e-Cidades

Modelos em 3D estão cada vez mais presentes no dia-a-dia dos cidadãos

Um modelo oficial de Berlim em três dimensões está disponível no Google Earth desde o final de fevereiro, quando o prefeito Harald Wolf apresentou uma representação virtual 3D de toda a cidade, incluindo 890 quilômetros quadrados e 500 mil prédios.

O modelo foi desenvolvido durante os últimos dois anos por um grupo de criadores da empresa 3D-Geo. O projeto tem a intenção de deixar Berlim mais atrativa para convenções e feiras, incluindo o Estádio Olímpico, o Centro Sony, a Estação Central e até a rota para o famoso Muro de Berlim, que foi demolido em 1989.

Os dados tridimensionais da cidade não estão sendo comercializados nem são baseados em modelos 3D à venda. Este é somente um dos exemplos de várias iniciativas de “cidades virtuais” que estão sendo modeladas em vários locais do mundo. Um dos projetos mais ambiciosos nessa área é o Cidades Digitais, da Autodesk, que já tem três municípios utilizando a tecnologia de modelagem 3D para o planejamento urbano. No Brasil, grandes empresas como Ericsson, Vivo e Klabin utilizam modelos 3D em seus projetos.

Várias empresas de engenharia que prestam serviço para companhias de Telecom utilizam os modelos tridimensionais para fazer estudos de visada de antenas, ponto-a-ponto. Dessa forma, elas identificam os melhores locais para instalação das torres de telefonia, minimizando a interferência de sinal.

Cidades digitais

Salzburg, na Áustria, foi a primeira cidade piloto do projeto Cidades Digitais da Autodesk. A iniciativa foi desenvolvida para proporcionar um ambiente colaborativo para visualização, análise e simulação do impacto futuro de projetos e do desenvolvimento urbano na escala da cidade.

A Autodesk escolheu trabalhar com a cidade de Salzburg para ajudá-los a integrar os dados da cidade em um modelo 3D com alto nível de detalhe. Essa combinação de dados urbanos e ferramentas de visualização realista e simulação permitirão à cidade ver e interagir com a paisagem urbana e também analisar o impacto de futuros empreendimentos antes mesmo do início da construção.

A equipe científica do Centro de Geoinformação da Universidade de Salzburg (Z_GIS) está envolvida com a implantação da Cidade Digital. O Z_GIS é o maior instituto científico de geoinformação da Áustria.

A segunda cidade a participar do projeto Cidades Digitais é Incheon, na Coreia do Sul. A Autodesk está trabalhando em parceria com os órgãos de planejamento urbano do município e da região metropolitana na criação da primeira cidade digital da Ásia. O objetivo dessa iniciativa é auxiliar a cidade a encontrar um sistema de gerenciamento urbano de última geração.

Outra meta desse programa piloto é capacitar Incheon a reunir modelos 3D de recursos localizados abaixo e acima do solo em uma plataforma tecnológica aberta, com suporte para a integração de dados provenientes de diversas fontes, como CAD, geoespaciais, de engenharia civil e infraestrutura. Por meio da combinação desses dados com ferramentas para simulação e visualização realista, a cidade de Incheon poderá oferecer aos cidadãos um modo intuitivo e integrado de experimentar e compreender o projeto e o gerenciamento do ambiente urbano.

Paralelamente, espera-se também que o projeto Cidade Digital ajude a promover Incheon como a principal “u-city”, uma cidade onde a Tecnologia da Informação é de uso generalizado. A iniciativa “u-cities”, do governo sul-coreano, visa estabelecer uma forma contínua de planejar, construir e gerenciar grandes empreendimentos de desenvolvimento urbano que incorporem tecnologia e design inovadores.

A terceira e mais recente iniciativa de cidade digital foi anunciada poucos dias antes do fechamento desta edição. Finalmente o projeto chega às Américas, com o município de Vancouver, no Canadá. A cidade já é conhecida por ser inovadora em desenvolvimento sustentável, e agora vai passar a usar essa ferramenta para prever os futuros impactos de decisões tomadas no presente.

Dentre os objetivos do projeto está o de aumentar a participação dos cidadãos nas escolhas de políticas públicas, através da interação e compartilhamento de informações sobre a gestão urbana. A idéia é incorporar a tecnologia da Autodesk às soluções já existentes no município, como o VanMap, um sistema de mapas baseado na web que reúne dados de diferentes fontes, incluindo nomes de ruas, limites territoriais, informações de zoneamento e localização de recursos hídricos.

Fontes de dados 3D

Modelos tridimensionais podem ser gerados, basicamente, de duas formas:

- Artística, na qual designers e proprietários de ferramentas de criação de modelos tridimensionais (3D Studio Max, Maya, Google Sketchup, etc.) desenvolvem manualmente objetos baseados em fontes próprias de informação, como fotos, imagens, vídeos ou maquetes, e os inserem nas superfícies pré-existentes (ver box). Esses objetos não representam necessariamente o modelo com fidelidade, já que são produzidos a partir da interpretação do criador;

- Dado real, gerado através de sensores com precisão comprovada. Podem ser gerados com sensores aerotransportados, através da restituição de pares estereoscópicos de imagens de satélite ou aerofotogrametria, ou com mapeamento a laser através de voo na região de interesse. Outra forma de obter o dado real é do próprio chão, através de sensores fixos ou embarcados em veículos.

O mercado de cidades em três dimensões é um imenso campo de trabalho para os profissionais e as empresas especializadas em levantamentos com laser. Mais conhecida como Lidar, essa tecnologia usa feixes de raios laser enviados de aeronaves ou do solo, que atingem a superfície e retornam para os detectores, gerando assim nuvens de pontos em 3D. Essas nuvens são então processadas em softwares específicos para gerar os modelos.

A tecnologia Lidar pode ser usada para mapear cidades inteiras, plataformas de petróleo, estátuas, pontes e viadutos. Um exemplo de uso não-trivial do Lidar é o clipe da banda Radiohead, na música House of Cards, que não usa nenhuma câmera ou luz em sua produção, mas somente tecnologia de mapeamento através de nuvens de pontos 3D. Todas as paisagens e edificações foram obtidas com tecnologia de levantamentos com laser.

A Microsoft também investe pesadamente na geração de modelos tridimensionais de cidades, porém com outra tecnologia. A gigante do setor de TI comprou em 2006 a empresa Vexcel Corporation, empresa do segmento de fotogrametria e sensoriamento remoto que atua há duas décadas no mercado internacional. O principal objetivo da aquisição foi buscar uma forma intuitiva de navegação, simulando o mundo real. Além disso, em dezembro de 2005 a empresa comprou a canadense GeoTango, especializada em modelagem e visualização em 3D na web.

O resultado de tudo isso são as edificações tridimensionais que aparecem no Microsoft Virtual Earth. Diferentemente do Google Earth, onde é o criador do modelo que escolhe a textura das fachadas, no Virtual Earth as imagens dos prédios são obtidas diretamente, através das câmeras digitais embarcadas em aviões.

De um ponto de vista mais técnico, o Consórcio Geoespacial Aberto (OGC, na sigla em inglês), uma organização de instituições e empresas envolvidas com a interoperabilidade dos Sistemas de Informações Geográficas, criou uma linguagem para geração e publicação de modelos 3D de cidades, chamada CityGML. Além disso, existem também padrões ISO especificamente para uso em modelagem da paisagem urbana.

Veja mais sobre CityGML em www.citygml.org

Futuro

A evolução dos modelos 3D são as simulações em 4D, que levam em conta uma quarta dimensão, o tempo. Esse tipo de ferramenta é útil para fazer simulações de construções, por exemplo, antes mesmo de finalizar o projeto e implantar o canteiro de obras. Dessa forma, é possível observar o cronograma da obra e analisar as possíveis correções no projeto, bem como quantificar o impacto do empreendimento no meio ambiente.

Modelos tridimensionais de cidades trazem diversas vantagens em relação aos antigos projetos 2D. Segundo Paulo Simão, os principais diferenciais são a precisão centimétrica dos dados de posicionamento, tanto em X e Y para posicionamento como em Z para elevação das edificações. Além disso, há uma redução do custo com trabalho em campo, pois os modelos 3D diminuem as dúvidas sobre a precisão dos dados utilizados.

Alguns estudos têm sido realizados para desenvolver a tecnologia 3D e torná-la mais escalável, permitindo a produção de dados em série. Outra linha de estudo refere-se ao estudo de novas tecnologias, buscando a minimização do custo desses dados, que ainda não encarados como “pesados” por alguns dos segmentos de mercado.

As empresas tradicionais de geotecnologia têm passado por um processo natural de transição, de representações em duas dimensões, nas quais a projeção cartográfica era um dos principais fatores, para modelos tridimensionais de terrenos e de construções. Por sua vez, a “internet geográfica” ou GeoWeb já nasceu 3D, descrevendo o mundo de uma forma mais natural e completamente alinhada ao perfil de novos profissionais da geração Y, que já cresceram brincando com games imersivos e que consideram bastante aborrecido usar mapas planos.

O presente já é 3D, 4D, ...

Adaptado de Eduardo Freitas Oliveira

(Fonte: www.mundogeo.com.br)

Making Your Point with Marker Symbols

ArcMap in ArcGIS Desktop comes with hundreds of point, line, and area symbols for use when symbolizing features on maps. Point marker symbols, both two- and threedimensional, have been designed for use on maps dealing with geology, environment, business, transportation, public safety, weather, and many other themes.

Did you know that, in addition to these premade symbols, you can create your own symbols? A picture marker is one of the most helpful types of custom point markers, particularly for teachers.

The spring issue of ArcUser included “Using GIS to Study Sports—Putting the where in baseball,” a tutorial I wrote for teachers and students that showed how to compare the coverage of radio stations broadcasting Kansas City Royals baseball games versus those broadcasting games of the St. Louis Cardinals. The lesson asks students to consider the size and shape of the two catchment areas in relationship to each team, to each other, and to other teams. In so doing, students learn about the geographic concept of diffusion and the business concept of market competition in a spatial context.

After finding lists of radio stations that broadcast the games for each team online, I added a Team field in the attribute table for United States cities to indicate the team broadcast by each station. I populated this field with the appropriate team name. I also noted cities that broadcast games for both teams.

To symbolize these cities based on this newly created field, I could use circles, stars, squares, or another standard point symbol. To let students more easily see the locations of the stations broadcasting each team, I created marker symbols from photographs I had taken. Photographs of Kauffman Stadium, home of the Kansas City Royals, and the St. Louis arch were used to represent the two teams.

Creating a Picture Marker
In addition to ArcGIS Desktop at any license level (ArcView, ArcEditor, or ArcInfo), a simple graphics program is required when creating picture markers from photographic images. The Paint program that comes with the Windows operating system or any program that can open a JPG format file and save it as a bitmap (BMP) format file will work.
1. To create a picture marker symbol, open the photograph in a graphics program and save it as a BMP file. Repeat this process for each photograph. For the cities that broadcast the games of both teams, I created a panoramic image of both photographs and saved it as a separate file.
2. Start ArcMap and choose Tools > Styles > Style Manager. In the Style Manager, select the marker symbol style folder in the style tree where the new picture symbol will be saved. The style folders under Documents and Settings are associated with your logon and might be a good place to store custom markers.
3. Right-click on any part of the open space in the right pane of the Style Manager and choose New > Marker Symbol.
4. In the Symbol Property Editor, click the Type drop-down arrow and choose Picture Marker Symbol. Navigate to the location of the desired BMP file and select it.
5. If the picture is too large for the map at the scale it will be displayed, use the Symbol Property Editor to resize it. You can also rotate the symbol, apply colors to it, change its angle, change its x or y offset, or make it transparent. When finished, click OK.
6. Back in the Style Manager, assign it a name and click Close.
7. Repeat the process for each picture symbol.

Using the Picture Marker
Once picture markers are created, they can be used on any map.
1. Open the desired map in ArcMap. Doubleclick on the layer to be symbolized in the table of contents.
2. In the Properties dialog box, click the Symbology tab. In this case, I selected Team as the value field to symbolize and chose Unique values under Categories.
3. Next to the symbol for each value, doubleclick the default point symbol to open the Symbol Selector.
4. Make sure All is selected from the Category dropdown and scroll and select the desired picture marker. You can further refine size or other characteristics for display in your map. Click OK.
5. Repeat the process of changing the default point markers to picture markers. Click OK on the Layer Properties dialog box when finished.

Storing and Sharing Picture Markers
Though custom symbols would typically be stored in the Style Library under Documents and Settings > user name > Application data > ESRI > ArcMap, you can copy and store style libraries wherever you wish. Use the style manager, located under Tools > Styles to create, modify, and manage custom symbols.

If you need to share your customized symbols for others to edit, you can send the style file along with the map document and datasets. When others access ArcMap, they can load the style by accessing the Symbol Selector window.

However, to use these symbols once they have been applied to a map doesn’t require a style file. The symbol set gets saved with your map document (MXD file); it does not need to be provided separately when you share the map document.

The Bigger Picture
The ability to create and share picture markers opens up a whole new world of map symbology as an aid in understanding spatial patterns.
. A map of world cities could be symbolized with city images, using a different type based on the size of the cities.
. An energy resources map could contain an image of a steam vent for geothermal and a turbine for wind energy.
. A community history project could include points symbolized as photographs of each house or with a graphic from the community Web site.

Be creative with picture markers, and share with others what you are doing with picture markers.

Joseph J. Kerski, Ph.D., Education Manager, ESRI

(Disponível em www.esri.com)

Sensores aerotransportados

Imagens de sensoriamento remotos estão cada vez mais presentes no dia-a-dia das pessoas. Há uma gama de possibilidades para coleta de dados, com sensores de alta resolução espacial, hiperespectrais, radar, laser, entre outros.

Com a popularização das imagens do Google Earth, do Nasa World Wind e do Microsoft Virtual Earth, muitos usuários desta "nova geografia" imaginam estar sempre visualizando imagens de satélites. Porém, à medida em que são aproximadas as imagens e pode-se visualizar detalhes como carros e pessoas, mudam também as fontes dos dados, que geralmente são obtidos com sensores aerotransportados.

Estes sensores têm esta denominação pelo fato de serem embarcados em algum tipo de aeronave, que podem ser aviões, helicópteros, balões, ultra-leves, etc.. A aplicação vai desde uma câmara de pequeno formato, embarcada em um aeromodelo, até câmaras de um milhão de dólares, que viajam em aviões que custam outro milhão.

Os segmentos que mais usam mapeamentos com sensores aerotransportados são petróleo & gás, mineração e rodovias, e os principais clientes são grandes companhias de engenharia, além dos governos federal, estaduais e municipais.

Veja a seguir um apanhado sobre os principais tipos de sensores utilizados em aeronaves, com a finalidade de mapeamento.

Ópticos

Sensores ópticos, ou câmaras métricas baseadas em filme, são usados praticamente desde o início do século XX. Neste tipo de mapeamento são usadas câmaras aéreas de grande formato, com negativos de 25 x 25 centímetros, acopladas a aeronaves. As imagens são obtidas através de vôos com sobreposição, tanto no sentido longitudinal como lateral. A sobreposição é útil para que se obtenha a estereoscopia, que é o efeito tridimensional nas imagens.

Para a ligação entre modelos é preciso fazer o apoio de campo, com pontos no terreno com coordenadas conhecidas, ou então através do uso de sistemas inerciais. O produto final é um mosaico de fotos. Uma das desvantagens é que são necessárias operações para atenuar as emendas, problema que aumenta em função da altura de vôo.

A transformação da foto em uma ortofoto diminui os efeitos de distorções das imagens, onde os objetos são "verticalizados" ao máximo. Para este procedimento é necessária a utilização de um Modelo Digital do Terreno (MDT), um processo geralmente de alto custo.

Apesar de ser uma tecnologia relativamente antiga, continua bastante presente no mercado, com câmaras de excelente qualidade, que ainda produzem boas imagens.

Digitais

Assim como as câmaras caseiras de filme estão aos poucos sendo aposentadas, na área de aerofotogrametria não é diferente. As câmaras aéreas digitais apresentam algumas vantagens em relação às baseadas em filme, e a tendência é que em um futuro não muito longínquo elas dominem 100% do mercado. Atualmente, existem aproximadamente 150 câmaras digitais e 700 analógicas no mundo.

A grande vantagem do mapeamento digital é que pode-se ver em campo se o produto não ficou como desejado, e refazer o trabalho. No caso de câmaras ópticas, é preciso enviar o filme para revelação, para então saber se o trabalho foi aprovado. Outra vantagem é que a imagem digital pode chegar a até 16 bits, contra os cerca de 6 bits das imagens analógicas. O processamento e o tratamento dos dados é mais eficiente, pois apresenta bandas RGB, infra-vermelho e pancromáticas separadas.

Uma das desvantagens é o custo maior de aquisição dos dados, o que acarreta, geralmente, em perdas em licitações para as câmaras ópticas. Porém, grandes empresas como Petrobras e CVRD, que reconhecem a qualidade do mapeamento digital, geralmente contratam esse tipo de serviço.

Dependendo da altura de vôo, a resolução das imagens ópticas é superior à de sensores digitais. Neste caso, o pixel chega a no máximo cinco centímetros, e pode-se visualizar postes, muros, marcos delimitadores de dutos, etc., como na imagem abaixo.

Com o mapeamento digital, o trabalho de campo diminuiu drasticamente. Mesmo com a retirada do apoio de campo, pode-se chegar a resultados satisfatórios em algumas aplicações.

Laser

O princípio de funcionamento do laser scanning, ou perfilamento a laser, é o mesmo dos distanciômetros digitais. O sensor emite um laser para o solo e mede o tempo de volta, para calcular a distância até o alvo. Assim, tem-se uma "nuvem" de pontos, que deve ser tratada para possibilitar a extração de informações.

Outra importante característica do perfilamento a laser é a medição da primeira e da última reflexão de cada pulsação Laser, o que permite o processamento posterior para distinção de objetos acima do solo, como árvores, edificações, postes, etc.

As experiências iniciais com esta metodologia começaram em 1993, com um grupo de pesquisa alemão. Atualmente existem sistemas em todo o mundo que fazem perfilamento a laser, mas estão concentrados na Europa, nos EUA, Canadá, Japão, Austrália e África do Sul.

Os sistemas Laser podem operar em praticamente qualquer horário diurno ou noturno. As interrupções ocorrem somente em momentos de chuva ou quando há nuvens muito densas.

É uma tecnologia mais indicada para levantamentos onde o relevo é importante. Mesmo nova, é uma ferramenta com grande margem para futuros desenvolvimentos, em especial nos algoritmos de geração de MDTs, nos sistemas de varredura e na classificação de objetos.

Radar

O princípio de funcionamento do Radar, do inglês Radio Detection And Ranging, é a detecção de objetos à distância, em função da emissão e recebimento de ondas eletromagnéticas refletidas pelos mesmos. Pode ser Polarimétrico ou Interferométrico de Abertura Sintética.

O Polsar, ou Radar Polarimétrico, opera na banda L. Já o Ifsar, ou Radar Interferométrico de Abertura Sintética aerotransportado, opera nas bandas de freqüência X e P e emite, recebe e grava sinais eletromagnéticos, transformando-os em imagens de alta resolução. A banda X reflete o nível do topo das árvores, enquanto a P penetra na vegetação e reflete o solo.

As vantagens do mapeamento por radar são a grande área de abrangência e, principalmente, a independência em função das condições meteorológicas e a possibilidade de voar durante o dia ou noite.

Os produtos finais são modelos digitais de superfície e de terreno, ortoimagens e outros derivados. A Esteio, empresa da área de aerolevantamentos com sede em Curitiba, está em fase final de acertos de uma parceria com a Fugro/EarthData, para a introdução do GeoSAR, um sistema de radar aerotransportado.

Sistemas de posicionamento

Aliados aos sensores aerotransportados, estão os sistemas que fazem o posicionamento das aeronaves, como GPS e sistemas inerciais. No caso dos sistemas inerciais, é necessário obter uma autorização do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, pois a tecnologia é similar à que guia mísseis.

Na realização de vôos apoiados com GPS, cada tomada de foto é acompanhada de um event maker, ou marcador de eventos, que registra a posição segundo a segundo. Além disso, é instalado um receptor GPS em solo, para que sirva de base no posicionamento relativo.

O "apagão aéreo" foi um obstáculo para os aerolevantamentos, devido à necessidade de aprovação de controladores de vôo para as aeronaves de mapeamento. Como algumas aplicações dependem também das condições meteorológicas e de horários ideais de vôo, é preciso conciliar vários fatores para fazer o levantamento, o que às vezes aumenta em muito o tempo para aquisição dos dados.

Complementaridade

A tecnologia a ser utilizada depende da finalidade do que se destina. Em alguns casos, pode-se até mesmo usar uma combinação de dois ou três tipos de sensores em vôos diferentes, como digital e laser por exemplo, para a obtenção do produto final.A competição com as imagens orbitais existe em uma pequena faixa de superposição, na qual as duas tecnologias podem atender a uma mesma aplicação. Porém, na maioria dos casos, os produtos são complementares, pois cada um tem suas aplicações específicas, além de vantagens e desvantagens.

Por Eduardo Freitas Oliveira e Gustavo Ribeiro de Francisco.

(Disponível em: http://www.mundogeo.com.br/)