INTRODUCCION A LA VISUALIZACION CIENTIFICA


Jorge Puente Verdin

jverdin@spin.com.mx


En los últimos años, los avances en la tecnología de la información han facilitado la obtención de grandes cantidades de información, tanto a la gente "común" como a los centros de investigación, sin embargo, estos datos por si solos no son útiles, es necesario que el usuario tenga una forma fácil y eficiente de interpretarlos y analizarlos.

¿Qué es visualizar? En forma estricta visualizar es crear una representación visible de algo, ya sea un concepto, idea, un grupo de datos o de algún objeto que por pequeño, enorme o distante, no lo podemos abarcar o alcanzar a ver por métodos comunes. Visualizar es representar de manera gráfica un fenómeno, ya sea estática (como por ejemplo, con una gráfica de barras) o dinámicamente, (por ejemplo, el cubo de Rubick, que fue ideado para representar las soluciones a problemas espaciales) haciendo uso de medios artificiales para representar uno o más comportamientos.

¿Por qué usar la visualización? Existe una frase popular que justifica el uso de la visualización: "Una imagen vale más que mil palabras". Se estima que 50% de las neuronas está dedicado a la visión, además, la densidad de información por unidad de área es notablemente mayor a la de un texto. Por otro lado la visualización nos permite ver lo que no es posible ver, es posible reconocer patrones de comportamiento de los datos, ver en una sola imagen o en una secuencia de imágenes (animación) una gran cantidad de datos y nos facilita la comprensión de algunos conceptos, sobre todo de tipo abstracto.

Por ejemplo, supongamos una serie de datos, obtenidos de un proceso industrial, al mostrar la tabla no se distingue alguna relación entre los datos, al hacer una gráfica de los valores vemos que siguen cierto patrón de comportamiento.

¿Qué ventajas tiene? Entre sus ventajas, está el poder representar datos de varias dimensiones o variables, lográndose por algunos métodos representar cuatro o más variables al mismo tiempo. Por ejemplo, el plano cartesiano puede mostrar dos variables, si agregamos otro plano, podremos ver 3 variables o dimensiones, si agregamos colores, tendremos 4 variables, si se hace alguna animación de la gráfica podremos apreciar una quinta variable. Otra gran ventaja es la independencia del lenguaje, si a un alemán le tratan de explicar en español la forma en que se hacen estudios de flujos de contaminantes en la ciudad de México, muy posiblemente no entienda una sola palabra, en cambio si se le muestra una simulación en video, hecho con datos reales tomados de estaciones atmosféricas en la Ciudad de México, ya solo sera necesario explicarle que eso se hizo en México.

Historia de la visualización.

Uno de los primeros pasos dentro de la visualización es la creación de gráficas y modelos en dos dimensiones, estas han evolucionado, como lo mencionamos antes, en modelos de 3, 4, 5 ó más dimensiones. Los modelos de tres dimensiones se iniciaron como objetos de líneas o alambre, posteriormente se les dió volumen por medio del rendereo, el cual consiste en la creación de una superficie sólida por la interpolación de puntos existentes en la red. Más tarde se diseñaron métodos para manipular, modificar y animar estos modelos. Algunos métodos gráficos permiten, mediante la manipulación del plano, el representar mas de 2 variables en un solo plano, como en el caso de las cartas de Smith usandas en el diseño y análisis de antenas y las coordenadas paralelas. Los métodos de relación de datos crecen en complejidad conforme aumenta el númerode variables a tomar en cuenta. Se vuelve común es usar una computadora de gran capacidad y rendimiento para el proceso o generación de grandes cantidades de datos y después el usar una estación de trabajo para la presentación gráfica de los resultados, de esta forma se pueden tomar las ventajas de ambos equipos. Posteriormente, las imágenes obtenidas pueden almacenarse en discos o grabarse en videos para facilitar su distribución y presentación [esta es una de las formas o servicios que ofrece el laboratorio de visualización de la UNAM].

Uno de los últimos avances en visualización es el uso de la realidad virtual. Por medio de ésta se puede generar "fácilmente" [como muchos de ustedes lo habran visto o experimentado] una representación tridimensional de objetos o lugares que no se podría lograr con una computadora y una pantalla de video normal. Por ejemplo se pude ver el funcionamiento de órganos o sistemas animales desde dentro del mismo, o se pueden tener representaciones en tres dimensiones de objetos de cuatro dimensiones, sin que se vean reducidos a dos al presentarlos en una pantalla normal.

Aplicaciones de la visualización. Entre las aplicaciones más comunes de la visualización están el análisis exploratorio y confirmatorio [los cuales incluyen el análisis estadístico], la simulación y la educación. Dentro del área de análisis existen aplicaciones para control de calidad, análisis y proyecciones financieras, análisis de esfuerzos, etc. Está última podría considerarse dentro del área de simulaciones, junto con las simulaciones y modelos atmosféricos. En cuanto a educación se tienen desde demostraciónes matemáticas, hasta modelos de física cuántica y planetarios.

Las coordenadas paralelas. Puesto que vivimos en un universo en el que se tienen tres dimensiones que se consideran ortogonales, estamos acostumbrados a ese tipo de representaciones gráficas y prestamos poca atención a otros formas de mostrar un grupo de datos. Una de las principales ventajas de este tipo de representación es el poder ver [visualizar] una cantidad mucho mayor de variables y sus relaciones, que con métodos tradicionales (2 ó 3 dimensiones). Cada uno de los ejes verticales de un sistema de coordenadas paralelas puede tener su propia escala o definirse todos con una sola escala, la primera forma nos permite la visualización de hipersuperficies y el análisis del funcionamiento del conjunto de datos, con la segunda podemos hacer un análisis de las relaciones entre las variables.

En apariencia la visualización se está aplicando únicamente en la investigación, y en la educación, pero eso está cambiando, cada vez más gente está usando las computadoras personales y están generando imágenes con las que se expresan y representan la información con la que trabajan. A manera de conclusiones, podemos decir que las sociedades están cambiando de tener una gran influencia de los textos, a una sociedad que se comunica principalmente por medio de imágenes. Nosotros somos quienes estamos generando ese cambio, quienes están generando esas imágenes, por lo tanto podemos moldear ese futuro.

Fuentes de información en Internet:

Bibliografía:


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