OBTENÇÃO DE MDT E CURVA DE PERFIL A PARTIR DE PONTOS ESPARSOS PELO MatLab

OBTENÇÃO DE MDT E CURVA DE PERFIL A PARTIR DE SCANNER 3D REVSCAN

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McDonnel Mayeron, Humberto Diego Aguiar Alves, João Felipe Aguiar
Guimarães
Instituto Militar de Engenharia, Seção de Engenharia Cartográfica –
Praça General Tibúrcio,80, 22290-270, Praia Vermelha, Rio de Janeiro,
RJ, Brasil.






RESUMO

Este trabalho apresenta uma forma de obtenção de um Modelo Digital de
Terreno (MDT), e dele, curvas de perfil, assim como manipulação de software
para gerar tal modelo. O Modelo Digital de Superfície é feito utlizando-se
uma grade regular quadrangular a partir dos dados coletados. Com coordendas
cartesianas em dado refetencial de pontos do terreno, podemos contruir um
modelo 3D do mesmo, esse modelo pode ser usado para extação de perfis de
terreno e outos dados do terreno como curvas de nível. Para aquisição dos
dados foi utilizado o scanner 3D REVscan, para montagem do MDT foi usado o
MATLAB 2013a.

Palavras-chave: MDT, scanner 3d, MATLAB.



ABSTRACT

This paper presents a method of Digital Terrain Model (DTM)
acquisition, and from it, profile curves, as well as software handling to
generate such model. The Digital Terrain Model is made using a regular
square grid from the data collected. Using Cartesian coordinates from
terrain points on a given referential we can make a 3D model of it, from
this model we can extract profile curves and other terrain data such as
level curves. The data acquisition was made using the REVscan 3D scanner,
to make the DTM MATLAB 2013.a was used.

Keywords: DTM, 3d scanner, MATLAB.



INTRODUÇÃO

O Modelo Digital de Terreno é um modelo estatístico matemático da
superfície real onde cada ponto com com coordenadas (X,Y) apresenta apenas
um valor Z associado num dado referencial cartesiano. É utilizado em
aplicações que incluem obtenção de curvas de nível, estudos de inundação de
áreas, jogos de guerra.

Os dados obtidos podem ser trabalhados em uma grade regular de pontos
ou em uma rede triangular irregular. Na grade regular as coordenadas dos
vértices das células são calculadas interpolando-se os dados conhecidos,
essa apresenta maior economia de performance computacional e de espaço,
porém, não representam bem um terreno irregular com muitos desníveis. Já a
rede triangular irregular apesar de maior gasto computacional e pode ser
feita utilziando-se critérios diferents, o mais usado sendo o de Delaunay.

O REVscan é um scanner 3D portátil, vem com placa de calibração de
placas-alvo. Seus dois sensores laser escaneiam a região entre os alvos e
usando as distâncias aos pontos calcula as coordendas dos mesmos relativos
ao primeiro ponto.

O Vxelements é um software de digitalização de superfície da Creaform
3D, empresa especializada em scanners 3D portáteis bem como em software
para manipular os dados escaneados.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o manuseio e funcionamento
do Scanner 3D REVscan bem como de seu software o Vxelements e, em conjunto
com esse, o MATlab 2013.a para geração do MDT e, a partir desse modelo,
gerar curvas de perfil.




DESENVOLVIMENTO

O scanner vem em uma maleta própria junto com fonte de alimentação,
cabo FireWire, placa PCI, para que seja possível a utilização da entrada
FireWire em PC's e notebooks, suporte, alvos de posicionamento e placa de
calibração.

Ao abrir o software próprio, VXelements, ao acessar a aba "Configure"
e, em seguida, "Scanner" e "Configuration", podemos configurar a potência
do laser bem como o tempo de abertura de suas câmeras, a fim de melhor se
adaptar a superfície a ser escaneada e assim, melhorar a qualidade dos
dados obtidos. Para isso, aponta-se o mesmo em direção ao objeto desejado a
uma distância de aproximadamente 30 cm e perta-se o gatilho.

Durante a configuração três situações podem ocorrer de acordo com a
potência refletida:

"Under-exposed" (cinza): a reflexão não é detectada ou o é fracamente;

"Saturated" (vermelho): a reflexão é muito forte, causando confusão no
sensor;

"Reliable" (amarelo): a aquisição de dados da superfície é realizado
de forma adequada.



Figura 1 - Configuração no software

O botão "Auto Adjust" verifica quais são os parâmetros ideais para o
escaneamento da superfície desejada. Tal ajuste pode ser feito de forma
manual movendo-se as barras de potência e de tempo de abertura.

Além da configuração, é recomandada a calibração do aparelho antes de
cada uso uma vez que mudanças no ambiente podem afetar a calibragem do
scanner. Para a calibragem, posiciona-se a placa de calibração sobre uma
superfície plana e sem objetos próximos. Em seguida, no software, ir em
"congiure", "Scanner", "Calibration". Para ativar o sensor pressiona-se o
botão "Acquire", e o "Preview" do scanner para posicionar a cruz do laser
sobre a parte branca da placa, aperta-se o gatilho e afasta-se o scanner
lentamente ajustando a posição cinza com a verde. Após 10 medições na
perpendicular da placa, realizar 4 a 45º de inclinação. Apertar botão
"Optimize Calibration" e seguir as recomendações.



Figura 2 - Tela de calibração

Durante o escaneamento deve-se observar a indicação dos LEDs próximo
ao botão de liga/desliga do scanner. A luz vermelha superior indica que o
aparelho está muito próximo do objeto para fazer uma aquisição, a luz
vermelha inferior por sua vez indica o contrário, que o scanner está muio
afastado do objeto, a luz verde centrl indica distância ótima do objeto.

No Vxelements temos 3 modos de escaneamento, superfície,
posicionamento e por pontos. No superfície os dados são convertidos numa
rede triangular e podem ser exportadosnos formatos comuns como ".txt", é o
modo padrão, no posicionamento o scanner apenas captura os pontos, no modo
pontos o software organiza os dados, o formato é um ".txt" com X, Y, Z de
cada ponto, com origem no primeiro ponto.

Os dados obtidos podem ser editados mudando-se a triangulação ou
apagando superfícies indesejadas que foram adquiridas durante o
escaneamento. Pequenos fragmentos podem ser removidos automaticamente
partindo do modo "Facets" na árvore de projetos, lá, "Facets parameters" e
"Remove isolated patches". Fragmentos maiores podem ser eliminados usando o
botão "Edit Facets" na barra de ferramentas e assim, ter acesso ao "Free
Form Selection" para selecionaros triângulos não desejados, ao clicar em
"Recycle" eles serão excluídos e em "Delete Facets" para apagá-los
definitivamente.

Uma vez escaneados os pontos e excluindo os indesejados, os dados são
salvos em um arquivo ".txt" apenas com as coordenadas. Usando o MATLAB
R2013a carregamos o arquivo e transformamos as coordenadas em uma matriz
onde cada linha representa um ponto e primeira coluna coordenada X, segunda
Y, terceira Z. Depois, transformamos os pontos esparsos em uma grade
regular, feito isso, o programa grava as coordenadas de dois cliques do
mouse e traça o perfil entre os pontos da superfície escaneada e o
representa em um gráfico da altura em função da distância entre os pontos.



Figura 3 – Algoritmo de geração do perfil de terreno e MDT



Figura 4 – Gráfico do perfil do terreno



Figura 5 – Representaçõe do MDT



Figura 6 – Superfície original



CONCLUSÕES

O scanner 3D REVscan se mostrou um instrumento eficiente na aquisição
de dados do terreno e, em conjunto com seu software VXelements na obtenção
de um Modelo Digital de Terreno com opção de usar diferentes triangulações.
Com auxílio do MATLAB podemos ainda passar os dados para uma grade regular
e a partir dela obter um perfil de terreno.