Nuvens de pontos por fotografias e modelos densos em 3D
Nos últimos anos, a inovação tecnológica tem sido um diferencial importante na vida das empresas e das pessoas. Esse avanço da tecnologia, nas suas mais diferentes formas, dificilmente seria imaginado há 10 ou 15 anos para o usuário comum. Uma das áreas beneficiadas por esse progresso é a de cartografia/mapeamento/geomática, uma vez que a inovação tem sido um importante fator de alavancagem de novos negócios.
Entre as muitas técnicas inovadoras que surgiram, destaca-se o levantamento por nuvens de pontos, as famosas point clouds, sendo a tecnologia Lidar a mais conhecida e já consagrada como laser scanning.
Essa forma de levantamento, seja terrestre ou aéreo, tem sido amplamente utilizada nas mais diversas áreas da engenharia e a cada dia surgem abordagens inéditas. Contudo, há que se destacar que não são somente os laser scanners que produzem nuvens de pontos, e a geração por meio de fotografias está ganhando espaço de forma muito rápida.
A geração das nuvens de pontos é feita através da correlação de pixels nas imagens, utilizando técnicas avançadas de fotogrametria. Num primeiro momento, é produzida uma nuvem de pontos esparsa, usada para determinar os parâmetros de orientação das fotos, ou seja, as coordenadas XYZ e os ângulos de atitude ômega, phi e kappa. Soma-se a isso a informação da cor do ponto, formando, assim, uma nuvem de pontos em 4D. Além disso, a nuvem de pontos esparsa é usada para determinar e refinar os parâmetros de calibração das câmeras, cuja base será o conjunto de imagens.
Após esse processo, inicia-se a produção de um modelo denso, em que é criada uma malha (mesh), realizando a varredura pixel a pixel nas imagens, fazendo a renderização e, posteriormente, criando texturas a partir das fotografias tiradas de diversos ângulos.
Tal técnica não tem sido ignorada pelos gigantes da tecnologia. A Intergeo 2012, realizada na Alemanha, apresentou os novos avanços da área e a oferta de produtos e serviços relacionados a ela se expandirá muito rapidamente, devido ao realismo apresentado. Nokia, Google, Apple, Microsoft e Autodesk são algumas das empresas que estão apostando muito alto nessa tecnologia como forma de inovação de produtos e serviços.
A Nokia investiu pesado e saiu na frente, com o Nokia Maps 3D, cujo realismo das texturas das cidades apresenta detalhes impressionantes. Já a Google, em setembro, ampliou a disponibilidade de imagens com vista lateral de 45° para mais locais, que formarão a nova base das cidades em 3D incluídas no Google Maps em um futuro próximo. A Microsoft, por sua vez, lançou através da sua subsidiária Vexcel a plataforma Geosynth, para formação de modelos 3D georreferenciados, e deve anunciar, em breve, novos serviços usando essa tecnologia, enquanto a Apple comprou a C3 Technologies, que detém essa tecnologia, e também disponibilizará modelos em 3D, tendo confirmado recentemente que tem enviado aviões para fotografar várias cidades usando a tecnologia “spy-on-the-sky”, com altíssima resolução de imagens. A Autodesk não fica atrás e lançou recentemente a plataforma 123D Catch, focando basicamente na modelagem de pequenos objetos.
Com a popularização dos tablets e smartphones, há certamente uma corrida para ver quem consegue oferecer os mapas mais realistas possíveis para uso com a realidade aumentada. Dessa forma, amplia-se a possibilidade de novas abordagens de marketing com uso da realidade virtual.
Isso se traduz em modelos digitais de elevação altamente realistas, com um detalhamento que somente o laser scanner disponibilizava. Uma das vantagens disso é que em um mesmo sobrevoo é possível gerar o Modelo Digital de Elevação (MDE) e também as ortofotos, agregando valor ao produto/serviço prestado.
Longe do lugar comum…
Um ponto importante é que a técnica de tomada de fotografias foge do formato clássico de fotogrametria pois, além das fotografias verticais, há a necessidade de fazer as fotografias inclinadas, com maior sobreposição, voando mais baixo e mais lentamente, justamente para que a modelagem adquira o realismo necessário.
Além das fotografias aéreas, outro uso desta técnica que está aumentando imensamente é o das fotografias terrestres a curta distância e, neste caso, sem a necessidade de mais de uma câmera operando simultaneamente.
A técnica tem sido utilizada para registro de fachadas de edificações com fins históricos, de taludes de rodovias para visualização de deslizamentos, de frentes de mineração para analisar o corte e a estrutura das rochas. Se um objeto pode ser fotografado de modo circular, com visada em todos os lados, pode-se reconstruí-lo integralmente com altíssima resolução.
O comparativo com o laser scanner “tradicional” revela que ambas as tecnologias têm vantagens e desvantagens. O laser scanner ainda é um pouco mais acurado, ao passo que as fotografias exigem cuidados técnicos específicos em sua tomada, evitando ao máximo áreas de desfoque. Contudo, com o avanço da resolução das câmeras DSLR, principalmente da Canon e da Nikon, que acaba de lançar a D800, com 36 megapixels efetivos, a tendência é que as fotografias igualem em precisão e acurácia o laser scanner.
O laser scanner tem a vantagem de penetrar em áreas com vegetação densa, enquanto as fotografias fazem a varredura do que é visto, ou seja, em cima das árvores. Em compensação, a utilização das fotografias produz o modelo denso (dense mesh) com as cores dos pontos; outra vantagem diz respeito à utilização das texturas das fotografias, sendo esse um fator muito importante para a análise de estruturas e objetos.
Como demonstram as imagens ilustrativas desta matéria, esta tecnologia está disponível no Brasil, sendo ativamente usada pela Incarta Engenharia e Consultoria em projetos de modelagem em 3D e para mapeamento, seja aéreo ou terrestre. Um dos primeiros projetos para mapeamento feito pela empresa com esta técnica foi o levantamento da comunidade de Floresta, em Paranaguá, no litoral do Paraná, que no início do ano de 2011 foi vítima de um deslizamento em decorrência de fortes chuvas. As fotografias e o modelo digital de terreno em alta resolução foram usadas pela concessionária administradora da rodovia e também por órgãos ambientais para visualizar e analisar a extensão do desastre. Recentemente, foi feito o levantamento de uma indústria na região de Campinas, desta vez numa parceria entre a Incarta e a empresa Aerofoto que, ao longo do último ano, tem aperfeiçoado a técnica de tomada dessas fotografias utilizando um helicóptero em voos a 300 metros acima do solo. Outros projetos importantes da empresa incluem o registro de fachadas de prédios, estátuas e objetos históricos para arquivamento.
A tecnologia avança muito rapidamente, proporcionando novas formas de produzir dados, analisá-los e gerar informação, o que é, em essência, a função da cartografia. Quem ganha com as abordagens descobertas todos os dias é o consumidor final, que obtém dados com mais qualidade e agilidade.
Fabricio Pereira Barbosa
Engenheiro Cartógrafo formado pela UFPR, MBA em Gestão de Negócios pela ESIC Business & Marketing School, Sócio-Diretor da Incarta Engenharia e Consultoria Ltda, Consultor em Geotecnologias e Professor de Geomarketing
fabricio@incarta.com.br