As cruzadas e o comércio marítimo, em especial o italiano, impulsionaram a confecção de cartas náuticas, mapas marítimos desenhados sobre pergaminho. Impropriamente chamados de portulanos, tinham como característica principal o desenho da rosa-dos-ventos que ocupava todo o espaço do mar:  resultava daí um conjunto de retas entrecruzadas que facilitava a fixação da rota por parte do navegador.

        Destacam-se também nessa época as Tábuas Toledanas, de Toledo, Espanha, completadas em 1252  por ordem de Alfonso X (1221-1284), rei de Castela, razão por que também são conhecidas como Tábuas Alfonsinas.

       Nesse período de grande efervescência científica e cultural, são fundadas escolas de cartografia em Gênova, Veneza e Ancona, na Itália, bem como em Palma de Maiorca, no arquipélago das Baleares, Espanha, que logo assumiram o papel de principais fornecedores de mapas marítimos. Exemplo significativo da produção desses centros cartográficos é o Atlas catalão, de 1375, organizado por ordem de Carlos V o Sábio, rei da França. Monumento artístico, tem oito folhas e o mapa, de 390cm x 69cm, é de autoria de Jaime de Maiorca (Jafuda Creques). Em conformidade com o sistema corporativo vigente à época, a cartografia, em sua produção e comércio, ficou associada a diversas famílias, que conservavam entre si certos segredos de ordem técnica.

       O ciclo das grandes navegações exigiu maior exatidão e ampliação das informações cartográficas. Ainda no século XV, em Sagres, Portugal, o infante D. Henrique - entre outros especialistas - reuniu geógrafos, astrônomos e cartógrafos de diferentes países, e no século seguinte Portugal já contava com grandes cartógrafos como Lopo Homem, André Homem, Diogo Ribeiro, Gaspar Viegas, Bartolomeu Velho e Fernão Vaz Dourado. Em 1508, em Sevilha, na Espanha, a Casa de la Contratación de las Índias instalou um órgão fiscalizador da produção e comércio de mapas para a navegação. O mapa-múndi Orbis typus universalis tabula (1512), do veneziano Jerônimo Marini, é o primeiro em que se registra o nome Brasil.

        Já na segunda metade do século XVI apareceram os primeiros mapas impressos em xilografia ou que empregavam gravações em chapas de cobre. O século XVII assistiu ao apogeu da cartografia nos Países Baixos, especialmente nas cidades de Antuérpia e Amsterdã. Esse progresso deve-se a cartógrafos como Abraham Ortelius, Jodocus Hondius e, sobretudo, a Gerardus Mercator, forma latinizada de Gerhard Kremer (mercador). Deve-se a Ortelius o Theatrum orbis terrarum (1570), com 53 folhas cartográficas e setenta mapas gravados em cobre, o primeiro Atlas nos moldes dos atuais. Mercator criou a projeção que leva seu nome, própria para mapas náuticos, segundo a qual os meridianos são os ângulos retos aos paralelos de latitude.

       Ainda nos Países Baixos, a família Blaeu reuniu alguns dos maiores nomes da época, como Guilielmus Caesius ou Guilielmus Jansonius Blaeu, Jan Blaeu e Cornelis Blaeu. Ao declínio da cartografia holandesa, acelerado pelo incêndio nas instalações da família Blaeu, seguiu-se a ascensão da cartografia francesa, em que sobressaem Guillaume Delisle e Jean-Baptiste Bourguignon d'Anville.

        No século XVIII ganha corpo o critério da exatidão como regra cartográfica e nesse aspecto se destaca o francês César-François Cassini, devido a sua carta da França, na escala 1:86.400, com 184 folhas. Pouco depois, Napoleão Bonaparte mandou preparar o mapa manuscrito de toda Europa, na escala 1:100.000, com 254 folhas.

       Viajantes, cientistas e descobridores como James Cook, que fez a carta da Nova Zelândia e a da costa ocidental da Austrália, e Alexander von Humboldt, cuja obra Kosmos teve extrema importância para a geocartografia, foram grandes pioneiros nos levantamentos de campo.

       Nessa mesma época, ocorreram dois outros acontecimentos de grande significado para a ciência: a medição do arco do meridiano terrestre, iniciativa da Academia de Ciências de Paris, com o fim de dirimir as questões suscitadas por Cassini e Isaac Newton quanto à forma da Terra. Newton estava certo: a Terra tinha a forma de um elipsóide de revolução, cujo eixo menor coincidia com o eixo de rotação. Convencionou-se adotá-lo, como forma matemática correspondente a um geóide médio, que serve de referência para o cálculo das operações geodésicas. Ao longo do tempo, vários elipsóides de revolução foram calculados, sendo o de Hayford, em 1909, o mais adotado.

       Processos de reprodução. Até o final do século XIX, a reprodução de mapas dependia da gravação, em uma só cor, em chapa de cobre ou em chapas de madeira. Usava-se, também, a litografia, com os desenhos executados em pranchas de pedra, mais tarde substituídas pelo zinco e alumínio. Para representar o relevo nas cartas topográficas adotava-se o sistema de hachuras de Lehmann, baseado no meio-tom.

        A evolução da cartografia prosseguiu com uma série de invenções e aperfeiçoamentos, como a fotografia (e suas derivações, como a fotometalografia e a aerofotogrametria), a heliogravura, a tricromia e a policromia nos processos de impressão, o sistema offset de impressão, o processo fotomecânico de Wenschow para a impressão de sombras em relevo, e o desenho automático do conteúdo pelo estereoplanígrafo de Zeiss. Simplificou-se o letreiramento pela impressão tipográfica (método conhecido como carimbagem) e pela confecção mecânica (normógrafo), chegando-se à prensa Van der Cook, ao fotonimógrafo e outros recursos cada vez mais sofisticados, como o radar, o sonar, sensores remotos, computadores e satélites artificiais, que tornaram a coleta de dados e a reprodução cada vez mais acurada.

       Os mapas eram desenhados em nanquim sobre papel, cujos negativos, por processo fotomecânico (photomechanical transfer), geravam cópias positivas mediante um processador de transferência por difusão,  sendo em seguida transportados para as pranchas de impressão, em zinco. Antes de vidro, pesados e frágeis, o suporte dos negativos passou a ser de material plástico diverso, à base de resinas vinílicas, com várias denominações comerciais, como astralon ou vinilite.

       Na atualidade, o original também pode derivar de levantamentos aerofotogramétricos, cujos dados, com o auxílio de instrumento óptico de precisão, é passado para a folha plástica transparente. Para esse trabalho, utiliza-se um material plástico chamado scribe (carrinho), dotado de uma camada de verniz opaco. Para cada cor (em impressão, as cores primárias são o magenta, o amarelo e o ciano, mais o preto, que combinadas reproduzem toda a variedade de cores), é preciso um negativo próprio.

Convenções e projeções 

       Para interpretar os mapas, é preciso conhecer suas convenções, que se baseiam em cores e se dividem em cinco grandes grupos. Assim, temos: (1) azul (hidrografia ou acidentes aquáticos); (2) preto ou vermelho (acidentes artificiais, como rodovias); (3) castanho (hipsografia, altimetria ou formas de relevo); (4) verde (vegetação e plantação); (5) roxo (convenções especiais, como nas cartas aeronáuticas) etc. Além disso, empregam-se também numerosos sinais e símbolos empregados. Visto que os mapas recebem título, inscrições e legenda, o próprio tamanho da letra já é em si uma convenção que possibilita ao leitor determinar a importância relativa do fenômeno observado.

       As projeções cartográficas são representações gráficas da passagem do elipsóide para a superfície plana do mapa em que a rede de coordenadas geográficas curvilíneas (meridianos e paralelos) serve de base geométrica para os mapas. Dependendo das escalas, a projeção das coordenadas geográficas apresenta variações quanto à forma e medida da rede. Nos mapas em escala média ou grande, que representam áreas menores, as deformações são pequenas. Inversamente, nos mapas em pequenas escalas, que abrangem grandes áreas, as deformações são bem maiores. Visto que sempre ocorre deformação, o primeiro problema com que se defronta o cartógrafo é a determinação do sistema que melhor corresponda à realidade que se pretende representar.

       As projeções podem ser: (1) eqüidistantes, em que as distâncias são verdadeiras em determinadas direções; (2) eqüiangulares ou conformes, exatas na representação de superfícies: permitem medições de ângulos e a determinação de rumos; e (3) eqüiáreas ou equivalentes, por proporcionarem maior exatidão quanto às áreas. As projeções medianas ou afiláticas procuram representar as três dimensões de maneira diferente, a fim de alcançar a maior semelhança possível na configuração dos continentes e dos oceanos.

        Projeções geométricas. Quando se leva em consideração a técnica de transformação das coordenadas curvilíneas em planos, têm-se as coordenadas geométricas, em que se imagina a rede de meridianos e paralelos projetada sobre uma superfície que envolve ou tangencia o globo terrestre. Nesse caso, preferem-se as figuras geométricas que se adequem à confecção de mapas: o plano, o cone, o cilindro, o cubo e o poliedro.

        Na projeção cônica, os paralelos são circulares e os meridianos radiais, imaginando-se que o cone, que envolve o globo terrestre, o tangencia em um determinado paralelo, ficando seu vértice no prolongamento do eixo da Terra. Desta forma, os meridianos aparecem nos mapas como linhas retas e os paralelos como circunferências concêntricas.

       Nas projeções cilíndricas, os paralelos são dispostos horizontalmente e os meridianos se apresentam verticais e igualmente espaçados. A projeção azimutal é aquela em que o cone se abre até se transformar num plano, coincidindo seu vértice com o ponto de tangência. As projeções azimutais variam conforme a posição do centro da projeção em relação ao centro da esfera terrestre: (1) central, quando os dois centros se confundem; (2) estereográfica, quando o centro de projeção se localiza em posição diametralmente oposta ao ponto de tangência; e (3) ortográfica, quando se imagina o centro da projeção localizado no infinito.

        Esses três tipos de projeções azimutais podem diferençar-se de acordo com a posição do ponto de tangência: (1) polar, quando tangencia um dos pólos; (2) equatorial, quando o ponto se situa no equador; (3) meridiano ou horizontal, quando tangencia um ponto qualquer da superfície do globo terrestre, exceto o equador e os pólos.

       A projeção cilíndrica é um caso extremo de projeção cônica no sentido contrário ao da hipótese de um plano. Em se alongando o cone de maneira tal que seu vértice fique no infinito, chega-se a uma posição em que o cone se transforma em um cilindro e tangencia o globo terrestre no equador. Na projeção cilíndrica dita genuína, obtém-se uma rede de coordenadas em que os meridianos aparecem como retas paralelas, cortadas pelos paralelos em ângulo reto. A forte distorção nas altas latitudes vizinhas às regiões polares faz com que esse tipo de projeção seja pouco empregado.

       A fim de evitar excessivas deformações e, ao mesmo tempo, obter maior exatidão, introduziram-se mudanças como a projeção azimutal eqüidistante, em que todas as distâncias que partem do centro são conservadas em escala, embora o ponto antipódico se transforme em circunferência marginal do mapa. A projeção cônica de Bonne conserva a grandeza dos paralelos e, portanto, a área dos trapézios. São raros os mapas feitos na projeção cúbica, pois as coordenadas são projetadas sobre suas seis faces, donde a descontinuidade dos meridianos e paralelos, cuja rede se vê cortada e prejudica, assim, a clareza.

        A projeção poliédrica é a projeção central feita sobre trapézios esféricos, os quais correspondem a um poliedro que, por hipótese, envolve o globo terrestre. Assim, quando cada trapézio - incluído numa folha topográfica - não ultrapassa um grau de latitude e de longitude, deixam de existir deformações perceptíveis, tornando possível obter medidas em todos os sentidos, dentro dos limites de cada folha topográfica.

        Projeções convencionais. Empregadas na preparação de mapas que abrangem grandes áreas, as projeções convencionais são comuns nos planisférios e nos mapas-múndi. Utilizam, para a construção da rede de coordenadas, grandezas geodésicas aplicadas conforme as regras do desenho sistemático.

       São diversos os tipos de projeções convencionais: (1) trapezoidal, criada por Cláudio Ptolomeu no século II, em que os meridianos aparecem como retas que convergem para os pólos, enquanto que os paralelos são retas paralelas ao equador; (2) globular, criada por Giovan Battista Nicolosi em 1660, que representa os hemisférios, por ser de forma circular; (3) pseudocilíndrica, de Sanson (1650), usada na construção de planisférios ou na representação de grandes áreas; (4) mista elíptica, de Max Eckert (1908); (5) mista, de O. Winkel (1913), muito usada em Atlas; (6) descontínua, de John Paul Goode (1916), que representa um planisfério cortado ao longo de determinados meridianos, com o objetivo de deformar o mínimo possível as massas continentais oceânicas; (7) oblíqua nórdica, de John Bartholomew (1949).

       A projeção transversal, criada por Cassini em 1682 e modificada por Gauss-Krüger em 1900, é ainda utilizada em muitos países. Ao separar a superfície terrestre em faixas, ao longo de meridianos escolhidos, e com largura máxima de três graus de longitude, a carta topográfica nela baseada não contém praticamente nenhuma deformação perceptível, podendo ser mensurável em suas distâncias, rumos e áreas.

        Usada desde o século XVI, a projeção de Mercator, também chamada carta marítima, é de ampla utilidade, pois permite traçar, em linha reta, a rota a seguir durante a travessia dos oceanos. É uma projeção cilíndrica modificada, em que os meridianos são retas paralelas entre si, que cortam perpendicularmente o equador e todos os paralelos.

       Uma linha oblíqua corta os meridianos sempre sob o mesmo ângulo, o que permite a manutenção do rumo. A isso se dá o nome de loxodromia, curva espiralada que não é o caminho mais curto entre dois pontos situados à superfície da Terra, porém o mais simples para a navegação. No que se refere aos planisférios, essa não é a projeção mais aconselhável, face às deformações que apresenta pois, à proporção que se afasta do equador e aumentam as latitudes, mais exageradas se vão tornando as deformações, que atingem o máximo nas regiões polares.

Escalas

       A escala cartográfica é a relação matemática entre as distâncias traçadas em um mapa e as existentes na natureza. O mapa é a representação geométrica, sobre um plano, de uma porção de superfície terrestre. Uma vez fornecidos os dados necessários pela geodésia (distâncias, direções e relevo), tais valores são reproduzidos em mapa por meio de desenho, o qual mantém a relação constante e rigorosa entre as distâncias traçadas no mapa e as extensões correspondentes na natureza. Para isso, usam-se escalas.

       A indicação da escala de um mapa é direta quando feita junto à legenda, por expressão numérica ou gráfica, e indireta, quando essa mesma relação é estabelecida por elementos de grandeza conhecida. As escalas podem ser: (1) numéricas; (2) gráficas; (3) de declividades; e (4) de cores.

        Escala numérica. Expressa por fração (1/2.000) ou por razão (1:2.000), a escala numérica significa, de acordo com o exemplo, que a unidade de comprimento, no numerador, ou no primeiro membro, vale duas mil vezes essa mesma unidade no terreno. Para tanto, é preciso conhecer o valor em metros, correspondente a um centímetro ou um milímetro da régua graduada aplicada sobre o mapa. Basta cortar as duas ou três últimas casas do denominador dentro da razão. Exemplo: 1/2.000 indica que um milímetro da régua corresponde a dois metros no terreno.

       As escalas numéricas podem representar relações típicas pela simples variação dos valores expressos: a indicação 10/1 ou 10:1 é uma escala de maior proporção, indicando que a medida sobre o desenho ou fotografia é dez vezes o tamanho do objeto. Já a indicação 1/1 ou 1:1 é a escala natural, em que a medida do desenho é igual à do objeto representado "em tamanho natural". Por fim, a indicação 1/10 ou 1:10 é a uma escala de menor proporção, do tipo usado na confecção de mapas.

        Não é costume utilizar uma escala numérica de superfície para a avaliação de áreas em mapas. Mas, se for usada, deve-se saber que a escala de superfície de um mapa é a escala linear ao quadrado. Exemplo: 1:5.000 linear é 1:5.0002 de superfície, isto é, um quadrado no mapa representa 25 milhões de quadrados idênticos no terreno.

       A escala numérica para altitudes seria a escala linear do mapa. Mas, como o relevo (a terceira dimensão) é imensurável no mapa, por ser apenas figurado por meios gráficos, o processo torna-se inaplicável. Assim, em plantas e cartas topográficas encontra-se por vezes, junto à legenda expressa em números, a indicação da eqüidistância das curvas de nível, o que permite avaliar facilmente altitudes e declives.

        Escala gráfica. As escalas gráficas exprimem com desenho a relação mapa-natureza e, com freqüência, são empregadas junto com a escala numérica. Sua vantagem decorre da fácil e imediata leitura, o que permite a determinação da distância por comparação ao longo da escala desenhada, obtendo-se o resultado rapidamente, sem necessidade de cálculo. Vantagem adicional da escala gráfica é o fato de acompanhar as eventuais reduções ou ampliações do mapa, conservando a razão da escala, o que não ocorre com a escala numérica.

        A escala gráfica simples é uma reta dividida em unidades na razão da escala. Gradua-se a reta, a partir do ponto zero, com uma unidade básica maior para a esquerda, e para a direita marca-se a mesma unidade básica maior tantas vezes quantas forem suficientes. A unidade da esquerda chama-se talão ou extensão e acha-se subdividida em unidades menores.

       Nas escalas gráficas, o resultado depende do cuidado e prática da operação de leitura e, esta, da finura da graduação. Nas cartas topográficas, especialmente as elaboradas pelas forças armadas, encontra-se uma escala gráfica pertencente à classe das escalas de conversão ou binárias. É a escala de passos que, de um lado da reta, tem uma graduação métrica e, do outro, uma graduação em unidades de passos. A posição oposta das duas graduações ao longo da meta permite avaliar o número de metros para determinado número de passos e vice-versa. A distância conhecida é tomada numa tira de papel ou no compasso de ponta-seca e lê-se o valor correspondente em unidades da escala oposta ao longo do tronco e do talão, da mesma maneira como se procede com a escala gráfica simples.

       Outro tipo de escala gráfica é o da composta ou de deformações. A projeção cartográfica empregada na construção da rede de coordenadas geográficas (meridianos e paralelos) no plano provoca deformações lineares nos mapas geográficos. A escala composta é apresentada num conjunto em que são indicadas com exatidão as escalas de latitudes escolhidas, a primeira relativa ao equador. A ligação dos valores iguais das graduações das escalas forma uma série de curvas que permitem determinar graficamente o valor de distâncias em qualquer latitude.

       Nos Atlas escolares empregam-se figuras geométricas, como o quadrado da área conhecida, desenhada, na escala linear, num canto do mapa. É costume incluir nos mapas de origem européia o desenho esquemático do próprio país, na escala do mapa, o que permite obter imediata idéia da grandeza de outras terras mediante simples comparação visual.