientação S N N textura ordinal S N N textura nominal S S S saturação de cor S S S valor de cor S S S tom de cor N S S tamanho N S S forma área linha ponto

S = é uma possibilidade N = não é uma possibilidade

M P P arranjo B P P orientação P B M textura ordinal B M M textura nominal P B M saturação de cor P B M valor de cor B M M tom de cor P B B tamanho B P P forma B B B localização nominal ordinal numérico

cartográfico temático; segundo, o conjunto de variáveis visuais é selecionado com base no nível de classificação, dimensão espacial e nível de medida do tema representado. A obrigatoriedade, imposta pelo sistema ao usuário, de realizar as etapas de um projeto cartográfico é obtida pela disponibilização sequencial das funções do sistema. Assim, o usuário só pode ativar a função que lhe permite definir a dimensão espacial e nível de medida do tema, se a função que possibilita definir classes e subclasses do tema foi anteriormente utilizada. Com isso, é exigido que o usuário informe ao sistema todas as características do tema necessárias à decisão sobre as variáveis visuais.

As regras que decidem sobre as variáveis visuais foram propostas de acordo com o nível de classificação. Exceto para o primeiro grupo, sem classificação, as regras para os demais estão agrupadas em função da dimensão espacial do tema, ou seja, ponto, linha e área. Para cada dimensão espacial o sistema decide sobre a disponibilidade das variáveis visuais. A disponibilidade é definida de acordo com a necessidade de cada variável visual para a construção dos símbolos cartográficos. Para compôr cada símbolo cartográfico é necessário definir todas as suas características gráficas, tais como forma geométrica, dimensão e cor. As variáveis visuais definem qual característica geométrica representará as diferenças entre as classes do tema, e quando necessário as subclasses de cada classe. Por exemplo, para um fenômeno pontual definido com o nível de medida ordinal, as variáveis visuais adequadas à sua representação são tamanho, valor de cor e saturação de cor. Porém, cada símbolo pontual terá uma forma geométrica, por exemplo círculo, que será constante em todo o mapa. Nesta lógica a variável visual Forma será disponível, porém assume no sistema a condição de invariável; e a variável visual Tamanho será também definida como disponível na condição de variável. Para formalizar a diferença entre a característica gráfica que é a própria variável visual, e as demais definições gráficas para cada símbolo cartográfico de um mapa temático, nas regras definidas as variáveis visuais podem assumir três estados: variável, invariável ou nulo (Robbi, 2000).

As regras resultantes para temas representados com um nível de classificação, ou seja, fenômenos cujas características são definidas em classes são apresentadas nas Tabelas 1, 2 e 3. Nestas tabelas os estados das variáveis visuais para a informação temática representada com dimensões espaciais pontual, linear e de área são apresentados. Os temas definidos com dois níveis de classificação significam que as características dos fenômenos geográficos são representadas em classes e subclasses. Para criar símbolos cartográficos para este grupo de temas é necessário definir variáveis visuais tanto para representar as diferenças entre classes, como também as diferentes entre as subclasses de cada classe. Assim, tanto a dimensão espacial como o nível de medida são determinados para o tema, e para cada uma das classes (Figura 4). Para a situação na qual as classes são definidas com diferentes dimensões espaciais, por exemplo pontual e linear (Figura 5), essas são visualmente independentes.

Consequentemente, a solução gráfica para os símbolos pode ser tratada como se as classes fossem representadas em dois diferentes mapas temáticos, e o mapa temático final sendo resultado da sobreposição visual das diferentes classes. Porém, se as classes de um tema são definidas com a mesma dimensão espacial, os símbolos cartográficos para representar as diferentes classes serão criados de acordo com a variável visual escolhida pelo usuário. Porém, se alguma classe deve ser subclassificada, os símbolos cartográficos para as subclasses serão gerados de acordo com outro conjunto de variável visual. A representação adequada de classes e subclasses exige que a definição das variáveis visuais adequadas à representação das subclasses seja dependente da escolha da variável visual selecionada para representar as classes. Um exemplo destas regras é apresentado na Tabela 4, a qual define os estados das variáveis visuais para representação de um tema, cuja dimensão espacial é pontual, tanto para classes como para subclasses, e o nível de medida é nominal para o tema e numérico para as classes. Um possível resultado visual destas regras é apresentado na Figura 8 a qual exemplifica, com uma situação hipotética, de um tema representado com a variável visual tom de cor, e cada classe com a variável visual tamanho (Robbi, 2000).

Tabela 1 – Estados das variáveis visuais para temas representados com um nível de classificação e dimensão

pontual

Tabela 2 – Estados das variáveis visuais para temas representados com um nível de classificação e dimensão

linear Nulo Nulo Nulo Arranjo Variável Nulo Nulo Orientação Nulo Nulo Nulo Textura ordinal Nulo Nulo Nulo Textura nominal Invariável Variável Variável Saturação de cor Invariável Variável Variável Valor de cor Variável Invariável Invariável Tom de cor Invariável Variável Variável Tamanho Variável Invariável Invariável Forma Nominal Ordinal Numérico Nível de medida Nulo Nulo Nulo Arranjo Variável Nulo Nulo Orientação Nulo Nulo Nulo Textura ordinal Nulo Nulo Nulo Textura nominal Invariável Variável Variável Saturação de cor Invariável Variável Variável Valor de cor Variável Invariável Invariável Tom de cor Invariável Variável Variável Tamanho Variável Invariável Invariável Forma Nominal Ordinal Numérico Nível de medida

Tabela 3 – Estados das variáveis visuais para temas representados com um nível de classificação e dimensão

área

Tabela 4 – Estados das variáveis visuais para representar temas e classes pontuais e nominais, com dois níveis de

classificação

Figura 8 – O uso das variáveis visuais tom de cor e tamanho

Fonte: Robbi (2000)

3 ANÁLISE ORIENTADA A OBJETOS

As metodologias de orientação a objetos, propostas por Coad e Yourdon (1992, 1993) e Jacobson (1992), foram estudas para adequá-las a um sistema que armazena e manipula informações espaciais. A partir dos resultados obtidos na modelagem dos requisitos (Robbi, 2000), com a qual são definidas as responsabilidades do sistema, o modelo de análise foi desenvolvido. Na primeira etapa desta fase do trabalho foram definidas as classes&objetos. Por se tratar de um sistema de informações, a construção deste modelo exigiu uma análise sobre quais informações deveriam ser consideradas como classes&objetos e quais deveriam ser seus atributos. Na etapa seguinte foram definidas as estruturas do modelo de análise.

Sendo este um sistema para geração de mapas temáticos, MapaTemático foi a primeira classe&objetos definida, considerando que toda a modelagem é estabelecida em função desta classe&objetos. As demais classes&objetos foram criadas de acordo com os princípios de projeto cartográfico temático. Um mapa temático é composto por dois grupos de informações, a base cartográfica e a camada temática. Portanto, as classes&objetos Tema e BaseCartográfica foram estabelecidas, e associadas à classe&objetos MapaTemático por uma estrutura todo-parte, com a qual está definido que cada mapa temático será construído individualmente (Figura 9). As decisões sobre as classes&objetos relacionadas à base cartográfica e à camada temática foram diferenciadas, pois o sistema objetiva a visualização de informações temáticas. Para tanto, a base cartográfica deve ser apresentada como uma imagem de fundo, numa cor neutra, não interferindo visualmente na informação temática. Com isso, a única tarefa do usuário em relação à base cartográfica é escolher quais feições topográficas comporão cada mapa temático. Para que o usuário possa selecionar, para cada mapa temático, um conjunto diferente de feições da base cartográfica, cada feição topográfica foi definida como uma classe&eobjetos, modeladas numa estrutura todo-parte da classe&objetos BaseCartográfica, como apresentado na Figura 10 (Robbi, 2000).

Figura 9 – Estrutura todo-parte das classes&objetos MapaTemático, BaseCartográfica e Tema

Nulo Nulo Nulo Arranjo Variável Nulo Nulo Orientação Nulo Variável Variável Textura ordinal Variável Nulo Nulo Textura nominal Invariável Variável Variável Saturação de cor Invariável Variável Variável Valor de cor Variável Invariável Invariável Tom de cor Nulo Nulo Nulo Tamanho Nulo Nulo Nulo Forma Nominal Ordinal Numérico Nível de medida 1 1 1 BaseCartográfica MapaTemático Tema 1 Nulo Nulo Nulo Arranjo Nulo Nulo Variável Orientação Nulo Nulo Nulo Textura ordinal Nulo Nulo Nulo Textura nominal Nulo Variável Invariável Saturação de cor Nulo Variável Invariável Valor de cor Variável Nulo Invariável Tom de cor Nulo Variável Invariável Tamanho Nulo Nulo Variável Forma Nominal Ordinal Nominal Nível de medida TEMA CLASSE

Figura 10 – Estrutura todo-parte das classes&objetos relativas à base cartográfica e seus componentes

A modelagem das classes&objetos relativas à camada temática seguiu a condição definida nas responsabilidades do sistema de que um nível de automatização de decisões de projeto cartográfico temático deve estar implementado, de modo a evitar que os usuários construam mapas cartograficamente errados. Para isso, o sistema induz o usuário a seguir as etapas de um projeto cartográfico temático, e permite que este usuário utilize somente as variáveis visuais adequadas ao mapa temático a ser construído. Seguindo a metodologia de projeto cartográfico temático, o usuário deve, após selecionar as feições da base cartográfica, decidir quais classes representarão as características da informação temática. Portanto, classe e subclasse do tema foram modeladas como classes&objetos. A classe&objetos Classe é relacionada à classe&objetos Tema com uma estrutura todo-parte, pois um tema é composto por classes. Inicialmente a classe&objetos Subclasse foi considerada como especialização da classe&objetos Classe, pois as classes podem ser subdivididas em subclasses. Porém durante a definição dos atributos e serviços de cada classe&objetos, constatou-se que as subclasses podiam ser modeladas como a classe&objetos Classe, se esta contiver um atributo que estabelece o nível de suclassificação, se um, dois e assim por diante. Cada classe é composta por um conjunto de feições que possuem as mesmas características, por exemplo todas as escolas que são estaduais. Portanto, a classe&objetos Feição está relacionada à classe&objetos Classe por uma estrutura todo-parte (Figura 11) (Robbi, 2000).

Figura 11 – Estrutura das classes&objetos MapaTemático, Tema, Classe e Subclasse, SímboloGráfico e VariávelVisual, Atributos não-gráfico, Gráficos e Textos

A representação temática é realizada por símbolos cartográficos, cujas variações visuais correspondem às diferenças entre as classes. Consequentemente, cada símbolo cartográfico é definido para um conjunto de feições que pertencem a uma mesma classe, e modelados como uma classe&objetos (Figura 11). Para mapas bidimensionais, os símbolos cartográficos são construídas para as primitivas gráficas ponto, linha e área. Como uma primitiva gráfica representará a informação temática num mesmo mapa temático, as primitivas gráficas foram modeladas como instâncias da classe&objetos Símbolo Gráfico. Além da representação temática, o sistema deve ser capaz de armazenar e apresentar os atributos não gráficos, gráficos e textos referentes tanto às classes quanto às feições individuais. Para tanto, foram criadas as classes&objetos Atributos não gráficos, Gráficos e Textos (Figura 11) (Robbi, 2000).

Para que o sistema apresente ao usuário um conjunto de variáveis visuais apropriadas à representação de cada mapa temático, classes&objetos para cada variável visual foram estabelecidas. Estas classes&objetos são Forma, Tamanho, Tom de Cor, Valor de Cor, Saturação de Cor, Textura Ordinal, Textura Nominal, Arranjo e Orientação. As classes&objetos Forma, Tamanho e Orientação foram especializadas em Forma Pontual e Forma Linear, Tamanho Pontual e Tamanho Linear, e Orientação Pontual e Orientação Área, pois apresentam diferentes soluções gráficas para as diferentes primitivas gráficas. Considerando que as diferentes soluções visuais para um mapa temático dependem de qual variável visual é selecionada, essas foram modeladas como especializações da classe&objetos Variável Visual (Figura 12) (Robbi, 2000). 0, m 0, m 0, m 0, m 0, m 0, m 0, m Aeroporto Estação rodoviária Edificações Ferrovia Rodovia Perímetro urbano Arruamento Estação ferroviária 1 0, m 0, m Relevo Hidrografia 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Base cartográfica 0,m 1 1 1 m 1 1 Atributos não-gráficos Gráficos Textos Feição MapaTemático Classe Subclasse Tema 1 _1,m

Figura 12 – Classe VariávelVisual e suas especializações A etapa seguinte da criação do modelo de análise foi a definição dos atributos, serviços e conexões de ocorrência, seguindo a metodologia proposta por Coad e Yourdon (1992, 1993). Os atributos das classes&objetos foram definidos de forma a permitir o armazenamento e manipulação das informações necessárias às decisões e soluções para geração de mapas temáticos. Assim, na classe&objetos MapaTemático os atributos definem a região de trabalho. A classe&objetos Tema possui os atributos nível de medida e dimensão espacial necessários à definição de quais variáveis visuais serão apresentadas como opções ao usuário. Sendo esta a principal característica do sistema, os atributos da classe Variável Visual e suas especializações (Figura 12) foram definidos de forma a possibilitar a automatização das decisões de projeto cartográfico temático. A automatização das decisões de projeto é alcançada pela inclusão nesta modelagem das regras criadas para definição das variáveis visuais descritas anteriormente neste artigo. Os atributos definem a aplicabilidade de cada variável visual de acordo com o nível de medida e dimensão espacial do tema, e das classes quando há subclassificação. A informação sobre a aplicabilidade permite a definição de quais especializações, tais como Forma, Tamanho e Tom de Cor, serão utilizadas como atributo gráfico dos símbolos cartográficos. Portanto, atributo gráfico é um atributo da classe Variável Visual (Figura 13). Para

implementar computacionalmente a diferença entre a característica gráfica que é a própria variável visual, e as demais definições gráficas para cada símbolos cartográfico de um mapa temático, as regras definidas neste trabalho são armazenados no atributo disponibilidade, segunda a qual as variáveis visuais podem assumir três estados: variável, invariável ou nulo. (Figura 13) (Robbi, 2000).

Para a modeagem dos serviços e conexões de ocorrência foi garantido o encapsulamento, propriedade fundamental da orientação a objetos, com os serviços armazenar, fornecer e acessar (Figura 12 e 13). Os demais serviços foram separados em dois grupos. O primeiro grupo contém os serviços que permitem conhecer as informações fornecidas pelos usuários através das interfaces do sistema, denominados obter. No segundo grupo estão os serviços que, a partir das informações fornecidas ao sistema, geram novas informações, que são utilizadas para definir as especializações, ou decidir que ações o sistema deve executar, como por exemplo o serviço DefinirTipo da classe Variável Visual (Figura 12) (Robbi, 2000).

4 AVALIAÇÃO POR USUÁRIOS DO PROTÓTIPO EM RELAÇÃO À APLICABILIDADE DO SISTEMA PROPOSTO

A modelagem conceitual do sistema construída com a metodologia de orientação a objetos foi implementada num protótipo a partir do software SPRING, desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE (Robbi, 2000). O protótipo foi apresentado a três urbanistas, professores do Departamento de Arquitetura da Universidade Federal do Paraná, sendo dois deles especialistas em Planos Diretores. Nesta etapa do trabalho a apresentação abordou dois aspectos julgados necessários de serem analisados: a utilidade do sistema proposto, considerando ser um sistema para visualização de informações cartográficas; e as possíveis dificuldades conseqüentes do uso do vocabulário técnico de projeto cartográfico. Como o protótipo foi apresentado aos urbanistas, ou seja, os urbanistas observaram como utilizar o sistema para gerar mapas temáticos, o protótipo não foi manuseado pelo usuário. Entretanto, as conclusões, até o momento obtidas, são relevantes para a avaliação da utilidade e aplicabilidade do sistema. Posteriormente a esse trabalho, será necessário realizar testes com os usuários que objetivem avaliar se as interfaces do sistema e a interatividade dos mapas são amigáveis e de fácil manipulação. Para os urbanistas avaliarem a utilidade do sistema proposto, inicialmente foi esclarecida a diferença entre sistemas para visualização de informações cartográficas e sistemas de informações geográficas. Antes da avaliação do protótipo, foi importante o entendimento de que, nos sistemas para visualização cartográfica, o conhecimento e interação dos fenômenos espaciais é obtido por análises visuais de imagens (Robbi, 2000). Forma Forma Pontual Forma Linear Variável Visual Tamanho Tom de cor Valor de cor Saturação de cor Arranjo Textura Nominal Textura Ordinal Orientação Tamanho Pontual Tamanho Linear Textura NominalPonto Textura NominalLinha Textura OrdinalLinha Orientação Area Textura Ordinal Ponto

Figura 13 – Atributos e serviços das classes&objetos Símbolo Gráfico, Variável Visual e sua especialização a classe&objetos Forma

Figura 14 – Exemplos de atributos, serviços e conexões de ocorrência da modelagem conceitual

Variável Visual TipoForma TipoTamanho TipoTomCor TipoValorCor TipoSaturaçãoCor TipoTexturaOrdinal TipoTexturaNominal TipoOrientação TipoArranjo Atributo Gráfico AcessarDimensão AcessarDimensãoClasse AcessarNívelMedida AcessarNívelMedidaClasse AcessarTipoClasse DefinirTipo DefinirAtributosGráficos FornecerAtributosGráficos Símbolo Gráfico Tipo do Símbolo AcessarDimensão AcessarDimensãoClasse AcessarLocalização DefinirTipo AcessarAtributosGráficos DesenharSímbolo Forma Tipo Disponibilidade DefinirDisponibilidade DefinirTipo FormaLinha FormaPonto Dimensão ObterFormaPonto ObterDimensão FornecerFormaPonto FornecerDimensão FormaPonto Iconicidade Dimensão ObterIconicidade ObterDimensão FornecerIconicidade FornecerDimensão 1 n 1 1 Mapa Temático Município Região de Trabalho ObterMunicípio ArmazenarMunicípio ObterRegiãoTrabalho ArmazenarRegiãoTrabalho ApresentarMapa AcessarClassesSelecionadas AcessarTemaSelecionado RodarAnimaçãoCintilação RodarAnimaçãoSequênciaClasse Tema Nome do Tópico Lista dosTemas Nome do Tema Nível de Medida Dimensão ObterNomeTópico ArmazenarNomeTópico ObterNomeTema ArmazenarNomeTema ObterNívelMedida ArmazenarNível Medida FornecerNívelMedida ObterDimensão ArmazenarDimensão FornecerDimensão MostrarListaTemas SelecionarTema Feição Nome Localização AcessarNome ArmazenarNome MostrarNome AcessarLocalizaçã Classe Nome da Classe Lista das Classes Nível de Medida da Classe Dimensão da Classe Classificação Nível de Classificação (0,1 or 2) Tipo de Classe ObterNomeClasse ArmazenarNomeClasse ObterNívelMedidaClasse ArmazenarNívelMedidaClasse FornecerNívelMedidaClasse ObterDimensãoClasse ArmazenarDimensãoClasse FornecerDimensãoClasse MostrarListaClasse MostrarNomeClasse SelecionarClasse FornecerClassesSelecionadas Atributos Não-gráficos Nome da tabela ArmazenarTabela MostrarTabela Gráficos Nome do Arquivo ArmazenarArquivo MostrarGráficos 1 1 1 n 1 n 1 1 1 1,n

Para a construção dos mapas temáticos, foi esclarecido aos urbanistas que as feições geográficas dos temas, independentemente se pontuais, lineares, ou de área, são localizadas sobre a base cartográfica apresentada na tela, utilizando recursos de edição gráfica similares aos implementados em sistemas CAD (computer aided design). Como as ferramentas CAD são conhecidas dos urbanistas, estes concluíram que os mapas temáticos seriam facilmente gerados. Uma das vantagens da solução apresentada para esse sistema, observada pelos urbanistas, é a organização das feições da base cartográfica visando a seleção apenas das feições necessárias à geração e/ou visualização de cada mapa temático. Isso possibilita evitar a complexidade visual que as feições da base cartográfica podem introduzir na imagem, e facilita a construção dos mapas temáticos diretamente na tela do computador (Robbi, 2000).

A próxima etapa da apresentação foi avaliar o vocabulário técnico de cartografia utilizado. As denominações técnicas adotadas no protótipo são referentes às informações que o usuário deve fornecer, para que o sistema apresente um conjunto de variáveis visuais apropriadas à representação do tema selecionado. Esse vocabulário é referente à dimensão espacial, nível de medida e variável visual. As denominações dimensão espacial e seus tipos, pontual, linear e de área, foram consideradas de fácil entendimento, pois nas atividades de planejamento urbano, os urbanistas utilizam e analisam as informações espaciais em diferentes escalas. Porém, os conceitos nível de medida, variável visual, e seus tipos, não são de conhecimento dos urbanistas, ou seja, dos usuários do sistema. Para solucionar essa questão duas sugestões foram analisadas: definir um vocabulário conhecido dos urbanistas, ou projetar e implementar tutoriais, ou ajuda on-line, que expliquem o significado desses conceitos. Segundo os urbanistas, a segunda alternativa, ou seja, tutoriais ou ajuda on-line é preferível, pois mantém o vocabulário adequado a projeto cartográfico, e permite aos usuários do sistema aprender sobre esses conceitos, e conseqüentemente, utilizá-los devidamente. A sugestão para os tutoriais ou ajuda on-line foi elaborar textos explicativos utilizando exemplos, evitando o uso de outros termos técnicos, que podem dificultar o entendimento por parte do usuário, ao invés de esclarecê-lo (Robbi, 2000).

Com o protótipo foi possível mostrar aos urbanista como os símbolos gráficos são definidos em função da variável visual selecionada. Observando como os mapas temáticos são construídos, os urbanistas concluíram que com esse sistema os Planos Diretores podem ser elaborados de acordo com as características e necessidades de qualquer município. A facilidade para a construção dos mapas temáticos possibilita o mapeamento de diversas características de cada fenômeno geográfico. O grau de facilidade ou dificuldade para a localização das feições do tema depende somente da qualidade da base cartográfica. Exemplos de diferentes aplicações foram citados pelos urbanistas, os quais mostram diferentes abordagens para a análise do espaço urbano. As

aplicações diferem de acordo com a unidade geográfica definida para as análises, como por exemplo, zonas diferenciadas por densidade ocupacional, zonas diferenciadas pela ocupação urbana, ou zonas definidas por bacias hidrográficas (Robbi, 2000).

5 CONCLUSÕES

Apesar do sistema ter sido idealizado para atender a um objetivo especíifico, ou seja, o desenvolvimento de Planos Diretores, durante os estudos sobre os tipos de mapas temáticos necessários às análises do espaço urbano, constatou-se que o conjunto de características dos fenômenos espaciais mapeados exige que o sistema permita a costrução de qualquer tipo de mapa temático. Assim, o módulo geração de mapas temáticos resultou suficientemente genérico, permitindo afirmar que este sistema é um sistema especialista cartográfico. O protótipo foi executado computacionalmente, não apresentado problemas na execução das tarefas definidas de acordo com as responsabilidades do sistema. Com isso, ficou comprovado que a modelagem conceitual do sistema contempla eficientemente um dos principais objetivos para o sistema que é a automatização de algumas decisões de projeto cartográfico temático.

A apresentação do protótipo aos urbanistas e discussão das soluções computacionalmente implementadas foram fundamentais para validar a hipótese assumida no início deste trabalho, ou seja, usuários de pacotes gráficos ou de sistemas de informaões geográficas, que não possuem conhecimento sobre conceitos de projeto cartográfico temático, necessitam de sistemas especialistas cartográficos que os auxiliem a construir mapas temáticos. Se os mapas temáticos são construídos de acordo com os princípios de projeto cartográfico, as análises sobre comportamento espacial de fenômenos é mais completa e acurada, o que possibilita aos planejadores visualizar aspectos dos fenômenos não percebidos em mapas temáticos erroneamento projetados. Algumas das importantes conclusões alcaçadas na avaliação do protótipo pelos urbanistas foram: os mapas temáticos podem ser facilmente construídos pelos usuários do sistema se este for implementado com ferramentas de edição gráfica semelhantes aos pacotes computacionais CAD; o vocabulário técnico referentes às dimensões espaciais ponto, linha e área são de fácil compreensão, pois exige um nível elementar de conhecimento sobre geometria; por outro lado, os conceitos nível de medida e variável visual devem ser explicados aos usuários por meio de textos explicativos em tutoriais ou ferramentas de ajuda. Finalmente, a possibilidade de construir qualquer tipo de mapa temático, em qualquer escala, torna este sistema útil a qualquer atividade de planejamento, independentemente das características da região de trabalho.

REFERÊNCIAS

COAD, P.; YOURDON, E. Análise baseada em objetos. Rio de Janeiro: Editora Campus. 1992. 195p. COAD, P.; YOURDON, E. Projeto baseado em objetos. Rio de Janeiro: Editora Campus, 1993. 225p. JACOBSON, I. Object-oriented software engineering: a use case driven approach. Reading,MS: Addison-Wesley Publishing Company, 1992. 582p. 4a _reimp. revisada.

MACEACHREN, A.M. Some truth with maps: a primer on symbolization & design. Washington, D.C.: Association of American Geographers, 129p. 1994a. MACEACHREN, A.M. Visualization in modern cartography: setting the agenda. In: MacEachren, A.M.; Taylor, D.R.F. ed. Visualization in modern cartography. Grã-Bretanha: Pergamon, 1994b. p.1-12. MACEACHREN, A.M. Visualization – Cartography

for the 21st _{century. [online]}

<www.geog.psu.edu/ica/icavis/poland1.html>. 1999.. NAKANISHI, T. Curso de engenharia de software: notas de aula. São José dos Campos: INPE. 1995. ROBBI, C. Sistema para Visualização de Informações Cartográficas para Planejamento Urbano. Tese de doutorado apresentada e defendida no Curso de Computação Aplicada, INPE. Março, 2000.

SLOCUM, T. Thematic Cartography and Visualization. New Jersey, Estados Unidos: Prentice-Hall, 1999. 293p.