Wie erstelle ich eine schöne Karte?

Wir lieben Karten. Also haben Fabian Ehmel und ich eine wunderschöne Schmetterlingsweltkarte nur mit Open Source Tools und öffentlichen Daten erstellt.

Analoge Karten haben etwas Seltsames und Wundervolles. Sie sind zunehmend nutzlos und doch unglaublich schön. Der obsessive Detaillierungsgrad von Ordnance Survey Maps, die typografische Exzellenz von Swiss National Maps, die visuelle Dichte der Ebstorfer Weltkarte oder die wunderschönen Reliefdarstellungen von Eduard Imhof. Alte Seekarten, die nach Meer riechen, unbekannte Gebiete, Schatzkarten, hier sind Drachen. Als Kind verbringe ich Stunden damit, Karten und Atlanten zu durchstöbern und mir entfernte und abgelegene Orte vorzustellen. Karten erinnern an Fernweh und Fernlust.

Ich wollte immer meine eigenen Karten entwerfen. Aber es schien gleichzeitig schwierig und trivial zu sein. Es gibt bereits so viele großartige Karten und Kartenstile - warum sollten Sie sich die Mühe machen, eine Variation einer vorhandenen zu erstellen?

Dann entdeckte ich die Waterman Butterfly Projektion. Und ich war verliebt.

Schmetterlingsprojektionen

Alle Kartendesigns stehen vor einer interessanten Herausforderung: Wie lässt sich die Oberfläche einer dreidimensionalen Kugel in eine zweidimensionale Ebene verwandeln? Es ist geometrisch unmöglich, einen Globus in ein flaches Rechteck zu verwandeln, während alle räumlichen Eigenschaften der Kugeloberfläche erhalten bleiben. Jede 2D-Karte ist also zwangsläufig ein Kompromiss.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Topographie der Erde auf eine flache Oberfläche zu übertragen. Sie werden als Kartenprojektionen bezeichnet. Und während sie alle die grundlegende Herausforderung lösen, verzerren sie alle die Erdoberfläche.

Jede Kartenprojektion hat spezifische Stärken und Schwächen. Einige sind gut mit Winkeln, andere mit Flächen. Aber mit jedem Nutzen ist auch ein Nachteil verbunden. Es ist unmöglich, mit einer Karte alle Aspekte der Erdoberfläche zu erhalten. Sie können keine wahren Winkel und keine wahren Bereiche haben. Sie müssen eine Wahl und eine Präferenz treffen. Wie XKCD hervorhob, erzählen Kartenprojektionen viel über jemanden.

Eine der beliebtesten Kartenprojektionen ist Mercator. In gewisser Weise ist es die Standardkartenprojektion und wird häufig in Zeitschriften, Schulbüchern und Zeitungen verwendet. Dies ist bedauerlich, da seine Vorzüge für die meisten Benutzer nicht relevant sind und seine Mängel einen enormen Einfluss darauf haben, wie wir uns die Welt vorstellen.

Mercator-Karten liefern uns echte Winkel. Dies ist sehr nützlich für die Navigation auf See, da Sie die Karte verwenden können, um einen Kurs mit einem Kompass zu zeichnen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Bereiche stark verzerrt sind - insbesondere in Richtung der Pole. Die Antarktis wird normalerweise aus den Karten herausgeschnitten, da sie zu groß wäre, um es zu glauben. Wenn Sie einen Kreis mit einem Umfang von einem Meter um den Südpol zeichnen, hat dieser Kreis die gleiche Länge wie der Äquator. Mercator-Karten verzerren die Größe der Landmassen in Richtung der Pole, wodurch völlig falsche Vorstellungen über die Größe der Kontinente entstehen.

Wie oben gesagt: Alle Kartenprojektionen sind notwendigerweise eine Verzerrung des Globus. Es gibt viele verschiedene Kartenprojektionen und alle folgen unterschiedlichen Strategien. Einige versuchen, Bereiche, andere Entfernungen oder Winkel wahrheitsgemäß darzustellen.

Sie haben es wahrscheinlich erraten - meine Lieblingskartenprojektion ist der Schmetterling. Ihre Kernidee ist es, die Erde in acht Oktanten zu unterteilen. Ein Oktant ist eine Acht eines Festkörpers - in diesem Fall eine Kugel. Jeder Oktant kann dann "abgeflacht" und zu einem einheitlichen Bereich angeordnet werden.

Die Schmetterlingsprojektion wurde erstmals von Bernard J. S. Cahill in seiner bahnbrechenden Veröffentlichung „Ein Bericht über eine neue Landkarte der Welt“ vorgeschlagen, die 1909 im Scottish Geographical Magazine veröffentlicht wurde. Die obige Abbildung der Oktanten stammt aus dieser Veröffentlichung. Cahill verwendet den Begriff "Schmetterling" nie in der Zeitung - aber der Name passt offensichtlich sehr gut zum Layout!

In den 1990er Jahren nahm Steve Waterman Cahills Ideen auf und entwickelte sie weiter. Sein Ansatz basiert auf der Verdichtung von Kugeln (Waterman Polyhedra) und bietet Kartographen ein formaleres mathematisches Modell für die Schmetterlingsprojektion.

Die Schmetterlingsprojektion ist im besten Sinne des Wortes eine Kompromissprojektion. Mercator bewahrt Winkel (lokal), Hobo-Dyer bewahrt Bereiche (aber verzerrende Formen). Waterman Butterfly macht beides nicht, aber es ist sehr gut darin, die Gesamtform der Kontinente zu bewahren. Nicht nur das Layout der Oktanten sieht gut aus, jeder Teil der Welt ähnelt dem Aussehen auf einem Globus.

Die Schmetterlingsprojektion ist nicht nur eine schöne grafische Komposition, sondern auch eine wahrheitsgemäße Darstellung der Erde. Meine einzige Beschwerde bei der Projektion ist, dass mir Neuseeland ein bisschen leid tut. (Aber mindestens NZ ist auf unserer Karte ...)

Technik und Werkzeuge

Es war klar, dass ich dieses Projekt nicht alleine machen konnte. Meine Codierungstage sind vorbei und obwohl ich eine ungefähre Idee hatte, wie ich das Ganze anfangen sollte, war ich eindeutig nicht in der Lage, es alleine zu machen. Zum Glück habe ich tolle Schüler! Fabian Ehmel hat einen Abschluss in Geographie gemacht, bevor er zum Interface Design Programm kam und war sofort begeistert von dem Projekt! Also haben wir uns zusammengetan und angefangen zu arbeiten.

Von Anfang an planten wir, unsere Karte nur mit öffentlich verfügbaren Daten und Open-Source-Software zu entwerfen und zu entwickeln. Fabian hat seinen Prozess auf unserer Projektseite ausführlich dokumentiert.

Es gibt jedoch einen Aspekt des Prozesses, den ich besonders interessant finde: Der größte Teil der Karte wurde mithilfe von Webtechnologien erstellt. Fast alle Ebenen wurden im Browser als Canvas-Elemente gerendert. Wer hätte gedacht, dass Sie Browser als Rendering-Engines für hochauflösende Karten verwenden können?

Zu diesem Zweck hat Fabian eine node.js-Bibliothek namens Haacker entwickelt, die GeoJSON-Dateien importiert und Karten-Layer als PNGs rendert. Diese Bibliothek war unerlässlich, um die hohe visuelle Qualität unserer endgültigen Karte zu erreichen.

Aus praktischen und ästhetischen Gründen verwendeten wir manchmal kommerzielle Software und Schriften. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, schöne Karten zu erstellen, indem Sie Open Source-Tools und Open Data verwenden.

Fabian hat eine detaillierte Dokumentation des gesamten Prozesses erstellt. Wenn Sie Ihre eigenen Karten erstellen möchten, folgen Sie der Anleitung! (Wie wäre es mit der Dymaxion-Projektion?)

→ Technischer Leitfaden zum Erstellen einer Schmetterlingskarte

Tiefe und Daten

Eine Kartenprojektion ist nur ein mathematisches Konzept für geografische Daten. Um eine echte Karte zu erstellen, mussten wir die leere Leinwand unserer Schmetterlingsprojektion mit Meeren, Inseln, Kontinenten, Städten, Flüssen und Bergen füllen.

Es gibt eine Reihe von Online-Quellen für kartografische Datensätze. Eines der besten - und das, das wir für unsere Karte ausgewählt haben - ist Natural Earth. Die Seite ist das Ergebnis einer intensiven und produktiven Zusammenarbeit vieler Kartografen aus der ganzen Welt. Die Daten auf Natural Earth sind gemeinfrei, in verschiedenen Maßstäben verfügbar und lassen sich hervorragend in Vektor- und Rasterdaten integrieren. Natural Earth bietet zahlreiche Datensätze, die wir für den Großteil unserer Kartenebenen verwendet haben.

Eine besondere Herausforderung war die visuelle Darstellung der Höhenlage - sowohl für Berge als auch für die Meerestiefe. Dazu verwendeten wir das ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model von Christopher Amante und Barry W. Eakins vom National Geophysical Data Center. Fabian hatte eine Möglichkeit, das GeoTIFF aus ETOP01 zu schneiden und GeoJSON für jede Höhenebene zu generieren. Wir haben uns für eine vertikale Auflösung von 20 Metern entschieden. Die Höhe der Erde reicht von -10.000 bis +9.000 Metern. Wir mussten also 951 Höhenmeter generieren. Durch das Stapeln dieser Ebenen konnten wir ein auf der Höhe basierendes Farbschema und eine detaillierte Reliefstruktur der Erdoberfläche erstellen.

Während farbige Höhenebenen eine Vorstellung von der Position und Verteilung von Bergen und Ozeankämmen vermitteln, wirken sie dennoch flach. Es gibt kein wirkliches Gefühl von Tiefe und Dreidimensionalität. Eine übliche kartografische Technik zur Erstellung einer überzeugenden Darstellung von Bergen und Bergrücken ist das Hinzufügen von Hügeln.

Um Schattierungen für unsere Karte zu erstellen, haben wir Daniel Huffmanns hervorragendes Tutorial mit Blender befolgt. Das Ergebnis war eine detaillierte und eindrucksvolle Wiedergabe der Erdoberfläche.

Typografie

Ich bin ein Typografie-Nerd, daher war es ein wichtiger Teil des Kartendesigns, die richtigen Schriften zu finden und die richtige Typografie auszuwählen.

Eine unserer wichtigsten Quellen typografischer Inspiration waren die Karten von Swisstopo. Sie sind sehr schön und bedienen sich der Typografie.

Typografie von Swisstopo-Karten

Die bekannteste Schrift ist eine Serifenfamilie namens LK-Römisch - manchmal auch Landestopografie-Römisch. Die Schrift wird ausschließlich vom Bundesamt für Landestopografie verwendet und ist daher nicht im Handel erhältlich. Zumindest haben sie eine Kurzanleitung zu Schweizer Karten mit typografischen Beispielen veröffentlicht. (Danke an Frank Rausch und Florian Hardwig für die Unterstützung beim Typespotting!)

Nach einigen Erkundungen und Iterationen haben wir uns für das Roemisch von German Cartographic Design und das National von Klim Type Foundry entschieden. Der Roemisch dient der Vermittlung von Geoinformationen, der National für Städte.

Detail unserer Weltkarte. Beachten Sie die verschiedenen typografischen Stile.

Die gewählte Typografie ist klar und lesbar. Es vermittelt aber auch ein Gefühl von Eleganz und verweist auf die Grundprinzipien des Kartendesigns.

Bei den von uns verwendeten Schriftarten handelt es sich jedoch nicht um Open Source oder freie Software. Die Frage ist also: Was sind gute Alternativen zu Roemisch und National? Es gibt eigentlich nur eine Schriftart, die mir in den Sinn kommt: die IBM Plex-Familie. Es ist als Sans, Serif, Mono und Condensed erhältlich. Es unterstützt über 100 Sprachen, ist äußerst vielseitig und vor allem sehr schön.

IBM Plex Serif, Extralight Italic und Sans Regular

Warum also nicht gleich benutzen? Nun - es hat nicht das gleiche Glück wie der Roemisch. Wenn Sie jedoch Ihre eigenen Karten erstellen möchten, ohne in kommerzielle Schriften zu investieren, empfehle ich dringend, IBM Plex zu verwenden.

Produktion

Die Schmetterlingsprojektion ist eine visuell erstaunliche Form. Es ist sowohl einfach als auch komplex. Es ist symmetrisch und suggestiv. In gewisser Weise funktioniert es wie eine optische Täuschung. Sie betrachten eine zweidimensionale Ebene - gleichzeitig regt Sie die Gesamtkomposition dazu an, sich einen dreidimensionalen Globus vorzustellen. Keine rechteckige Karte kann das erreichen.

Um diesen Eindruck zu verstärken, haben wir uns entschlossen, die Kartenform zu isolieren und zu betonen. Also wurde die Karte auf Aluminium gedruckt und die Schmetterlingsform ausgeschnitten. Das Ergebnis ist ein Kartenobjekt und nicht nur eine Kartenoberfläche.

Außerdem wollten wir eine große Karte haben. Wie von Fabian beschrieben, konnte er ein Bild mit einer Abmessung von 31.000 × 18.000 Pixel rendern. So konnten wir eine hochwertige Karte mit einer Abmessung von 254 x 142,5 cm drucken! Welches ist groß. Und eine schöne Bereicherung für unser Labor!

Die Schmetterlingskarte ist jetzt permanent im Urban Complexity Lab in Potsdam ausgestellt!

Letzte Worte

Das Entwerfen einer Weltkarte hat Spaß gemacht! Es ist bemerkenswert, dass der Entwurf und die Erstellung einer sehr detaillierten Karte nur mit öffentlichen Daten und offener Software durchgeführt werden kann. Wenn Sie auf Karten stehen: Befolgen Sie die Richtlinien und erstellen Sie Ihre eigenen!