ShrinkShape2: A FOSS toolbox for computing rotation‐invariant shape spectra for characterizing and comparing polygons

Abstract

en

Delineation of geographic space partitions landscapes into regions that express relative homogeneity within those delineated regions and many efforts exist to analyze the resulting shapes that these delineations produce. There is a desire to establish means by which the shapes of planar polygons can be measured, characterized, and compared. I present the ShrinkShape2 toolbox, a completely redesigned set of end‐user tools (an advancement of its precursor ShrinkShape) that is implemented seamlessly in the free and open‐source R and SAGA GIS environments. This free, efficient, and accessible environment provides a multi‐dimensional, rotation invariant, scale‐controlled method for characterizing and comparing planar shapes and tools for visualizing results. ShrinkShape2 incrementally buffers polygons internally until the point of extinction; at each shrinking phase a series of summary metrics are computed to form spectra of index values that characterize general characteristics of shape structure and complexity. Demonstrations with simple synthetic shapes, political boundary maps, and a sample sub‐Arctic pond demonstrate the ability to assess boundary complexity, pinch‐points, and identify holes within larger shapes. For perfectly convex and compact shapes, perimeter decompositions will decrease linearly and area decompositions will decrease according to one limb of a second‐order polynomial function relative to the cumulative shrinking distance.

Résumé

fr

La boîte à outils ShrinkShape2 libre et à code source ouvert pour la caractérisation insensible à la rotation et la comparaison de forme des polygones

La délimitation des espaces géographiques fragmente les paysages en régions qui manifestent une certaine homogénéité interne. De nombreux travaux ont été réalisés afin d'analyser les formes que génèrent ces délimitations, ce qui requiert le développement des moyens pour mesurer, caractériser et comparer les formes de polygones planaires. J'ai donc mis au point la boîte à outils ShrinkShape2 qui est constituée d'un ensemble d'outils entièrement repensés en fonction de l'utilisateur (une amélioration de son prédécesseur ShrinkShape) et est intégrée en langage R et dans l'environnement à code source ouvert du SIG SAGA . Cet environnement gratuit, efficace, et accessible fournit une méthode multi‐dimensionnelle, insensible à la rotation et à échelle contrôlée afin de caractériser et de comparer des formes planes ainsi que des outils pour la visualisation des résultats. ShrinkShape2 construit des zones tampon à l'intérieur des polygones de manière récursive jusqu'au stade d'extinction. Un ensemble de paramètres de synthèse est calculé à chaque phase de réduction pour former des spectres d'indices qui caractérisent les composantes structurelles générales et la complexité de la forme. Des exemples de formes simples et synthétiques, de cartes des limites politiques, et d'un étang subarctique illustrent sa capacité pour évaluer la complexité des limites et des goulots d'étranglement, et pour identifier des trous dans les grandes régions. Lors de la décomposition de formes parfaitement convexes et compactes, les périmètres diminuent linéairement et les superficies diminuent selon une fonction polynomiale de second degré de la distance de contraction cumulée.