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CITYGML E FOTOGRAMETRIA DIGITAL NA DOCUMENTAÇÃO ARQUITETÔNICA: POTENCIALDIADES E LIMITAÇÕES 1 CITYGML AND DIGITAL PHOTOGRAMMETRY FOR ARCHITECTURAL HERITAGE DOCUMENTATION: POTENTIAL AND LIMITATIONS Andrea Verri Bastian Universidade Federal da Bahia, UFBA [email protected] Resumo O presente artigo discute a utilização de modelos geométricos digitais na documentação do patrimônio arquitetônico, apresentando o Padrão CityGML, um formato aberto para modelo e intercâmbio de dados, assim como uso da Fotogrametria Digital para obtenção de modelos geométricos da parte externa de edificações existentes, com ênfase na fotogrametria digital baseada em fotos convergentes e fotogrametria esférica e, seus principais produtos. O trabalho finaliza com os experimentos realizados no centro histórico da cidade de Mucugê na Chapada Diamantina, estado da Bahia, com finalidade de testar a integração de dados, a partir dos produtos fotogramétricos (ortofotos e desenhos de restituição) como fonte de dados. Os experimentos realizados permitiram mostrar as potencialidades da fotogrametria visando a geração de modelos geométricos mais precisos e com maior qualidade. Palavras-chave: Padrão CityGML. Fotogrametria Digital. Documentação Arquitetônica. Abstract This paper discuss about use of digital 3d models on the architectural heritage documentation, presenting the standard CityGML, an open format to model and data exchange, as well as use of Digital Photogrammetry to obtain geometric models outside of existing buildings, with emphasis on digital photogrammetry based on convergent photos and spherical photogrammetry, and the main products. The experimental procedures consisted in the experiments performed in the historic center of Mucugê in the Chapada Diamantina, Bahia, with purpose to test the integration of data from the photogrammetric products (orthophotos and restitution drawings) as a data source. The experiments were able to show the potential of photogrammetry for the generation of more accurate models and higher quality. Keywords: CityGML. Digital Photogrammetry. Architectural Documentation. 1 INTRODUÇÃO Atualmente, existe uma grande demanda por modelos geométricos digitais de cidades cujas aplicações vão desde planejamento, turismo e marketing, estudos relacionados a impacto ambiental, gestão de situações de emergência e de instalações, planejamento urbano, à preservação e gestão do patrimônio arquitetônico. Essas novas aplicações requerem 1 BASTIAN, A. V. CityGML e fotogrametria digital na documentação arquitetônica: potencialidades e limitações. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO, 7., 2015, Recife. Anais... Porto Alegre: ANTAC, 2015.

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CITYGML E FOTOGRAMETRIA DIGITAL NA DOCUMENTAÇÃO ARQUITETÔNICA: POTENCIALDIADES E LIMITAÇÕES1

CITYGML AND DIGITAL PHOTOGRAMMETRY FOR ARCHITECTURAL HERITAGE DOCUMENTATION: POTENTIAL AND LIMITATIONS

Andrea Verri Bastian Universidade Federal da Bahia, UFBA

[email protected]

Resumo O presente artigo discute a utilização de modelos geométricos digitais na documentação do patrimônio arquitetônico, apresentando o Padrão CityGML, um formato aberto para modelo e intercâmbio de dados, assim como uso da Fotogrametria Digital para obtenção de modelos geométricos da parte externa de edificações existentes, com ênfase na fotogrametria digital baseada em fotos convergentes e fotogrametria esférica e, seus principais produtos. O trabalho finaliza com os experimentos realizados no centro histórico da cidade de Mucugê na Chapada Diamantina, estado da Bahia, com finalidade de testar a integração de dados, a partir dos produtos fotogramétricos (ortofotos e desenhos de restituição) como fonte de dados. Os experimentos realizados permitiram mostrar as potencialidades da fotogrametria visando a geração de modelos geométricos mais precisos e com maior qualidade.

Palavras-chave: Padrão CityGML. Fotogrametria Digital. Documentação Arquitetônica.

Abstract This paper discuss about use of digital 3d models on the architectural heritage documentation, presenting the standard CityGML, an open format to model and data exchange, as well as use of Digital Photogrammetry to obtain geometric models outside of existing buildings, with emphasis on digital photogrammetry based on convergent photos and spherical photogrammetry, and the main products. The experimental procedures consisted in the experiments performed in the historic center of Mucugê in the Chapada Diamantina, Bahia, with purpose to test the integration of data from the photogrammetric products (orthophotos and restitution drawings) as a data source. The experiments were able to show the potential of photogrammetry for the generation of more accurate models and higher quality.

Keywords: CityGML. Digital Photogrammetry. Architectural Documentation.

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, existe uma grande demanda por modelos geométricos digitais de cidades cujas aplicações vão desde planejamento, turismo e marketing, estudos relacionados a impacto ambiental, gestão de situações de emergência e de instalações, planejamento urbano, à preservação e gestão do patrimônio arquitetônico. Essas novas aplicações requerem

1 BASTIAN, A. V. CityGML e fotogrametria digital na documentação arquitetônica: potencialidades e limitações. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO, 7., 2015, Recife. Anais... Porto Alegre: ANTAC, 2015.

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informações precisas sobre a geometria dos objetos, assim como, informação semântica e topológica.

Para que esses modelos possam ser utilizados para diversos fins e os dados sejam apresentados de maneira adequada, faz-se necessária a integração das informações provenientes de diversas fontes e a interoperabilidade entre elas. Nesse contexto, foi desenvolvido o padrão internacional CityGML, um formato aberto de modelo, adotado pelo OGC (Open Geospatial Consortium) em 2008, que contempla um conceito de modelagem com alto grau de interoperabilidade, permitindo a integração, interpretação, uso e gestão de dados, com maior agilidade no processo de obtenção dos modelos de objetos de acordo com o nível de detalhe requerido para sua aplicação e, aumentando as possibilidades de uso. Assim, com os avanços possibilitados pela fotogrametria digital, utilizando equipamentos de menor custo (câmeras digitais não métricas) e ferramentas mais simples (programas de restituição), há necessidade de se utilizar informação geométrica advinda de produtos fotogramétricos, uma vez que se trata de uma técnica onde, a partir do processamento digital de imagens, é possível a obtenção de modelos geométricos precisos, de baixo custo e em curto espaço de tempo.

Este artigo aborda o uso da Fotogrametria Digital para obtenção de modelos geométricos da parte externa de edificações exitentes, com ênfase na fotogrametria digital baseada em fotos convertentes e fotogrametria esférica e, seus principais produtos. Trata, também, da representação de modelos geométricos digitais no padrão CityGML e os principais conceitos envolvidos, que fornece uma referência para descrever objetos 3D em relação a sua geometria, semântica, topologia e aparência, nos cinco níveis de detalhe. O trabalho finaliza com os experimentos realizados no centro histórico da cidade de Mucugê na Chapada Diamantina, estado da Bahia, com finalidade de testar a integração de dados, a partir dos produtos fotogramétricos (ortofotos e desenhos de restituição) como fonte de dados para a obtenção da altura das edificações, juntamente com a base cadastral do centro histórico (em arquivo CAD) e o programa Sketchup para a geração do modelo geométrico no padrão CityGML com nível de detalhe LoD 1.

2 MODELOS GEOMÉTRICOS PARA DOCUMENTAÇÃO ARQUITETÔNICA

A geração de modelos geométricos de edifícios e sítios históricos exige ferramentas capazes de capturar e modelar além da geometria, um grande número de detalhes. Atualmente, os dados tridimensionais, em formato digital, são uma forma importante de registro e documentação; através de tecnologias de sensoriamento remoto e tecnologias de documentação e modelagem geométrica é possível a obtenção de modelos realistas, com precisão geométrica e radiométrica, que possibiitam seu uso para fins variados como documentação, conservação, monitoramento, simulações de envelhecimento e deterioração, além de realidade virtual e modelos virtuais.

Apesar de toda essa variedade de aplicações potenciais esses modelos ainda são subutilizados para a obtenção modelos bidimensionais (desenhos e ortofotos), devido à falta de conhecimento de ferramentas para a manipulação correta dos dados tridimensionais, uma vez que envolve a gravação e o processaento de uma grande quantidade dados advindo de diversas fontes, com resoluções e informações variadas; a gestão e conservação dos modelos geométricos obtidos para sua utilização em aplicações subsequentes e; o compartilhamento dos inventários digitais.

Para Remondino (2011) técnicas de modelagem baseadas em imagens, principalmente, a fotogrametrial digital são, geralmente, utilizadas para o caso de pequenos objetos, edificações ou monumentos com formas definidas, situações onde existam restrições para aquisição de dados, assim como, projetos com baixo orçamento.

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Conforme já comprovaram Hanke e Ebrahim (1997) através de tecnologias, como a fotogrametria digital, utilizando câmeras não métricas para a captura de imagens e programas dedicados, é possível obter-se produtos precisos. Mikhail e colaboradores (2001), assim como Luhmann e colaboradores (2006) apontam a fotogrametria como uma técnica para o processamento de imagnes, capaz de fornecer informações tridimensionais com precisão métrica e com campo de aplicação que vai desde cartografia a documentação de patrimonio cultural.

Para Schulze–Horsel (2007) o uso da fotogrametria digital é adequado para aplicações onde é necessária uma alta precisão geométrica; Luhmann e Tecklenburg (2004), discutem o uso de imagens panorâmicas para a geração de modelos geométricos; já Fangi (2009), como também Pisa, Zeppa e Fangi (2010), apresentam as possibilidades de utilização da fotogrametria esférica na criação de modelos geométricos, para fins métricos, e sua aplicação em conservação de patrimônio histórico.

Os modelos geométricos podem ser utilizados para a visualização de cidades destruídas ou desaparecidas, como o caso do sítio romano de Sagalassos2 (sudoeste da Turquia); a reconstrução da cidade medieval de Turku (Finlândia); como também o projeto “Rome Reborne”3 de 2008 (RODRIGUES; COELHO; REIS, 2012).

Outros exemplos de aplicações em áreas de conservação do patrimônio histórico são citados por Kim (2004): o caso do Estado da Georgia (Estados Unidos) através do State Historic Preservation Offices (SHPO) que utiliza modelos geométricos de cidades para avaliar os efeitos de novas construções em áreas históricas; a visualização tridimensional da cidade Telc, na República Checa, utilizada para estudo da história e da arquitetura do local; e o modelo da cidade de Tsumago, no Japão, que foi a base para a análise e tomada de decisão sobre a preservação de edificações históricas na área.

Conforme já discutido, são vastas as aplicações dos modelos geométricos para documentação arquitetônico, essa diversidade tem influência na finalidade do projeto de documentação, nível de detalhe registrado, como também, no tempo e no custo para geração do modelo.

3 GERAÇÃO DE MODELOS GEOMÉTRICOS

Os modelos geométricos podem ser definidos como construções teóricas, implementadas em ambiente computacional, que visam representar a forma de objetos existentes ou projetados, simulando o elemento ou sistema representado para uma dada finalidade (AMORIM, 2012).

Quanto ao modo de obtenção, podem ser obtidos através de três formas principais: partir de modeladores tridimensionais e processos interativos, utilizando-se ferramentas CAD ou através de modelagem paramétrica; a partir de sistemas de varredura a laser (3D Laser Scanning); e a partir de programas para Fotogrametria Digital.

Os modelos numéricos para a representação tridimensionais de formas podem ser divididos em:

Nuvem de pontos - obtidas a partir da captura por sistemas de varredura a laser ou através da fotogrametria digital utilizando a técnica de Dense Stereo Matching (DSM). Nos modelos de nuvem de pontos as superfícies do objeto são representadas através de uma quantidade de pontos, sem nenhum tipo de relação topológica entre si, onde cada ponto da nuvem é descrito por suas coordenadas cartesianas (x, y e z) e um ou mais atributos associados a estes pontos, que pode ser a cor (AMORIM, 2012; MATEUS, 2012). Devido

2 Disponível em: <http://www.sagalassos.be/en/the_forgotten_city>. 3 Disponível em: <http://romereborn.frischerconsulting.com/>.

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à ausência de topologia é, geralmente, utilizada para fins mais simples, como de visualização.

Modelos de arestas (wireframe) - definidos por arestas que se conectam através de vértices, descrevem o objeto de forma precisa e simples, mas sua representação é ambígua e requer interpretação, uma vez que não é possível determinar quais arestas pertencem às faces frontais ou posteriores do objeto. Esses correspondem a produtos primários obtidos a partir de algumas técnicas fotogramétricas.

Modelos de superfície - onde a principal informação da estrutura de dados do modelo é dada por superfícies mais simples que, quando combinadas, formam a envoltória do objeto. Por não possuir as propriedades referentes ao seu interior, esse tipo de modelo não permite a análise da sua estrutura interna.

Modelos sólidos - contém informações implícitas ou explícitas sobre o fechamento e a conectividade de objetos sólidos, formando modelos completos e não-ambíguos. Os modelos sólidos, oferecem grandes vantagens em relação aos de superfície e wireframe, uma vez que garantem que qualquer modelo gerado irá formar objetos com volumes fechados e com contornos definidos (WEILER, 1986).

A seguir são tratadas as técnicas fotogramétricas que permitem a criação de modelos geométricos a partir da captura fotográfica objeto ou cenário de interesse.

3.1 Fotogrametria digital

Luhmann e colaboradores (2006), classificam a fotogrametria digital quanto à distância entre a câmera e o objeto; ao número de imagens utilizadas; ao método de aquisição e processamento; à disponibilidade de obtenção de dados; à área de aplicação. Neste trabalho serão discutidas somente as técnicas de fotogrametria terrestres aplicadas à arquitetura.

Ainda, segundo esses autores as principais etapas de um levantamento fotogramétrico podem ser resumidas em:

Registro – onde são obtidas informações sobre o objeto como determinação de pontos de controle para definição do sistema de coordenadas do objeto, dimensões de referência e a captura fotográfica.

Orientação – nessa etapa é feito o ajuste dos feixes de raios perspectivos (bundle ajustment) que determinará os parâmetros de orientação bem como, a correlação dos pontos de controle (obtidos na etapa de campo) com os pontos da imagem.

Restituição – a partir da orientação já é possível a obtenção de informações gráficas ou geométricas sobre o objeto fotografado, uma vez que o sistema bidimensional foi transformado no sistema tridimensional que representa o espaço-objeto.

A fotogrametria digital terrestre ou à curta distância (Close Range Photogrammetry), é caracterizada por utilizar câmeras próximas a superfície da Terra e o processo fotogramétrico, classificado de acordo com o tipo de restituição, pode ser divido em: monorrestituição, estereorestituição, restituição baseada em fotos e imagens convergentes e baseada em panoramas (fotogrametria esférica). Maiores detalhes sobre monorestituição e estereorestituição podem ser vistos em Grussenmeyer e colaboradores (2002), já as duas outras técnicas, serão tratadas separadamente, nas seções subsequentes, devido as suas características específicas.

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3.1.1 Fotogrametria digital baseada em fotos convergentes

A técnica baseada em fotos convergentes é a situação mais utilizada, atualmente, em levantamentos arquitetônicos, permite uma variedade maior de produtos, além de ser um método mais preciso.

Uma vantagem na utilização de várias imagens é a melhoria do processo de calibração da câmera, aumentando a precisão no caso de câmeras sem calibração ou com calibração desconhecida, não ficando restrito às câmeras métricas ou calibradas, o que possibilita uma aplicação mais flexível. Outra vantagem é não necessitar que os eixos ópticos das câmeras estejam paralelos, podendo estar posicionados de forma convergente na vertical/horizontal ou oblíqua. Existindo, ainda, a possibilidade de se combinar o uso de câmeras e lentes diferentes.

A tomada fotográfica deve ser feita de modo que cada ponto do objeto seja visível em pelo menos duas imagens com ângulos de intersecção dos feixes variando de acordo com a precisão requerida; ângulos entre 45 e 90° permitem uma precisão maior, devendo ser evitados ângulos muito fechados (GROETELAARS, 2004). Nesse processo, parâmetros como paralelismo de linhas e de superfícies podem ser computados ao processo, aumentando a precisão e confiabilidade dos resultados (GRUSSENMEYER; HANKE; STREILEIN, 2002). Dentre os programas para processamento das imagens pode-se citar o Orhtoware, PhotoModeler, PhotoScan e Image Master dentre outros.

3.1.2 Fotogrametria digital esférica

A técnica fotogramétrica baseada em panoramas esféricos, chamada de Fotogrametria Esférica, segundo D’Annibale e colaboradores (2011), é uma técnica desenvolvida na Università Politecnica delle Marche, Ancona, Itália, pelo engenheiro e professor Gabriele Fangi. Essa técnica baseia-se em um tipo de projeção cartográfica onde as imagens são capturadas a partir de um único ponto (estação) de modo a cobrir total (360° sólidos) ou parcialmente o seu entorno, e projetadas em uma esfera virtual.

Para a geração dos panoramas, as fotografias são inseridas em um software comercial para costura (como PTGui), são “costuradas” formando os panoramas. Para que possam ser utilizados na obtenção de informações métricas sobre o objeto, deve-se cumprir certas exigências geométricas rígidas como: a coincidência do centro de projeção das imagens; a compensação tanto da distorção radial quanto os deslocamentos residual, horizontal e vertical. Assim, a imagem final é gerada quase sem qualquer distorção.

Após a costura, os panoramas são projetados em uma esfera virtual de raio R arbitrário (Figura 1a), igual à distância focal da câmera utilizada e, uma vez criada, a esfera virtual é então mapeada utilizando projeção equiretangular (Figura 1b). Nessa projeção, os meridianos e paralelos são representados por linhas retas verticais e horizontais, igualmente espaçadas e, os dois polos por linhas retas de comprimento igual ao do equador.

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Figura 1 - Panorama esférico (a); pontos sobre a esfera e projeção equirretangular com marcação dos pontos correspondentes à superfície esférica (b).

(a) (b)

Fonte: Adaptado de WAHBEH, 2011.

A Figura 2 (a) mostra a restituição da fachada da Igreja de Anime Sante em L’Aquila (Itália), utilizando cinco panoramas (Figura 2b) com resolução de 10.000 x 10.000 pixeis, feita através da técnica de Fotogrametria Esférica.

Figura 2 – Igreja de Anime Sante: desenho da fachada (a); panoramas utilizados (b)

(a) (b)

Fonte: D’ANNIBALE et al., 2011.

Para Fangi (2013) as vantagens de utilização da Fotogrametria Esférica são muitas, desde a velocidade para aquisição das imagens fotográficas, a cobertura de até 360º (ângulo de varredura), a alta resolução das imagens panorâmicas, a integralidade da documentação, até a ausência de distorções de perspectiva, que são estimadas e corrigidas pelo próprio software de costura.

4 PADRÃO CITYGML

De modo geral, existe a necessidade de integrar diferentes técnicas de levantamento, como: fotogrametria, varredura a laser terrestre ou aerotransportada, entre outros para que se possa tirar partido das vantagens oferecidas por cada uma. Assim, os esforços concentrados no uso e integração de dados procedentes dessas diversas fontes, acarretam uma grande quantidade de dados, tornando complicada a geração de modelos geométricos, principalmente, por métodos manuais. Para automatização do processo foram levantados quatro principais questões:

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Integração de dados de diferentes fontes como ortofotos (formato raster), Modelos Digitais de Terreno (MDT), e elementos vetoriais 3D com atributos associados.

Reconhecimento de grande quantidade de dados com atributos associados e georreferenciados.

Utilização de diversas ferramentas para gerar modelos com geometria e informação semântica.

Custo e tempo na geração dos modelos.

Com o intuito de resolver tais problemas, foi desenvolvido o padrão City Geography Markup Language (CityGML), tendo como objetivo uma definição comum de entidades básicas e atributos para o modelo virtual de cidades, possibilitando a interoperabilidade com modelos de outras fontes como Sistema de Informações Geográficas (SIG) e Modelagem de Informação da Construção (BIM).

Atualmente, são vários os modelos geométricos de cidades apresentados, tanto no meio científico quanto em eventos promovidos por empresas (ESRI, Bentley Systems, Intergraph, etc.). O maior desafio continua sendo a interoperabilidade entre esses dados, bem como a ambiguidade nas descrições de objetos, o nível de detalhe e, também, a manutenção de propriedades e da textura (BUYUKSALIH; ISIKDAG; ZLATANOVA, 2013).

Segundo Kolbe (2008), o CityGML é um padrão internacional para representação de modelos geométricos de cidades adotado pelo Open Geospatial Consortium (OGC)4, que fornece uma referência para descrever objetos 3D em relação a sua geometria, semântica, topologia e aparência. Essa forma de representação foi adotada, inicialmente, pelos membros do OGC e, atualmente está sendo implementada em toda Europa, Canadá, Oriente Médio e Ásia e adaptada como parte do projeto de infraestrutura de dados espaciais da União Europeia – INSPIRE.

O CityGML é aplicável tanto em grandes áreas quanto em pequenas regiões, uma vez que modelos de baixa complexidade, sem topologia e pouca informação semântica ou modelos mais complexos, com topologia completa e diferenciações semânticas refinadas, podem ser representados permitindo a troca de informações, sem perdas, entre diferentes sistemas de informação geográfica e usuários. Sua primeira versão foi aprovada em 2008, a seguinte em 2012 (versão 2.0) incluiu novos módulos temáticos para túneis e pontes, modelagem a partir de dados de edificações, atributos genéricos que facilitam a sua implementação, além de permitir a migração dos dados gerados pela versão 1.0 (CITYGML, 2012). Conforme ilustrado na Figura 3, esse padrão representa os objetos em cinco níveis de detalhe bem definidos (Level of Detail – LoD), cada um desses níveis de informação deve ser elaborado com valores de precisão e características adaptadas à escala de representação requerida para sua aplicação, indo do LoD 0 (modelo menos detalhado) ao LoD 4 (modelo completo incluindo o interior de edificações), conforme a seguir:

4Consórcio internacional composto por agências governamentais, organizações de investigação, universidades e mais 435 empresas privadas com o intuito de desenvolver padrões geoespaciais.

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Figura 3 – CityGML: ilustração dos cinco níveis de detalhe (LoD)

Fonte: adaptado de CityGML, 20135.

LoD 0 – Modelo Digital do Terreno com uma precisão de 5,0 m, com representação dos contornos das edificações (footprint) ou dos polígonos dos telhados, com a possibilidade de aplicação de textura obtida a partir de imagens aéreas ou de satélite.

LoD 1 – nesse nível de detalhe representam-se somente os objetos maiores de 5,0 x 5,0 m e Modelo Digital do Terreno com acréscimo de modelos simplificados de edifícios, que podem ou não ter as texturas das fachadas aplicadas.

LoD 2 – seria o LoD 1 com mais detalhes, com acréscimo da cobertura das edificações, e precisão de 2,0 m.

LoD 3 – modelo detalhado do exterior das edificações com precisão de 0,5 m, apresentando também o mobiliário urbano e vegetação com aparência real.

LoD 4 – modelo detalhado incluindo o interior das edificações com precisão de 0,2 m.

O nível de detalhe escolhido dependerá da finalidade a que se destina o modelo geométrico gerado.

5 EXPERIMENTAÇÃO – INTEGRAÇÃO DE DADOS

A fase experimental desta pesquisa consistiu na modelagem geométrica de um pequeno trecho do Centro Histórico de Mucugê (Rua Rodrigues Limas e edificações isoladas da Rua Direita do Comércio), cidade localizada na na região da Chapada Diamantina, estado da Bahia, distando cerca de 440 km de Salvador. Mucugê, assim como outras cidades da Chapada Diamantina, possui grande importância devido a sua elevada biodiversidade, acervo histórico originário do ciclo do ouro e do diamante (séculos XVIII e XIX) e seu patrimônio arquitetônico. A cidade teve seu conjunto arquitetônico e paisagístico, incluindo o “cemitério Bizantino”, tombados pelo IPHAN em setembro de 1980, sendo classificada integralmente com grau de proteção 1 (GP1). Esse acervo, com edificações de influência neoclássica e neogótica do século XVIII ao final do século XIX, preserva as características construtivas e culturais da história socioeconômica da Bahia, desde a descoberta até o povoamento das lavras diamantinas (IPAC, 1980, p. 257).

5.1 Materiais e Métodos

A abordagem utilizada para a obtenção dos produtos utilizando fotogrametria baseada em fotos convergentes, estão resumidos nas seguintes etapas: aquisição das imagens (câmera NIKON D300, com resolução de 12,3 megapixeis e objetivas com distância focal fixa de 12 e 20 mm); determinação dos parâmetros de orientação interior, orientação exterior e obtenção

5 Disponível em: <http://www.citygml.org>. Acesso em: set. 2013.

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das ortofotos (programa Photomodeler Scanner 2012), vetorização das imagens e determinação da altura das edificações (AutoCAD)6.

Na obtenção dos modelos utilizando fotogrametria esférica, a tomada fotográfica foi realizada com a câmera Canon EOS 60D, com resolução de 18 megapixeis, objetiva com distância focal 28 mm, em um tripé com cabeça esférica de modo que o centro de projeções permanecesse fixo durante toda a fase de tomada e que todo o objeto fosse registrado. A segunda fase consistiu na geração dos panoramas esféricos (programa PTGui) a partir da exportação utilizando projeção equirretangular. Assim, iniciou-se a fase de orientação dos mesmos, utilizando o pacote Sphera7, onde a partir do posicionamento das estações fotogramétricas e da identificação de pontos homólogos foi obtida a posição relativa entre os panoramas realizada a restituição fotogramétrica no AutoCAD para geração dos modelos em "estrutura de arame" (wireframe).

A Figura 4 apresenta os panoramas utilizados para obtenção do desenho de restituição das fachadas principais, realizado a partir da reconstrução da geometria tridimensional.

Figura 4 – Fotogrametria esférica: imagens panorâmicas8

Fonte: Gabriele Fangi, 2013.

Já as Figuras 5a e 5b apresentam, respectivamente, o posicionamento das estações fotogramétricas no momento da tomada fotográfica e o desenho de restituição das fachadas principais.

6 Informações mais detalhadas desses processos podem ser encontradas em Bastian; Amorim, 2012; Bastian, 2013. 7 Maiores detalhes podem ser vistos em Fangi 2007; 2008; 2009; 2010; 2011. 8 A captura fotográfica e a geração dos panoramas foram executadas pelo Prof. Gabriele Fangi (2013) e cedidas a esta pesquisa. As imagens apresentadas são resultado de alterações nos panoramas originais para melhor visualização, sendo os originais utilizados no processo de restituição fotogramétrica.

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Figura 5 – Fotogrametria esférica: posicionamento das estações fotográficas (a); desenho de restituição (b).

(a) (b)

Fonte: Andrea Bastian, 2015.

Os produtos fotogramétricos obtidos a partir das duas técnicas (fotos convergente e esférica) serviram como referência para a modelagem geométrica das fachadas, incluindo a criação de superfícies, realizada em programas específicos de modelagem geométrica, neste caso o Sketchup.

De acordo com Malinverni e Tassetti (2013), o Sketchup é uma ferramenta de modelagem geométrica adequada à visualização e simulação de cidades, sendo altamente compatível e de fácil utilização, possibilitando a criação de modelos com textura e a conversão destes para o formato CityGML, o que pode ser feito através do plug-in Sketchup CityGML que permite adicionar ao modelo, atributos como nome, ano da construção, uso, entre outros.

Para esse trabalho, o LoD adotado para a construção dos modelos geométricos, considerou como finalidade a representação da configuração do sítio histórico para uso em estudos e simulações futuras. Assim, decidiu-se, primeiramente, por um modelo LoD 1, apresentando as feições generalizadas dos edifícios (blocos volumétricos com altura real).

A construção do trecho (Figura 6) foi feita utilizando a base do centro histórico cedida por Humberto Santos (2014) no formato DWG. Esta foi importada no programa Sketchup, onde os contornos externos das edificações (footprint) foram extrudados com altura real obtida a partir dos desenhos de restituição das fachadas.

Figura 6 – Modelo de parcial Centro Histórico de Mucugê – LoD 1

Fonte: Andrea Bastian, 2015.

Como plano de fundo foi utilizada imagem de satélite do Google, obtida diretamente no programa.

Para a geração do modelo com nível de detalhe LoD 2 seria necessária a aplicação das texturas fotorrealísticas, bem como a adição da inclinação dos telhados. Conforme ilustrado na Figura 7, embora fosse possível a utilização das texturas, a difculdade na tomada fotogragráfica e consequente obtenção do modelo geométrico completo das coberturas impossibilitou que se pudesse apresentar o nível de detalhe 2.

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Figura 7 – Modelo de parcial: Trecho da Rua Dr. Rodrigues Lima

Fonte: Andrea Bastian, 2015.

Uma maneira de solucionar o problema seria a extrusão dos contornos dos telhados obtidos a partir da vetorização interativa utilizando imagens de satélite9 (AutoCAD), tendo como resultado a volumetria da edificação para posterior aplicação das texturas (Sketchup). A Figura 8 apresenta o modelo resultante obtido a partir desse processo.

Figura 8 – Modelo parcial com aplicação de textura: trecho da Rua Dr. Rodrigues Lima (a); aproximação (b)

(a) (b)

Fonte: Andrea Bastian, 2014.

O processo mostrou problemas devido à complexidade das estruturas dos telhados e a resolução das imagens, como observa-se na Figura 8 (a), o que impossibilitou a identificação correta da inclinação das coberturas, assim como, a textura semelhante dos telhados dificultou a determinação dos limites das edificações.

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As facilidades oferecidas pela fotogrametria digital terrestre, utilizada na pesquisa, vão desde a portabilidade do equipamento, custo baixo, ao tempo reduzido de processamento em gabinete. Os produtos fotogramétricos obtidos (ortofotos) serviram como base para a obtenção de desenhos das fachadas, através de técnicas de vetorização interativa de imagem para extração de feições, com nível de detalhe elevado. Esse produto também foi utilizado no fornecimento de dados (altura real das edificações) para a geração de modelos geométricos tridimensionais demonstrando a possibilidade de utilização para outro fim que não a

9 As imagens de satélite utilizadas nesta pesquisa foram cedidas por Humberto Santos (2014).

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documentação. Para isso, foi escolhido o Sketchup devido à sua capacidade de exportação em diversos formatos, custo acessível e facilidade de aprendizado, além de permitir, a partir da instalação de plug-ins, a adição de atributos como informações sobre tipologia, estilo arquitetônico, estado de conservação e etc.

Assim, os modelos gerados podem ser exportados e utilizados em outras aplicações, como também, fornecer informações por medições, análises, criação de vídeos, divulgação, além de possibilitar a disponibilização dos modelos geométricos na Internet.

As maiores limitações encontradas, para a integração dos dados, foram em relação às textura das coberturas das edificações, obtidas nas ortofotos, que não apresentaram qualidade satisfatória, mesmo com a seleção da fotografia tomada mais próxima ao eixo ortogonal. Assim, para que se pudesse utilizar na geração do modelo tridimensional fotorrealistico, essas foram editadas em programa específico para posterior sobreposição nas ortofotos.

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