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La visualización de datos geoespaciales cubre un gran espectro de técnicas visuales e interactivas para la representación, interacción y análisis de datos geoespaciales. Este tipo de datos se caracteriza por tener una referencia geográfica, también puede contener una componente temporal, y usualmente proviene de fuentes masivas y heterogéneas. El diseño de herramientas efectivas para asistir a los usuarios en el proceso de razonamiento analítico de datos complejos y dinámicos constituye un gran desafío. Un diseño efectivo comprende una combinación correcta de representaciones visuales, mecanismos interactivos, y procesamiento semiautomático. Una selección equilibrada de estos elementos depende del dominio específico de aplicación. Esto puede ser sólo alcanzado por un enfoque integral donde el usuario cumple un rol central, colaborando en cada paso de su diseño y evaluación. Diferentes factores influencian este proceso, por ejemplo, el flujo de trabajo de tareas específico del dominio de aplicación, los requerimientos del usuario, y la complejidad de los datos. La presente tesis conduce al lector a través de diferentes enfoques que abordan el desafío de diseñar soluciones de visualización geoespacial eficientes, con aplicaciones específicas para la meteorología. Estos enfoques combinan distintas estrategias de visualización analítica para asistir a los pronosticadores en el análisis del pronóstico operativo del estado del tiempo. Los pronosticadores necesitan realizar un análisis rápido de la información, en el día a día. Proponemos un diseño novedoso que balancea la experiencia del usuario y el análisis semiautomático. Este diseño permite al usuario identificar tendencias y anomalías, analizar incertidumbre, y detectar errores del modelo numérico en forma ágil. También analizamos la integración de tecnologías de juegos serios y visualización científica. Nuestro diseño incorpora técnicas de visualización y tecnologías de juegos serios, en particular de simuladores de vuelo. El mismo demuestra los beneficios que esta integración puede brindar a la interacción con datos geoespaciales por medio de una aplicación de visualización 3D que explora ambientes topográficos y datos atmosféricos. Hemos evaluado la factibilidad y eficiencia de ambos enfoques por medio de diferentes casos de estudio diseñados en estrecha colaboración con meteorólogos, expertos del dominio. Esta evaluación fue realizada usando una metodología de diseño participativa e iterativa. Las conclusiones discutidas en este trabajo abrirán nuevas oportunidades de investigación para el diseño de soluciones de visualización de datos geoespaciales eficientes en el área de meteorología, en el análisis del estado del tiempo y soporte para la toma de decisiones.