ESTUDO DA FOTOGRAMETRIA DIGITAL NA DOCUMENTAÇÃO DO PATRIMÔNIO EDIFICADO DE LAGUNA

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1 ESTUDO DA FOTOGRAMETRIA DIGITAL NA DOCUMENTAÇÃO DO PATRIMÔNIO EDIFICADO DE LAGUNA DOUGLAS EMERSON DEICKE HEIDTMANN JÚNIOR Doutor, professor, Universidade do Estado de Santa Catarina, Laguna, Brasil GABRIELA LINHARES DA SILVA Estudante de graduação, Universidade do Estado de Santa Catarina, Laguna, Brasil KAROLINE BROERING DOS SANTOS Estudante de graduação, Universidade do Estado de Santa Catarina, Laguna, Brasil MELINA MONKS DA SILVEIRA Estudante de graduação, Universidade do Estado de Santa Catarina, Laguna, Brasil RESUMO A documentação gráfica é um instrumento imprescindível para investigações de edificações de interesse histórico e cultural e na sua preservação. O presente artigo apresenta um estudo investigativo das potencialidades da utilização da fotogrametria digital na documentação do patrimônio e busca adaptar os métodos fotogramétricos aplicados na Europa para o Brasil, mais especificamente na representação gráfica de edificações do centro histórico da cidade de Laguna, Santa Catarina. O estudo tem ênfase na fotogrametria digital e a viabilidade de seu uso na cidade, aplicado ao curso de Arquitetura e Urbanismo da Universidade do Estado de Santa Catarina, no Laboratório de Preservação do Patrimônio, em auxílio ao levantamento tradicional com trena. A análise dos resultados obtidos com o levantamento das fachadas de uma edificação histórica, bem como a comparação dos métodos tradicional e fotogramétrico, demonstra que levantamentos com o emprego de técnicas de Fotogrametria são mais eficientes que o desenvolvido pelo método manual, proporcionando resultados mais precisos e uma maior diversidade de produtos gráficos ao final do processo. PALAVRAS CHAVES: Documentação do Patrimônio; Fotogrametria Digital; Fotogrametria Arquitetônica. 1. INTRODUÇÃO 1

2 O centro histórico de Laguna conta com um conjunto edificado de diferentes períodos e linguagens arquitetônicas, principalmente coloniais, ecléticas e art déco. Essa paisagem urbana singular deve ser compreendida como de grande importância para a identidade da cidade, e para sua preservação é necessário ser documentada para que posteriormente possa ser utilizada em projetos de restauração, intervenções e manutenções. No entanto, encontram-se dificuldades para a realização destes projetos quando a documentação apresenta falhas ocasionadas pela inexistência e insuficiência de dados e pela falta atualização das informações. Atualmente, o método empregado em Laguna para a realização de qualquer documentação é o chamado método tradicional, ou medição direta (feito à trena, manualmente), que acarreta desafios para os estudantes e profissionais de arquitetura na elaboração de levantamentos do patrimônio edificado. Isto ocorre devido à complexidade de algumas edificações, à impossibilidade de acessar partes da mesma e ao longo período de tempo e considerável número de integrantes necessários para sua realização. Em algumas edificações, onde o acesso é comprometido, ou em casos de estruturas com probabilidade de desmoronamento ou contaminação, o levantamento obtido torna-se incompleto e impreciso. Tem-se então a necessidade de retornar ao local no decorrer do levantamento para a obtenção de outros dados que vieram a ser indispensáveis, havendo muitas situações onde se revela impossível obtêlos. A Fotogrametria Digital é a ciência e tecnologia que permite efetuar medições a partir de fotografias, além da obtenção de vários tipos de informações, como geometria, dimensões, cores e texturas, aliando fidedignidade, precisão, velocidade, flexibilidade e baixo custo (KUO, 2010). Este método de restituição digital vem se mostrando de extrema eficácia para a documentação do patrimônio edificado, trazendo um processo de levantamento mais seguro e eficiente, além de uma maior variedade de resultados gráficos que vão desde desenhos ortogonais a modelos tridimensionais texturizados. O processo de levantamento tem por objetivo representar com precisão os elementos significativos que se mostrarem indispensáveis e necessários para a caracterização e reconhecimento da edificação (GROETELAARS, 2004). Este trabalho aborda o uso do método de restituição fotogramétrica para o auxílio no levantamento de edificações de interesse histórico e cultural na cidade de Laguna, empregando-se dos conhecimentos obtidos no Laboratório de Fotogrametria Arquitetônica da Universidade de Valladolid e dos recursos disponíveis. Para este estudo, utiliza-se da análise de um levantamento feito com a fotogrametria digital, bem como a comparação de resultados obtidos por ambos os métodos, tradicional e fotogramétrico, a fim de comprovar as vantagens do emprego de novas técnicas e metodologias no processo de obtenção de dados gráficos. É importante ressaltar que a fotogrametria não exclui ou substitui por completo os métodos de levantamento diretos, tendo como objetivo facilitar o processo de toma de dados e medições e gerar melhores resultados. 2. MÉTODO 2

3 A metodologia utilizada foi dividida em cinco partes, que consistem em Revisão Bibliográfica, Análise e Planejamento, Levantamento Fotogramétrico, Documentação Gráfica e Análise dos Resultados. A primeira se dá pela análise teórica e documental sobre os temas imprescindíveis para o desenvolvimento do trabalho, com bases nacionais e internacionais. A realização da análise e planejamento compreende na análise da edificação a ser levantada e seu entorno imediato, de maneira a identificar qual técnica fotogramétrica deve ser empregada e formular o planejamento adequado das tomadas fotográficas. A etapa de levantamento formula-se pela aquisição de dados e imagens, incluindo a tomada fotográfica da edificação e o levantamento de medidas de referência. Quanto à documentação gráfica, esta se forma pelo processamento dos dados obtidos, que englobam a correção das imagens obtidas, a vetorização das mesmas e a formulação de desenhos e documentos de registro. A última etapa, consistente na análise dos resultados obtidos após todo o processo, relata as dificuldades encontradas e expõe como a fotogrametria pode auxiliar no levantamento e na preservação do patrimônio edificado de Laguna. 3. FOTOGRAMETRIA A área da fotogrametria possui diversas ramificações, podendo ser classificada quanto à posição em que a câmera está instalada (terrestre ou aérea) e quanto à tecnologia (analógica, analítica e digital), além de novas terminologias que vêm surgindo com o decorrer do tempo e o aumento de estudos feitos acerca deste tema (SILVA, 2015). Segundo Bastian (2015, p. 25), a fotogrametria é, comprovadamente, uma das principais ferramentas utilizadas em levantamentos e documentações de monumentos históricos, e sua utilização é extremamente comum em vários países, sendo ensinada nas universidades e amplamente utilizada por profissionais da área. Seu uso na arquitetura tem se tornado cada vez mais frequente, mostrando-se uma importante ferramenta para a documentação do patrimônio edificado, devido à grande variedade de produtos gráficos que podem ser obtidos, além da qualidade fotorrealista que permite a formulação de um registro com riqueza de detalhes. Este método trabalha com a relação e proporção entre imagem e objeto estabelecidos, de onde é possível extrair informações do objeto a partir da fotografia (GROETELLARS, 2004). Seu emprego em levantamentos técnicos tem se mostrado extremamente eficiente, tornando o processo mais rápido, fácil e flexível, garantindo resultados precisos e trazendo mais segurança aos profissionais da área. Trata-se de um processo que pode ser facilmente estudado e ensinado para estudantes da área de arquitetura e urbanismo, resultando em profissionais mais capacitados. 4. MONORESTITUIÇÃO Segundo Silva (2015, apud HEIPKE, 2001), o conceito de Sistema Fotogramétrico Digital, que integra fotogrametria digital com ciências da computação, incluindo o processamento de imagens e reconhecimento de padrões, vem crescendo e ofertando uma gama de possibilidades de se trabalhar com imagens fotográficas, tendo métodos adequados para cada tipo de edificação para que se tenha um 3

4 levantamento adequado e completo. Um dos métodos é o da Monorestituição Digital, adotado neste trabalho, que consiste na restituição de objetos através de uma única fotografia (GROETELAARS, 2008), aqui escolhido por se tratar de uma edificação que apresenta obstáculos em seu entorno imediato, impossibilitando a toma correta de fotografias para a geração de um modelo tridimensional adequado e de uma ortofachada precisa. O método da monorestituição foi utilizado para o levantamento de ornamentos, esquadrias e outros detalhes, como partes inacessíveis da edificação e para descobrir a altura da mesma. Todas as fotografias obtidas apresentaram pequenas distorções mesmo depois de tratadas, devido aos diversos elementos que compõem a fachada. O processo de retificação ao qual foram submetidas, que consiste na transformação de imagens de superfícies planas que se encontram perspectivadas na fotografia em projeções ortogonais, realoca os pixels da imagem, transformando-a em outra. Para este processo é necessário ter, no mínimo, quatro pontos de medidas reais conhecidas para a marcação de um plano de referência. No entanto, é comum que partes fora do polígono demarcado, bem como elementos de profundidade, permaneçam distorcidos. Para que se possa obter um resultado mais preciso, é necessário fazer o método de monorestituição por partes, retificando e vetorizando fotos de diversos elementos separadamente e juntando-os posteriormente, a fim conseguir um desenho final fidedigno. A calibração da câmera utilizada no levantamento e a verificação das medidas nas imagens retificadas se torna parte imprescindível de todo o processo. 5. ANÁLISE E PLANEJAMENTO Para que se possa executar o levantamento fotográfico de forma correta, é preciso fazer uma análise prévia da edificação e de seu entorno, podendo assim eleger qual método fotogramétrico é o mais adequado para a particular situação. A quantidade, qualidade e precisão das informações estão diretamente ligadas à toma de fotos e à resolução das imagens (GROETELAARS, 2008). Para a obtenção de um melhor resultado final, é de extrema importância planejar o levantamento. A edificação a ser levantada neste trabalho encontra-se no centro histórico da cidade de Laguna, retrata características Art Deco e abriga parte da Prefeitura Municipal. Possui edificações em seu entorno imediato, apresentando pouco espaço para realizar a tomada fotográfica com a distância necessária entre cada ponto. Constatou-se também a presença de uma árvore de grande porte que obstrui a visão de uma esquina do edifício, além de postes, fiações e o fluxo constante de veículos. A própria topografia do local, aliada às edificações vizinhas, traz dificuldades para o levantamento de uma das fachadas. Dada a análise do local e escolhido o método da monorestituição a partir de várias fotografias, foram selecionados pontos específicos para a etapa fotográfica (Figura 1) buscando registrar os elementos a serem desenhados, sempre tomando as fotografias próximas ao eixo ortogonal da fachada. Alguns dos pontos escolhidos foram em edificações próximas localizadas em níveis mais altos (pontos G, H e I), possibilitando 4

5 imagens mais planas. O modelo de câmera escolhido foi o Canon EOS 1200D com resolução de 18 megapixels. Foram selecionadas trenas manuais e a laser para coletar medidas de referência necessárias para o processo de retificação. Figura 1 Marcação dos pontos de tomada fotográfica. Fonte: elaborado pelos autores, LEVANTAMENTO FOTOGRAMÉTRICO Esta etapa consiste no trabalho de campo, que inclui a execução da tomada fotográfica previamente planejada e o levantamento manual de medidas de referência. É importante neste processo registrar todas as partes possíveis da edificação, como vistas completas das fachadas, ornamentos, esquadrias, topografia e todos os detalhes que se fizerem necessários. Quanto maior for o número de fotografias, menor será a necessidade de retornar ao local, fator importante em casos onde o acesso à edificação é dificultoso ou restrito, além de economizar tempo que pode ser redirecionado para etapas projetuais. Também se devem considerar outros fatores para uma melhor qualidade do levantamento, como o climático, já que dias com muita insolação prejudicam as imagens devido às sombras produzidas na edificação. O uso do tripé para garantir maior precisão nas fotografias revela-se igualmente importante. Por se tratar de um método que trabalha com fotografias individuais, não se considerou neste processo a relação da distância entre os pontos de tomada fotográfica nem a proporção da distância entre o objeto e a câmera, uma vez que não há espaço suficiente no entorno do edifício para que as fotos sejam tomadas nas distâncias necessárias, além de obstáculos que impediam a visão completa das fachadas. Portanto, fotografaram-se apenas as partes necessárias, considerando os ângulos mais adequados para o processo de retificação, tendo sempre a preocupação de obter fotos ortogonais em relação ao centro do objeto. 5

6 Para o levantamento das medidas de referência necessárias, utilizou-se uma trena manual e uma trena laser. Por meio de croquis e anotações, foram levantadas as medidas de algumas esquadrias e partes do edifício onde era possível efetuar a medição com os equipamentos disponíveis. Também foi medido o comprimento de duas fachadas, para que posteriormente pudesse ser descoberta, por meio da fotogrametria, a altura da edificação. 7. DOCUMENTAÇÃO GRÁFICA A documentação arquitetônica é entendida como o processo sistemático de aquisição, tratamento, indexação, armazenamento, recuperação, disponibilização e divulgação de dados e informações, gráficas e não gráficas, sobre as edificações e os sítios onde estão inseridas, para os mais variados usos (AMORIM, 2007). Os procedimentos envolvidos na documentação arquitetônica passam a ter um papel mais relevante e adquire novos modos com a evolução da tecnologia. Para o desenvolvimento da documentação gráfica, utilizou-se do material obtido no levantamento fotogramétrico e das anotações e medidas obtidas manualmente, e, assim, foi possível efetuar a correção das imagens. Esta etapa se dá, primeiramente, pela calibração da câmera utilizada, a fim de que sejam corrigidas as distorções proporcionadas pela própria lente do equipamento. Para isso, utilizou-se o software ASRix 2.0, onde pode ser feita a calibração e salvamento das configurações da mesma, sendo depois aplicadas diretamente na retificação, feita no mesmo software. As fotografias obtidas no levantamento foram importadas uma a uma no software mencionado anteriormente, já com os padrões de calibração definidos. Foi então feito o tratamento de cada imagem, individualmente, marcando as medidas de referência levantadas. Para que a retificação ocorra de forma correta, é preciso marcar, no mínimo, quatro pontos conhecidos (Figura 2). Figura 2 Processo de retificação no software ASRix 2.0. Fonte: elaborado pelos autores,

7 A retificação ocorre por meio da realocação dos pixels da imagem, tendo como base os pontos referenciados marcados. Este processo acontece corretamente apenas dentro do polígono formado pelos pontos, continuando o entorno distorcido. Algumas partes da imagem que apresentam profundidade, decorrente da perspectiva, continuarão a exibi-la, uma vez que o software trabalha apenas com o remapeamento, não gerando partes inexistentes na imagem original. Deve-se, portanto, estar atento ao processo de vetorização, considerando as falhas causadas pela profundidade, desenhando apenas as partes de interesse e, sempre que possível, conferindo as medidas de referência com o modelo gerado. O processo descrito foi repetido para todas as imagens que se fizeram necessárias para o desenho completo da edificação. Após a correção das imagens, as mesmas foram importadas para o software Autodesk AutoCAD 2015, para a etapa de vetorização. Deste modo, foi possível obter o desenho detalhado e preciso de cada imagem, além de medidas de elementos que não puderam ser medidos manualmente. Os problemas decorrentes da profundidade das imagens podem ser resolvidos nesta etapa (Figura 3). Figura 3 Processo de vetorização e produto final obtido. Fonte: elaborado pelos autores, Para determinar a altura da edificação, foi utilizado o software SketchUP 2015, onde, através do comando adaptar à foto, foi possível definir os eixos da fotografia perspectivada e obter um modelo retificado e em escala, devido à inserção das medidas horizontais obtidas manualmente (Figura 4). Para este processo, foi utilizada uma foto mais antiga da edificação, já que esta não apresentava alguns dos obstáculos que impedem a visão adequada atualmente. Depois de feita a correção, vetorização e junção de todas as imagens, foi possível obter o desenho completo e 7

8 minucioso de todas as fachadas, principalmente da frontal, que apresentava maior complexidade no levantamento. Figura 4 Processo de retificação adaptada no software SketchUP Fonte: elaborado pelos autores, COMPARAÇÃO DE MÉTODOS A fim de se confirmar a precisão de um levantamento feito pelo método fotogramétrico e as vantagens e desvantagens do mesmo em relação ao método tradicional, foi feita a sobreposição de desenhos obtidos por ambos os métodos. Para este estudo, foi escolhida uma edificação mais complexa, de linguagem eclética, com a presença de diversos ornamentos, para melhor verificar a precisão dos detalhes. O primeiro desenho foi elaborado por uma equipe de estudantes da Universidade do Estado de Santa Catarina, utilizando o método tradicional. No levantamento optou-se pelo uso de trenas manuais, croquis de observação e fotografias, sendo esta última utilizada apenas para observação, sem aplicação do método fotogramétrico ou qualquer correção das imagens. O segundo desenho, elaborado neste trabalho, utilizou-se do método fotogramétrico descrito anteriormente, passando por todas as etapas de levantamento de imagens, calibração da câmera, correção e vetorização das fotografias. Para o processo de comparação, selecionou-se uma área da fachada e sobrepôs-se os dois desenhos (Figura 5). O método tradicional manual foi representado por linhas pretas, enquanto o método fotogramétrico foi representado por linhas rosas. A sobreposição das imagens mostrou, de maneira evidente, a diferença do resultado final obtido por cada método, sendo o que se utilizou da fotogrametria mais detalhado e fidedigno. 8

9 Figura 5 - Desenhos obtidos pelo levantamento a mão (linha preta) e pela fotogrametria (linha rosa). Fonte: elaborado pelos autores, CONCLUSÃO Ao longo deste trabalho foram apresentados métodos alternativos para levantamentos de edificações de interesse histórico cultural, utilizando-se de fotografias como recurso. A partir dos processos desenvolvidos, pode-se observar que a utilização das ferramentas de registro, medição e interpretação de imagens fotográficas no processo de projeto possibilitará uma gama muito maior de acertos nas decisões de como restaurar as edificações de interesse histórico cultural, além da obtenção de uma documentação fidedigna, completa e com riqueza de detalhes. Além da fotogrametria digital apresentar vantagens como o processo simplificado de obtenção de formas e medidas com a utilização de equipamentos de baixo custo e redução do tempo de trabalho de campo, a mesma possibilita uma variedade muito maior de resultados gráficos, trazendo detalhes como cores e texturas. A partir deste método podem ser gerados não somente desenhos bidimensionais, mas também maquetes e modelos tridimensionais e ortofachadas. Faz-se necessário conhecer as tecnologias disponíveis e como elas podem auxiliar no processo de levantamento e registro do patrimônio edificado. A fotogrametria digital, ainda que pouco utilizada e estudada no Brasil, vem se mostrando uma ferramenta promissora, melhorando o processo e resultado dos levantamentos, assim como a forma de registrar e documentar o patrimônio. 9

10 9. REFERÊNCIAS AMORIM, A. L.: 2007, Documenting Architectural Heritage in Bahia Brazil, Using Digital Technologies. In: XXI International CIPA Symposium, Athens. BASTIAN, Andrea. Métodos e técnicas de baixo custo para levantamento métrico de sítios históricos. Dissertação de Mestrado em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal da Bahia, Salvador, GROETELAARS, N. J. Um estudo da fotogrametria digital na documentação de formas arquitetônicas e urbanas. Dissertação de Mestrado em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal da Bahia, Salvador, GROETELAARS, N. J. AMORIM, Arivaldo. A fotogrametria digital na documentação do patrimônio arquitetônico. Anais FORUM PATRIMÔNIO: amb. constr. e patr. sust., Belo Horizonte, v.2,n. 2, ma i./a g o. de KUO, Vanessa. AMORIM, Arivaldo. Levantamento fotogramétrico de edificações: principais limitações encontradas na modelagem geométrica da igreja do monte, em cachoeira BA, Seminário Nacional sobre documentação do Patrimônio Arquitetônico com o uso de Tecnologias Digitais, Salvador, SILVA, Daniel. Evolução da Fotogrametria no Brasil. Revista Brasileira de Geomática, Pato Branco, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, v.3, n. 2, p , jul/dez