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4 TÉCNICAS DE LEVANTAMENTO TESTADAS

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS PROGRAMAS TESTADOS

4.2.1 PhotoModeler Scanner

Descreve-se, a seguir, a síntese do fluxo de trabalho para utilização da ferramenta PhotoModeler Scanner (Figura 75).

Figura 75 – Síntese do fluxo de trabalho no programa PhotoModeler

4.2.1.1 Calibração da câmera

Para que o programa possa realizar a orientação interior é necessária a calibração da câmera. O PhotoModeler fornece os modelos das folhas para calibração, disponíveis para impressão, podendo-se optar por dois tipos de malha, dependendo das dimensões do objeto a ser fotografado e da precisão requerida no levantamento.

 Single Sheet Calibration (Figura 76a) com malha de calibração composta de 144 pontos e quatro alvos codificados localizados nas bordas, large sheet – 36 x 36” (usada para objetos de tamanho médio) ou single sheet – 8,5 x 11” (usada para objetos pequenos ou levantamentos que requeiram menos rigor); e

 Multi Sheet Calibration (Figura 76b) utiliza folhas com cinco alvos codificados em cada uma delas. São impressas tantas folhas quanto necessárias para cobrir a área de calibração (geralmente doze folhas), sendo que o diâmetro dos alvos não deve ser menor do que dez pixeis.

Figura 76 – Folhas de calibração PhotoModeler: single sheet (a); multi sheet (b)

(a) (b)

Fonte: www.photomodeler.com

As folhas devem ser fotografadas (seis a doze fotografias) a partir de quatro estações diferentes, considerando que:

 os parâmetros da câmera (distância focal, resolução, abertura do diafragma) devem ser os mesmos durante a calibração e o trabalho em campo;

 todas as ferramentas automatizadas da câmera (rotação, foco, contraste, redução de vibração da lente e etc.) devem estar desligadas;

 os pontos de controle devem estar visíveis em todas as fotos, com alta resolução e, a fotografia deve cobrir toda a malha de pontos;

 a folha deve estar fixa sobre uma superfície plana, com bom contraste e sem sombras projetadas; e

 as tomadas fotográficas devem ser feitas em ângulos de aproximadamente 45° da malha e 90° entre as tomadas.

Conforme demonstrado no Quadro 6, as fotografias devem ser tiradas posicionando-se a câmera na horizontal e vertical, no caso de seis fotos, sendo quatro na horizontal e duas na vertical, girando-se a câmera no mesmo sentido; para oito fotos, quatro na horizontal e quatro na vertical, girando-se a câmera no mesmo sentido; e, quando se utilizam doze fotos, quatro na horizontal, quatro na vertical, girando-se a câmera no sentido anti- horário, e quatro na vertical, girando-se no sentido horário.

Quadro 6 – Posicionamento da câmera e número de fotografias para calibração

Número total de Fotografias

6 4 2

8 4 4

12 4 4 4

Fonte: Andrea Bastian, 2014.

Após a tomada fotográfica, para a calibração no PhotoModeler é necessário iniciar um novo arquivo, escolhendo-se a opção Camera Calibration Project e inserir as fotografias no programa; o próprio sistema identifica o modelo de folha utilizado e executa de modo automatizado o processo, mostrando sua evolução em tela. Ao término do processo, é apresentado um relatório onde estão descritos os dados da calibração, resultados e sugestões caso haja necessidade de melhorar algum dos parâmetros obtidos.

Neste relatório é importante observar que o item Last error deve ter valor menor do que 1, o máximo RMS (Root Means Squared) deve ser menor que 0,5 pixel, o máximo residual deve ser menor do que 1,5 pixeis, sendo que o ideal para que se tenha um projeto preciso, é que todos os residuais sejam menores do que 1 pixel.

Caso necessário, para melhorar a qualidade da calibração, é possível referenciar interativamente os pontos que não foram detectados anteriormente, refazer o processo

de calibração removendo a opção 1 (Automatic Marking) no menu Options e verificando novamente a qualidade dos resultados. Ao término do processo, existe a opção de adicionar o arquivo de calibração à biblioteca do programa, ou salvá-lo em outro diretório, para que se possa utilizar em novos projetos.

Uma vez que se tenha o arquivo de calibração da câmera, passa-se ao processamento das imagens para a geração das ortofotos.

Nesse projeto foram utilizados dois arquivos de calibração, um para a objetiva de 12 mm e outro para a de 20 mm, gerados a partir da opção Single Sheet.

4.2.1.2 Restituição

As fotografias da fachada são carregadas no programa e, para se obter a orientação relativa, é necessário identificar os pontos homólogos em pelo menos duas fotos. Essa operação permite que o programa, a partir da interseção dos raios da fotografia, determine sua posição relativa e a posição dos pontos no modelo; na maioria dos casos, após a identificação de seis pontos homólogos já é possível realizar a orientação. O próximo passo é a criação das superfícies para geração do modelo geométrico, com aplicação de texturas reais obtidas através das fotos.

A etapa seguinte é a correção da escala e orientação do modelo, feita por meio da identificação de dois pontos que atendam aos seguintes critérios: estejam visíveis em várias fotos e em uma linha, eixo, elemento horizontal ou vertical, bem definidos. Assim é processada a orientação absoluta do modelo.

É importante verificar a qualidade dos pontos93 e os erros residuais encontrados, para que o posicionamento do ponto da imagem seja melhorado. O erro residual máximo (RMS) é uma medida da qualidade do projeto e corresponde à distância, em pixeis, entre o ponto marcado (interativa ou automaticamente) em uma foto e a projeção associada a esse ponto no espaço tridimencional. Essa precisão pode ser afetada por fatores como a qualidade da calibração da câmera, os ângulos entre as tomadas fotográficas e a qualidade da orientação da foto (PHOTOMODELER, 2014).

93 A qualidade do ponto representa a precisão das coordenadas do ponto (Point Precision) . Estes valores

Após a orientação externa, a determinação das superfícies e a aplicação das texturas, é possível a visualização do modelo fotorrealístico do objeto fotografado e a exportação de produtos (modelo wireframe, modelo fotorrealístico, ortofoto).

4.2.2 Orthoware

No programa Orthoware, o fluxo de trabalho consiste em carregar as fotos no programa, relacionar os pontos homólogos nas imagens, o que pode ser feito manualmente, ou por meio de um processo automatizado em que o sistema analisa as características de uma imagem e as relaciona com os pontos homólogos nas imagens restantes, formando pares de pontos com precisão de 1-3 pixeis (MARTOS et al., 2008).

Para a orientação interna não é necessário o arquivo de calibração da câmera, pois o sistema utiliza os parâmetros obtidos por meio do arquivo EXIF e dos pontos homólogos. Neste processo, a qualidade dependerá da maneira como foi feita a correlação desses pontos. Pode-se ter uma única calibração para todas as fotografias ou várias calibrações, uma para cada fotografia, caso tenham sido utilizados parâmetros diferentes da câmera no momento da tomada fotográfica. É importante ressaltar que é necessário um mínimo de oito pontos homólogos, em pelo menos três fotos, para que se possa executar a orientação.

Após a orientação, é gerada uma nova viewport (3DScene) em que são mostrados os pontos no espaço e o posicionamento da câmera nas tomadas fotográficas (Figura 77).

Figura 77 – Orthoware: viewport 3DScene

O passo seguinte é a definição da orientação absoluta do modelo, em que é definido um sistema de referência – rotação (eixos x; y; z) do modelo geométrico, o que pode ser feito através da seleção de três pontos (3D), em que o primeiro ponto selecionado define a origem dos eixos, os outros dois a direção dos eixos X e Y e o programa utiliza-se desses pontos para calcular a direção do eixo Z (regra da mão direita); de uma distância conhecida ou pela importação de coordenadas levantadas por topografia. A partir daí, já é possível gerar as superfícies e exportar a ortofoto.

O Orthoware permite a geração de superfícies por meio de nuvem de pontos (Point Cloud

Surface), de superfície definida por meio de duas ou mais primitivas ao longo de uma

direação (loft)94, malhas (mesh), de plano de retificação (rectification plane) gerado a

partir de três ou mais pontos. Após a geração das superfícies é possível exportar a ortofoto definindo a(s) geometria(s) utilizadas (nuvem de pontos, plano de retificação, malhas etc.); a(s) fotografia(s) utilizada(s); e a resolução da imagem resultante (pontos por polegada).