6 MODELAGEM GEOMÉTRICA URBANA
6.1 PADRÃO CITYGML
O padrão CityGML contempla um conceito de modelagem entre diferentes sistemas para a geração de modelos geométricos (3D), tendo um alto grau de interoperabilidade, sendo uma linguagem que permite gestão e interpretação de dados, com diferentes funcionalidades, representações de geometrias e topologias 3D (RODRIGUES et al., 2013). 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. Conforme a Figura 98, ao fornecer um modelo único que permite a inserção de informação semântica relevante a
várias disciplinas, esse modelo torna-se um centro de informações, aumentando a possibilidade de aplicação em outras áreas.
Figura 98 – Padrão CityGML: conceito de integração
Fonte: KOLBE, 2008.
Segundo Kolbe (2008), o CityGML é um padrão internacional para representação de modelos geométricos de cidades adotado pelo Open Geospatial Consortium (OGC)109, 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 – INSPIRE110.
O CityGML teve sua primeira versão 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 (SCUSSEL, 2012). Conforme ilustrado na Figura 99, esse padrão representa os objetos em cinco níveis de detalhamento 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:
109Consórcio internacional composto por agências governamentais, organizações de investigação,
universidades e mais 435 empresas privadas com o intuito de desenvolver padrões geoespaciais.
Figura 99 – CityGML: ilustração dos cinco níveis de detalhamento (LoD)
Fonte: CityGML, 2013111.
LoD 0 – Modelo Digital do Terreno com 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 detalhamento 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 – corresponde ao 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; e LoD 4 – modelo detalhado incluindo o interior das edificações com precisão de 0,2
m.
Conforme apresentado na Figura 100, o nível de detalhamento escolhido dependerá da finalidade a que se destina o modelo geométrico gerado.
Figura 100 – Aplicabilidade do padrão CityGML
Fonte: KOLBE; RÖNSDORF, 2008.
As representações tridimensionais de cidade desempenham papel cada vez mais importante sendo uma fonte de informação e visualização de dados utilizados para variadas aplicações.
6.1.1 Semântica
O modelo semântico do CityGML emprega a norma ISO 19100 para modelagem de características geográficas (abstrações do mundo real) formalmente especificadas, utilizando-se notação Unified Modeling Language (UML), podendo ter um número arbitrário de atributos espaciais e não espaciais. O CityGML fornece as definições de classes e regulamentos normativos para as características geográficas mais importantes dentro dos modelos virtuais, incluindo edifícios, Modelo Digital do Terreno (MDT), vegetação, rios e mobiliário urbano. A Figura 101 mostra a hierarquia de classes de nível superior; a classe base de todas as classes temáticas é o CityObject (classe abstrata), cada CityObject pode estar ligado a objetos em outros bancos de dados internos ou externos por um número arbitrário de referências, sendo que essas referências podem levar a outras representações do objeto em outro conjunto de aplicações, o que é útil, uma vez que mantém o link para os objetos originais a partir dos modelos geométricos
derivados. Esses CityObject são agregados formando um CityModel que é uma subclasse GML_Feature.
Figura 101 – CityGML: diagrama UML da hierarquia de classes de nível superior
Fonte: KOLBE, 2008.
Conforme se observa na Figura 102, a classe principal utilizada no modelo é a
AbstractBuilding, derivada de outras duas classes Building e BuildingPart. A classe Building pode conter BuildingPart, uma vez que é derivada de uma AbstractBuilding;
essas classes são descritas por atributos, herdados da AbstractBuilding, como função, uso, ano da construção, tipo de telhado etc.
Figura 102 – CityGML: modelo classe Building e BuildingPart
Fonte: WAGNER et al., 2013.
De acordo com o Quadro 8, a partir do nível LoD 2, as superfícies de contorno dos prédios e suas partes podem ser representadas como objetos semânticos. Como esses
são derivados da classe CityObject herdam seus atributos e relações; apenas em LoD 4 os edifícios estão autorizados a ter rooms.
Quadro 8 – Exemplos de classe AbstractBuilding
Fonte: OpenGIS® City Geography Markup Language (CityGML) Encoding Standard 6.1.2 Geometria
O CityGML utiliza um modelo de geometria baseado na norma ISO 19107112, em que características geográficas são representadas como objetos e, de acordo com a norma ISO 19109113, podendo ser atribuídas mais de uma propriedade espacial, o que é feito nas classes AbstractBuilding, onde são atribuídas geometrias individuais para os diferentes níveis de detalhamento.
6.1.3 Topologia
Para muitas aplicações, a correção topológica de objetos é crucial, como, por exemplo, o fechamento das superfícies de um edifício para que se possa calcular seu volume. Para a visualização dos interiores (LoD 4), os ambientes devem ser topologicamente ligados, mas não estão autorizados a invadir espaços uns dos outros, uma vez que o espaço só pode ser ocupado por um único objeto físico.
112 A norma ISO 19107 - Geometry Implementation of the Feature Geometry Abstract Specification, foi
publicada em 2003 e revista em 2007.
6.1.4 Aparência
Informações sobre a aparência das superfícies são consideradas como parte dos modelos, não se limitando a características visuais, podendo conter categorias arbitrárias como radiação infravermelha, redução de ruído, emissão de luz ou até mesmo estresse estrutural induzido (terremoto); portanto, os modelos podem servir tanto para visualização como para análise.
6.1.5 Coerência entre espaço e semântica
A norma ISO 19109:2005114 (Geographic information – Rules for application schema), para a modelagem de características geográficas, implica uso de classes de objetos temáticos de um lado e propriedades espaciais de outro. No padrão CityGML, objetos como edifícios podem ser decompostos tanto segundo sua estrutura temática como pela sua estrutura geométrica, o que significa que em um conjunto de dados coerentes, cada componente da geometria do objeto “sabe” qual o papel que desempenha na característica temática, que, por sua vez, “sabe” a sua localização e extensão espacial.