SÍNTESE CRÍTICA E INDICAÇÕES PARA O ESTUDO

Procurando fazer alguns comentários sobre as aplicações levantadas, percebe-se que a maioria delas tem objetivos específicos bem definidos, porém distintos entre si. Mesmo assim, pode- se dizer que as que mais se aproximam deste estudo têm um objeto comum: a análise espacial da cidade, utilizando tecnologias SIG, recursos de visualização 3D e informações históricas. Assim, pode-se analisar a complexidade e a repercussão dos sistemas desenvolvidos, assim como as técnicas utilizadas.

A complexidade dos sistemas relatados, com certeza, determinou a necessidade de planejamento para suas implementações. Isso se deve ao fato, principalmente, de tratar-se da

manipulação de grande número de informações procedentes de iconografia antiga, que precisaram passar por processos de conversão de dados antes de serem integrados ao sistema. Além disso, existe a etapa de modelagem de dados, que organiza as feições e os atributos vinculados a elas. Os objetivos de cada pesquisa guiaram estas etapas de estruturação e puderam direcioná-las para diversos fins, como por exemplo: educacional, análise espaço- temporal, evolução urbana, auxílio na tomada de decisões, documentação histórica, concentração de informações e unificação da visualização urbana.

As repercussões das pesquisas, em seus raios de influência, mostraram-nas inovadoras e de extremo valor, abrindo espaço para novas investigações e aplicações cada vez mais direcionadas a resultados, em todos os campos de pesquisa.

Mesmo que as técnicas utilizadas nos projetos tenham sido diferentes, confirma-se o fato de todos eles terem possibilitado o processamento de dados espaciais e não espaciais, produzindo a visualização dos resultados de forma tridimensional e interativa. Na verdade, a maioria dos pacotes de software de SIG permite a modelagem de superfícies de terreno e a visualização de feições em 3D, mas alguns ainda utilizam o recurso da dimensão 2.5D50. Estas feições não são consideradas tridimensionais, pois são feições bidimensionais, nas quais se aplica uma função de extrusão, como em alguns projetos supracitados. Nesses casos, a estrutura de dados do sistema armazena apenas o atributo de altura do objeto, e, no momento da visualização, este é representado. Recentemente, a última geração de software já permite a administração de feições 3D simples, do tipo multipatch, em ambiente SIG, como o ArcGIS 9.0.

Percebe-se que alguns projetos utilizaram técnicas de RV para gerar visualizações tridimensionais interativas, relativas aos SIG desenvolvidos. Este recurso, normalmente, exige grandes investimentos de hardware para obter-se um bom resultado na visualização final. Pacotes de software mais recentes já disponibilizam extensões que possibilitam gerar visualizações com recursos semelhantes, como o ArcScene do ArcGIS 9.0, podendo, também, exportar dados para programas de RV.

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A dimensão 2.5D refere-se àqueles objetos que têm duas dimensões (planas) com atributo de altura, podendo, eventualmente, serem visualizados em três dimensões.

Outra questão relevante é a diferenciação dos modelos pelos seus níveis de detalhe, uma característica que pode ser graduada, de acordo com a finalidade e os recursos disponíveis para a pesquisa, que está detalhada em seguida.

O foco na interoperabilidade tem feito com que muitos grupos de pesquisa internacionais organizem-se em consórcios na busca de uma prototipagem para modelos digitais de cidades, tornando-os intercambiáveis e de fácil compreensão, no campo da visualização digital.

Através da análise crítica das aplicações estudadas e buscando compreender o processo de elaboração de um SIG, com a complexidade tratada aqui nesta dissertação, pode-se dividi-lo nas seguintes etapas (CÂMARA e outros, 1996) e (CARVALHO, 2002):

Modelagem do mundo real: engloba a modelagem conceitual de processos e de dados a partir de questões sobre o fenômeno do mundo real;

Criação do banco de dados geográficos: coleta de dados relativos aos fenômenos de interesse, identificados na modelagem conceitual, tratamento e georreferenciamento dos dados;

Análise Espacial: processo de análise das localidades, atributos e relações das feições de dados espaciais, através de sobreposição de camadas e outras técnicas analíticas, para responder uma questão ou gerar conhecimento. A análise espacial extrai e cria nova informação, a partir de dados espaciais armazenados, reconstruindo visões da realidade;

Saída de dados, associada à visualização cartográfica: instrumento de auxílio no entendimento de fenômenos, processos e estruturas espaciais, além da função de comunicação entre planejadores, técnicos, administradores, pesquisadores e cidadãos. As visualizações podem ser feitas, através de seleções, consultas e classificações, representando objetos espaciais 2D e 3D, além de permitir a composição de layout através de funções de interface gráfica, como elaboração de legendas, inserção de escalas, preenchimento de cores, uso de simbologia, funções de análise espaço- temporal. O sistema de visualização não somente expõe resultados, como também oferece facilidade para manipulação dos elementos visualizados ao permitir a construção de novas consultas.

As características principais de um SIG-3D são a utilização de elementos, como a superfície do terreno e de blocos multipatch ou volumétricos, cada qual com seu respectivo código identificador – ID, que identifica cada feição51 do sistema e aplica-se em cruzamentos com outros dados espaciais e não-espaciais do modelo digital. Segundo alguns autores, essa tecnologia é chamada de SIG-4D, os sistemas de informações geográficas e históricas que englobam a dimensão do tempo (TAKASE e outros, 2004).

A maioria dos modelos digitais de cidades têm sido considerados pelo Centro de Análises Espaciais Avançadas (CASA) como puramente gráficos ou geométricos, negligenciando aspectos semânticos e topológicos. Portanto, esses modelos quase que somente podem ser usados com o propósito de visualização, mas não para processos de análise espacial. Segundo Gröger e outros (2006, p. 6), por causa da reutilização limitada dos modelos há uma inibição do uso mais amplo dos modelos geométricos 3D de cidades. Portanto, uma abordagem mais geral deve ser feita para satisfazer as necessidades de informação dos diversos campos de aplicação. Membros do Special Interest Group 3D (SIG 3D)52, de iniciativa do Geodata

Infrastructure North-Rhine Westphalia (GDI NRW) na Alemanha, desde 2002, vem desenvolvendo o City Geography Markup Language (CityGML), uma tentativa de padronização da informação semântica para representação de modelos 3D urbanos que podem ser utilizados em aplicações distintas. Define as classes e relações para os objetos topográficos de cidades e regiões mais relevantes, com respeito às suas propriedades geométricas, topológicas, semânticas e de aparência física. A importância dessa iniciativa está na busca da redução de perdas durante a troca de informação entre diferentes sistemas de Geoprocessamento e usuários. Esta proposta, que ainda vem sendo discutida e testada, pode ser utilizada para modelos digitais de vários níveis de detalhe, desde os mais simples sem relações topológicas aos mais complexos com visualizações fotorrealísticas.

Tomando essa informação como base, pode-se tentar responder a uma questão inicial desta pesquisa: – Qual o nível de detalhe que o modelo deve satisfazer para alcançar o objetivo do estudo? A versão não definitiva do texto produzido pelo grupo CityGML aponta cinco

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Feição é a representação do objeto do mundo real em um mapa.

52 _{SIG 3D – Special Interest Group é o grupo aberto, que consiste em mais de setenta companhias,}

municipalidades e institutos de pesquisa, que trabalha no desenvolvimento e exploração comercial de modelos geométricos 3D inter-operantes e visualização geográfica. Disponível em: <http://www.citygml.org>. Acesso em: 10 fev. 2007.

possíveis níveis de detalhe (LOD- level of detail) para implementação dos modelos tridimensionais de cidades.

Figura 15 – Os cinco níveis de detalhe (LOD), definidos pelo CityGML. Fonte: Disponível em < http://www.citygml.org>. Acesso em: 10 fev. 2007.

Como exemplo, essa metodologia foi testada, na construção do modelo geométrico 3D da cidade de Berlin (DÖLLNER e outros, 2006, cap.9, p.77), onde foram representados mais de 250 km² da cidade e a geometria espacial das edificações foram capturadas e processadas por tecnologia de laser scanning. As edificações são representadas, em vários níveis de detalhe, incluindo modelos de terreno (LOD-0), modelos de blocos (LOD-1), modelos geométricos (LOD-2), modelos arquitetônicos (LOD-3) e modelos detalhados internamente (LOD-4).

Explicando melhor o termo “nível de detalhe”, Lemmens (2006) o compara com “escala”, e diz que são sinônimos. Depois da criação da base de dados geográficos, o mapa, na tela do computador ou manuscrito, perde sua função de meio de armazenagem de informações e passa a ter apenas sua função original de apresentação visual. Para tanto, o modelo pode ser visualizado, em escalas mais ou menos detalhadas, dependendo da informação disponível na base de dados e do nível de zoom, que se aplica no modelo, ou seja, a escala de visualização desejada.

Tabela 1 – Níveis de detalhe de 0 a 4, ou LOD 0-4, do CityGML com seus requerimentos de precisão

LOD0 LOD1 LOD2 LOD3 LOD4

Descrição da escala do modelo

regional, paisagem natural

cidade, região Bairros, projetos Modelos arquitetônicos (exterior), edificação- marco modelos arquitetônicos (interior)

Classes de precisão mais baixo baixo intermediário alto muito alto Precisão absoluta do ponto 3D (posição/ altura) menos do que LOD1 5/5m 2/2m 0.5/0.5m 0.2/0.2m

Generalização máxima como blocos de objetos

como objetos objetos conforme o real construtivo generalização (classificação do uso do solo) feições generalizadas; > 6*6m/3m feições generalizadas; > 4*4m/2m feições; > 2*2m/1m elementos e aberturas são representadas Edificações - - - efeitos representativos do exterior forma real do objeto Forma e estrutura do telhado

não plano tipo e

orientação do telhado forma do objeto real forma do objeto real Partes projetadas do telhado

- - n.a. n.a. sim

Mobiliário urbano - objetos importantes

protótipos forma real do objeto forma real do objeto Únicos objetos de vegetação - objetos importantes protótipos mais altos que 6m

protótipos mais altos que 2m

protótipos com a forma real dos objetos Abrangência - >50*50m >5*5m < LOD2 <LOD2 … para ser continuado

por outros temas

Fonte: Albert e outros (2003), citado por Groger, G. e outros (2006). (tradução nossa)

Para efeito deste trabalho, foram adotados três níveis de detalhe:

Baixo: para propósitos educativos, de planejamento regional, ou de visão geral;

Intermediário: modelos de terreno com edificações;

Alto: inclui mapeamento de texturas nos objetos modelados, podendo incluir efeitos de luz e de movimento, úteis para reconstruções de monumentos e edifícios individuais, em menor escala e visualização aproximada. Esse nível de detalhe tem um custo muito alto para a modelagem de cidades inteiras. Entretanto, é viável para menores áreas que necessitam de maior detalhe e efeitos realísticos para, por exemplo, permitir comparações com cenários alternativos do mesmo espaço em épocas diferentes.

Essa classificação auxiliou o processo de definição das características do modelo digital que foi implementado como protótipo, neste trabalho, definindo-se que, em uma aplicação voltada para o estudo da variação da imagem da cidade, pode-se usar um nível de detalhe intermediário para o modelo geral e um nível de detalhe alto para representar as edificações- marco que servem de referência visual para sua leitura.

Outra questão levantada, desde o princípio, foi sobre a precisão da fonte iconográfica e seu uso potencial como mapa-base em um SIG. Nesse sentido, Alkhoven (2003) focalizou parte de sua pesquisa no uso de mapas como fonte de dados e o quanto precisos eles eram, questionando: – Existe um método comum, proposta ou técnica para interpretar e extrair informações úteis – tanto de dimensões quanto de conteúdo – dos mapas? Em sua busca exaustiva sobre aplicações de SIG históricos, ela confirmou que há muito pouca informação sobre como os modelos foram construídos, que mapas foram usados como base, qual sua precisão e em que pontos foram submetidos à interpretação. Mas, apontou que há uma clara convergência de técnicas para representação tridimensional de cidades históricas, desde as ferramentas CAD, SIG e as tecnologias de RV. Dessa forma, a combinação de técnicas é capaz de permitir maior controle sobre todos os planos de informação, incluindo os de documentação iconográfica que exigem interpretação visual e comparação com dados cartográficos mais precisos.

Ao usar a cartografia, como fonte de informação visual sobre a história urbana e sua reconstrução, surge a questão de sua origem. As informações visuais, retiradas de mapas, antes de serem consideradas úteis e confiáveis, precisam ser cuidadosamente estudadas. Cada tipo de mapa tem seu propósito específico, convenções de traçado, representação, símbolos e planos de informação (temas). Mapas para uso em estratégia militar, em geral, são relativamente precisos em dimensão, já que o sucesso da estratégia depende de mapas confiáveis. Nesse caso, as dimensões e as distâncias das fortificações são baseadas no estado da arte em artilharia. Mas, já que planos de fortificação são normalmente projetos para as novas fortificações e suas extensões, eles, nem sempre, mostram sistemas viários e a tipologia das edificações. Entretanto, estes planos, freqüentemente, mostram representações detalhadas das fortificações existentes (ALKHOVEN, 2003). Também era usual desenhar planos ou projetos de intervenção sobre mapas antigos. Isso geralmente traz dificuldades em interpretar corretamente as informações do mapa.

A autenticidade, significando neste contexto, o grau de semelhança com o mundo real, de mapas urbanos retirados de livros do tipo “Atlas”, freqüentemente, depende de quem os publicou. O caráter comercial desse tipo de livro, no passado, evidenciava que eram copiados de outros mapas mais antigos. O processo de reprodução ou cópia, logicamente, não é a forma mais confiável de se produzir mapas. Às vezes, pequenos erros, gerados em mapas mais antigos, foram copiados diversas vezes, persistindo por décadas, ou mesmo, séculos.

Quando se trata de modelos digitais, a autenticidade explicita-se através da documentação que descreve a metodologia e os procedimentos utilizados para sua execução. As representações digitais, levantadas e descritas anteriormente, têm em comum a busca pelo apuro das fontes de informação que as geraram. Do mesmo modo, para esta pesquisa, foram coletadas e selecionadas as fontes de iconografia antiga mais representativas para o período estudado e esclarecedoras para servir de base para o modelo urbano digital implementado.

De forma geral, a maioria das representações digitais pesquisadas demonstrou ser adequada às metas esperadas para cada caso específico. Como limitações, é importante ressaltar que, para cada tipo de pesquisa, o nível de detalhe alcançado depende diretamente do nível de informação existente sobre o assunto. Assim como, depende também da disponibilidade de equipamentos para aquisição de dados, do pacote de software utilizado na pesquisa e da capacidade técnica e interdisciplinar da equipe envolvida.

Pelo ponto de vista da tecnologia, as visualizações, que utilizam recursos de Realidade Virtual e da Realidade Aumentada, possibilitam uma maior aproximação do usuário com o modelo digital construído. Por exemplo, os projetos, que utilizam RA, podem ser considerados os que mais reproduzem esta sensação de proximidade, por utilizarem dispositivos eletrônicos, que reproduzem as sensações percebidas pelos sentidos humanos, ampliando a interatividade dos usuários com o sistema. Por outro lado, os Sistemas de Informações Geográficas têm a característica de serem extremamente precisos quanto à localização geográfica, refletindo uma melhor acurácia, nesse aspecto. Mas, nem sempre, têm o objetivo de alcançar um alto grau de visualização da realidade.

Essas indicações foram de extrema importância para a fase de estruturação da metodologia e da elaboração dos procedimentos necessários para desenvolver o estudo de caso, objeto deste trabalho.