MODELAGEM 3D: O ESTADO DA ARTE CLAUDOMIRO DOS SANTOS UFSM - 16/09/2010

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1 MODELAGEM 3D: O ESTADO DA ARTE CLAUDOMIRO DOS SANTOS UFSM - 16/09/2010

2 MODELAGEM 3D O ESTADO DA ARTE VISÃO GERAL SOBRE O ESTÁGIO ATUAL DA MODELAGEM 3D E SUAS PERSPECTIVAS.

3 CONCEITOS; ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO MODELOS 3D E APLICÃÇÕES; MODELO GEOIDAL; PERSPECTIVAS MUNDIAIS E BRASILEIRAS.

4 Definição de cartografia Associação Cartográfica Internacional (ACI ), ratificado pela UNESCO no mesmo ano: "A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, se voltam para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e socioeconômicos, bem como a sua utilização."

5 Conceito de MODELAGEM Modelagem científica é um processo de criação de modelos com a finalidade de facilitar a compreensão ou o ensino de sistemas e estados físicos de objetos ou fenômenos físicos visando compreender a realidade. Não existem modelos corretos, mas sim adequados. Alguns modelos conceituais são mais adequados do que outros por enfatizarem certos aspectos negligenciados pelos demais. Brandão, Araujo e Veit (2008)

6 Modelos 3D abordados Modelo Digital de Terreno (MDT); Modelo Digital de Elevação (MDE); Modelo Geoidal; A qualidade do modelo está diretamente relacionada à qualidade dos dados.

7 Modelo Digital de Terreno (MDT)

8 Modelo Digital de Elevação (MDE)

9 Modelo Geoidal

10 Formas de Obtenção MDT e MDE Nivelamento Geométrico - Topografia GPS - Geodésia Câmeras fotográficas ou vídeo Fotogrametria Imagens de Satélite Sensoriamento Remoto Laser Radar Ecobatímetro Etc

11 GPS Coleta de pontos diretamente no terreno; Utilizado como fonte de coordenadas (x, y e alt. geom.) para aplicações em fotogrametria, SR ou de forma direta; Deve ser escolhido o equipamento adequado à aplicação.

12 GPS Aplicações

13 Câmeras fotográficas ou de vídeo Obtêm-se os pontos 3D utilizando princípios de Fotogrametria; É necessário: Sobreposição de imagens; Posição e rotação das imagens que podem ser obtidos: Indiretamente: utilizando pontos conhecidos no terreno; Diretamente: GPS e Unidade inercial (IMU);

14 Aerofotogrametria

15 Aerofotogrametria

16 Bloco fotogramétrico

17 Vôo apoiado Fonte: Reis (2009)

18 Câmera métrica Vexcel Ultracam xp

19 Aerotriangulação

20 Malha TIN - MDT

21 Malha TIN - MDT

22 MDT com imagem

23 Imagens de Sensoriamento Remoto Principais características: A imagem é obtida por varredura; São capturadas em diferentes comprimentos de onda; não apenas no visível; É necessário sobreposição e posição e orientação; Apenas alguns satélites permitem a formação de modelos 3D; Ikonos, ASTER e GeoEye.

24 Imageamento 3D do Ikonos

25 MDE GeoEye 1 MDE do LIDAR MDE GeoEye sobre LIDAR Fonte: Mitchell e McNabb (2010).

26 MDE ASTER Fonte: PE&RS Abr

27 Laser Fornece a distância diretamente Informação obtida por varredura É necessário posição e rotação Utilizado: Curta distância Aérea Remota

28 LIDAR Utiliza GPS e IMU Muitas vezes pontos no terreno Cálculo da distância São emitidas pulsações óticas que são refletidas e capturadas pelo sensor A distância é calculada baseando no tempo de retorno e na velocidade da Luz Plataforma Espacial Aérea Terrestre Pós-processamento Filtragem para eliminar pontos, por exemplo, em topo de árvore. Classificação

29 LIDAR

30 LIDAR

31 LIDAR Imagem RGB Imagem IVP Fonte: PE&RS Fev 2010.

32 MDE e MDT LIDAR Fonte: Wagner et al (2008).

33 RADAR SRTM - Shuttle Radar Topography Mission; NASA e NGA (USA), DLR (Alemanha) e ASI (Italia); Radar interferométrico com comprimento de onda de 3,1 e 5,6cm; Acurácia vertical de +/- 10m.

34 MDE com imagem

35 MDE com imagem

36 APLICAÇÕES Mapeamento Móvel Sistemas de Mapeamento Móvel têm despontado como uma tendência para a coleta de dados tridimensionais visando o cadastro urbano, o mapeamento de vias e o mapeamento de obras de infraestrutura; Utilizam recursos e conceitos de fotogrametria, geodésia e SR; Podem realizar scanneamento laser e captura de imagens digitais.

37 APLICAÇÕES Mapeamento Móvel Utilizam receptores GNSS, sistema inercial e medidores de velocidade; Os sistemas podem possuir câmeras e scanners integrados; A precisão dos levantamentos pode ser da ordem do centímetro.

38 Sistema LYNX (Optech) de Mapeamento Móvel Fonte: PE&RS mar10.

39 Sistema LYNX (Optech) de Mapeamento Móvel Fonte: PE&RS mar10.

40 Mapeamento móvel no Brasil Sistema de mapeamento móvel desenvolvido na incubadora da FCT UNESP; Prof. Dr. João Fernando Custódio e eng. Rodrigo Gallis; Visa atender demandas de órgãos públicos e privados por mapeamento de vias.

41 APLICAÇÕES Visão Robótica Utilização de sensores laser, câmeras, GPS, radares, giroscópio, odometria, etc; Autônomos; Localização e modelagem; Diversas aplicações internas e externas.

42 Visão Robótica - Robôs Plataformas Pioneer.

43 Visão Robótica - Robôs Fonte: Adaptado de Hata e Wolf (2008).

44 Visão Robótica - Robôs Fonte: Hata e Wolf (2008).

45 Visão Robótica - Robôs Fonte: Hata e Wolf (2008).

46 MODELO GEOIDAL É definido como a superfície equipotencial do campo de gravidade terrestre que mais se aproxima do nível médio dos mares não perturbado e prolongado através dos continentes. Fonte:????

47 MODELO GEOIDAL Possibilita aos usuários de GPS a conversão das altitudes geométricas (referidas ao elipsóide) em ortométricas (referidas ao nível médio do mar) através da fórmula: H = h N; onde: H altitude ortométrica; h altitude geométrica; e N altura geoidal.

48 MODELO GEOIDAL IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES ACOMPANHAMENTO DO NÍVEL DOS OCEANOS; ACOMPANHAMENTO DA VARIAÇÃO NA DISTRIBUIÇÃO DE MASSAS; MONITORAMENTO DO REGIME DE CHUVAS PARA CONTROLE DE ENCHENTES.

49 DETERMINAÇÕES DO GEÓIDE PELO MUNDO NKG-2004 Geóide Nórdico e áreas do Báltico - Nordic Geodetic Commicion (NKG) Espaçamento da malha gravimétrica 0,02º x 0,04º; Erro Médio Quadrático (RMS) de ±2 a 4 cm com GPS/RN. Fonte: (FORSBERG e STRYKOWSKI, 2004) apud GOLDANI (2006).

50 DETERMINAÇÕES DO GEÓIDE PELO MUNDO USGG2003 Geóide Norte-Americano; Modelo Geopotencial: EGM96; RMS de ± 13,8 cm GPS/RN do NAVD 88. Fonte: (ROMAN et al., 2004) apud GOLDANI (2006).

51 MISSÕES GRAVIMÉTRICAS Fornecem modelos do geopotencial para os longos comprimentos de onda. Obtidos a partir dos dados de trajetória dos satélites artificiais. CHAMP (2000) Satélites gêmeos GRACE (2002)

52 Longos e curtos comprimentos de onda

53 MAPGEO 2010 Modelo geoidal brasileiro; Resolução de 5 ; Calculado utilizando mais de pontos de gravimetria terrestre para a América do Sul; MDT SAM3s_v2 baseado no SRTM; Diferença padrão de +/- 0,32m para áreas desenvolvidas na comparação com GPS/RN.

54 Fonte: IBGE (2010)

55 Modelo geoidal do Estado de São Paulo Projeto de Mapeamento do Estado de SP; Primeira fase: vôo, apoio e aerotri; Escalas: 1: e 1: para RMSP, RM de Campinas e Baixada Santista; Altitudes ortométricas obtidas a partir de modelo geoidal.

56 Regiões administrativas de SP

57 Modelo geoidal do Estado de São Paulo Longos comprimentos da ondulação obtidos do EGM08; Curtos comprimentos obtidos a partir da integral modificada de Stokes; Na área de planalto serão utilizadas as anomalias médias de Helmert; Nas áreas de serra serão utilizadas as anomalias de Bouguer.

58 Fonte: Libault (1971).

59 Modelo geoidal do Estado de São Paulo Testes isolados de GPS/RN indicaram: RMS das áreas de planalto = +/- 0,20m; RMS nas áreas de serra = +/- 0,40m; Grande dificuldade de encontrar RRNN confiáveis.

60 Importância da modelagem para o futuro Uso correto do solo (cidades compactas); Empreendedorismo; Previsão/acompanhamento de alterações climáticas.

61 Referências bibliográficas Brandão, R. V., Araujo, I. S., Veit, E. A. A modelagem científica de fenômenos físicos e o ensino de física. Porto Alegre. Instituto de Física, UFRS in Física na Escola, v. 9, n. 1, Goldani, D. Modelo geoidal de alta resolução para o estado do Paraná: aplicação da transformada rápida de Fourier Stokes e do valor do potencial do geóide na definição da superfície de referência vertical Dissertação (Mestrado) - UFPR. Curitiba, p. Alves, A. de P. Sobre a técnica fast collocation (colocação rápida) na determinação do geóide do estado de São Paulo utilizando dados das missões champ e grace Dissertação (Mestrado) - UFRGS. Porto Alegre, p. IBGE. Rio de Janeiro. Página do IBGE. Disponível em < Acessado em: 14/09/2010. Reis, T.T. dos. Estudo de técnicas de sincronismo de dispositivos para o georreferenciamento de imagens digitais Dissertação (Mestrado). FCT UNESP. Presidente Prudente, p.

62 Referências bibliográficas Wagner, W. et al. 3D vegetation mapping using small-footprint full waveform airborne laser scanners. In: International Journal of Remote Sensing. Vol. 29, No. 5, 10 March 2008, p Mitchell, G. e McNabb, K. High resolution stereo satellite elevation mapping accuracy assessment. In: ASPRS 2010 Annual Conference. San Diego, California - April 26-30, Hata, A. Y. e Wolf, D.F. Mapeamento de ambientes utilizando robôs moveis. Instituto de Ciências Matemáticas e Computação. USP. São Carlos, Libault, A. Os quatro níveis da pesquisa geográfica: Métodos em questão. São Paulo, USP, 1971.