Modelización 3D de Zonas Urbanas con SIG

217 Modelización 3D de Zonas Urbanas con SIG Alejandro Marambio C. [email protected] Joaquim García Strino [email protected] Centro de Política de Suelo y Valoraciones. CPSV. Universidad Politécnica de Cataluña. UPC. Barcelona, España Abstract This paper introduces a methodology for the development of a high quality 3D city model using geographical informational system (SIG) tools and its possible applications in urban planning decision making. The approach used for modelling discusses the use of SIG instead of traditional CAD modelling. The final model includes an average total of 16.468 buildings in an area of 4,5 km_, with over 500,000 polygons. The longer term aim is to incorporate new data to the model including trees, urban furniture, new urban projects and be able to apply real-time queries for use as a public urban planning and evaluation tool. Keywords: SIG 3D, virtual cities, 3D visualization, city modelling Introducción Los encargos de proyectos de modelos urbanos 3D están cada día más en auge. Tanto los propios ayuntamientos como los principales actores sociales del mismo ven en esta herramienta un gran potencial para la toma de decisiones de su municipio. En los años recientes, se han hecho avances significativos en el desarrollo de modelos 3D inteligentes del entorno urbano construido (Batty 2004). La tecnología existe de hoy nos permite visualizar simulaciones de ambientes urbanos muy detalladas de una manera que facilita la interacción. Estos modelos 3D se pueden utilizar como una interfaz para visualizar el entorno urbano existente, para unir información de links a sitios concretos, y para la visualización de proyectos futuros. Este proyecto fue encargado por el Ayuntamiento de Espulgues de Llobregat con el objetivo de dinamizar la toma de decisiones en el territorio gracias a la creación de una herramienta visual inte- ractiva. La adición de una tercera dimensión a nuestra base de conocimiento de sistemas urbanos enriquecerá la capacidad de la simulación de modelos de ciudades y permitirá una mejor integración de la participación ciudadana en la toma de decisiones en un futuro cercano. Metodología Hasta la fecha, la presencia de las tres dimensiones se había limitado al entorno CAD y las consultas de bases de datos a los sistemas de información geográfica en dos dimensiones. La innovación actual se basa en el desarrollo y difusión de los SIG 3D, herramienta que permite visualizar y consultar datos en las coordenadas x,y,z. Actualmente módulos de programas como ArcScene de ESRI permiten visualizar datos de dos a tres di- mensiones y permite su exportación al formato estándar de intercambio 3D “VRML”. Aunque se comparte una aceptación amplia sobre la importancia del papel de la generación de modelos 3D de ciudades, no existe una estrategia concreta para el desarrollo de estos modelos y ninguna de las estrategias adoptadas ha resultado ser la más apropiada. Se pueden identificar dos acercamientos distintos para la generación de modelos de ciudades 3D: * Modelado CAD tradicional * Modelado con Sistemas de Información Geográfica (SIG) La metodología adoptada para el modelo de Espulgues se puede revisar en la siguiente figura: Figura 1.1. Metodología DESARROLLO URBANO/ URBAN DEVELOPMENT Aunque el cambio hacia el SIG 3D no se ha completado todavía y existen varias limitaciones en la generación de edificaciones más complejas, no se ha logrado ligar directamente modelos CAD a las bases de datos. En un futuro próximo internet puede servir como el mejor medio para esta relación. Información Base y postproceso Para la realización del proyecto se facilitó por parte del Ayuntamiento gran parte de la información base. Esta se puede dividir en cuatro campos: * Base de Datos * Cartografía * Modelo Digital del Terreno * Ortofotomapas La base de datos es una de las informaciones que resulta más compleja de tener actualizada. Depende de cada municipio y cada uno maneja una nomenclatura única para sus casos particulares. Así llegamos a tener como código para una planta sótano hasta 14 tipos distintos de nomenclatura. El primer paso es transformar la nomenclatura de niveles a un valor de altura, que más tarde es el valor que utiliza el programa para generar el volumen 3D. La base de datos se preparo en Excel, donde se interpretaron los valores de las nomenclaturas de niveles en valores de alturas La cartografía de base, se dividió por barrios para su tener un manejo más fácil, consta de los siguientes campos, aunque para la representación del entorno se utilizó únicamente el campo de “edificios”: Descripción Plan General Parcelas Manzanas Edificios Término municipal Aceras Ejes de calle Tranvía Curvas de nivel Árboles Containeres Tabla 1.1. Información Base 218 Entidad polígono polígono polígono polígono polígono polígono línea línea línea punto punto de la Cartografía El modelo digital de terreno (MDT) con una resolución de 15 x 15 metros/píxel se obtuvo del Instituto Cartográfico de Catalunya (ICC). Este modelo permite colocar toda la información cartográfica en su altura correspondiente. Se utilizaron dos ortofotomapas a escala 1:5.000 en formato Mr.Sid que cubren el municipio entero, para aumentar el realismo de la superficie del terreno, aunque se identificaron problemas de precisión en las edificaciones con una altura superior a los 20 niveles debido a la deformación del lente de la cámara, es decir que es necesario tener una true-ortofoto para corregir ese error. Mientras que el módulo Arcinfo de Arcgis (ESRI) nos ha permitido trabajar los datos cartográficos y alfanuméricos de una manera rápida y en dos dimensiones. El módulo ArcScene, de la misma casa, nos ha permitido aplicar la tercera dimensión en la proyección de los datos del municipio. Para ello es necesario poder visualizar el MDT correctamente y aplicarlo tanto a la cartografía como a las ortofotomapas. Una vez adaptado el MDT a la cartografía, para conseguir más realidad a la representación, se extruyeron los edificios según una columna cuyos valores fueron interpretados para convertirlos en número de plantas y asimismo en metros de altura. Creando así un modelo 3D preciso. Figura 1.2 219 El modelo final se resume en la siguiente tabla: Tabla 1.1. División del Modelo 3D en barrios Barrios Vidalet Plana Montesa Miranda Mallola Gall Finestrelles Diagonal Clota Centre # Edificaciones 3.039 2.407 934 921 1.492 1.643 674 1.303 1.296 2.759 Visualización A partir de aquí podemos exportar los volúmenes, MDT y ortofotomapas a *.VRML, formato estándar de intercambio de modelos 3D que mantiene el valor Z de los objetos permitiendo así que este modelo pueda ser trabajado con programas de renderizado y se puedan crear películas de una forma más sencilla y personalizada. Figura 1.3 Figura 1.4 Los modelos representados ilustran la visualización de preguntas en bases de datos espaciales subyacentes. La gran # Polígonos 76.876 71.588 26.092 24.408 28.088 47.736 17.908 87.672 39.825 87.340 mayoría de estos modelos son estáticos, y los usuarios no pueden navegar ni consultar el entorno modelado en tiempo real. El objetivo final del proyecto es conseguir un modelo 3D interactivo en el que uno pueda navegar libremente por el espacio municipal y que toda esta información sea gestionada exclusivamente a través de herramientas SIG. Trabajo Futuro Se puede resaltar que los modelos basados en SIG, resultan ser modelos que contienen mayor información y la gestión de su modelización resulta más simple que los modelos estáticos generados con herramientas de CAD. Los modelos SIG 3D son idénticos, en muchos casos a los modelos del CAD. En muchos los casos se generan usando el mismo software y su salida es en las mismas vías. La diferencia, sin embargo, radica en su funcionalidad. Mientras que el modelo CAD no ofrece ninguna funcionalidad al usuario excepto su visualización, la incorporación de un sistema de información geográfico (SIG) permite a usuarios realizar consultas espaciales de los edificios y del espacio construido representado en el modelo del entorno. Los SIG, esencialmente, actúan como a base de datos espacial con una interfaz gráfica para realizar consultas, operaciones, y manipulaciones en datos en el plano espacial. Los modelos de los SIG 3D introducen eso funcionalidad (si los datos los disponen) al modelo CAD. Los usuarios pueden consultar al modelo construido y exponer los resultados visualmente e interactivamente en tres dimensiones en la pantalla. Los modelos de ciudades 3D son una fuente de datos esenciales para realizar una variedad de análisis, por ejemplo estudios de impacto ambiental, estudios de sombras, inundaciones, dispersión del plomo, y para proporcionar conocimiento total de la situación en lo referente a planeamiento. Conclusiones Este trabajo explica el proceso de desarrollo de un modelo urbano 3D complejo con referencia específica a Esplugues de Llobregat como estudio de caso. Se ha discutido el postproceso de la información en cada etapa de la metodología propuesta. Para que este modelo sea útil en el proceso de participación ciudadana, es necesario que se integren al modelo un mayor número de campos y que este se adapte de manera rápida y eficiente a las condiciones cambiantes del proceso de desarrollo urbano de la zona. Esta incorporación y manejo de mayor número de campos al modelo 3D fija una etapa para una discusión más profundizada de la especificación y de ediciones operacionales en el uso modelo. Bibliografía • Batty M, “Visualization in Spatial Modeling”, Working Paper Series CASA UCL. London 2003 • Bendinger A “New approaches in urban simulation and city planning using virtual reality tools”, Chemnitz - Alemania. 2004 • EarthData: Remote Sensing, Mapping, and GIS services organization www.earthdata.com • Environmental SimulationCenter. www.simcenter.org • Gis and Mapping Software. www.esri.com • Guiaro J.”civilizaciondigital.org - La DESARROLLO URBANO/ URBAN DEVELOPMENT • • • • 220 civilización digital” Blaxxun Technologies. 2004 Karner K. “MetropoGIS: A City Modeling System”VRVIS, Research Centre for Virtual Reality and Visualization, Graz - Austria. 2004 Kershner M.”Generating and Managing Virtual City Models with the CITYGRID System” GEODATA IT GMBH. Wien - Austria. 2004 Longley P, “Avanced Spatial Analysis: The CASA Book of GIS”, ESRI Press, London 2003 Shenkar V.”3D-Modeling Technology and Methodology and Virtual Philadelphia Demo” GeoSim Systems LTD. Petach-Tikva - Israel. 2004