ANIMACIÓN VIRTUAL DEL TERRITORIO DEL BILBAO METROPOLITANO

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1 ANIMACIÓN VIRTUAL DEL TERRITORIO DEL BILBAO METROPOLITANO. PUEYO ECHEVARRÍA, Javier Universidad del País Vasco Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Bilbao Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería. epppuecj@lg.ehu.es RESUMEN Este estudio nos mostrará como la combinación de Sistemas de Información Geográfica con tecnologías de Realidad Virtual pueden proporcionar buenas soluciones en la representación virtual del territorio como si nos encontraramos realmente en él, posibilitando su análisis y acciones de planificación estratégica. El área geográfica objeto del trabajo es la ciudad de Bilbao y municipios de su entorno. Esta experiencia, nos permite la visión realística y animación del territorio en 3D. Se ha encontrado para realizar lo anterior un método eficaz, barato y fácilmente comprensible capaz de determinar la situación de un lugar, características y relación física con otros, con el medio y con el hombre. Palabras clave: Topografía y Cartografía, Sistemas de Información Georreferenciados, Realidad Virtual ABSTRACT The study will show how mixing geographical information systems and virtual reality technology can provide a convenient photorealistic cross-platform that makes it possible to explore places as if you were really there for the advancement and optimization of the planning strategy. The geographical area evaluated is the city of Bilbao. It is situated in the north of Spain. That virtual reality experience lets you visit this incredible 3D world. The necessity for doing so has provided a new method efficient, inexpensive and easily comprehensible to all people about the determination of the position of a place, characteristics, relationships with places and adjustment of people to their environment on the earth s surface. Key words: Three-dimensional models, animation, virtual reality, geographical information systems Grupo temático: Topografía, cartografía, sistemas de información georreferenciados

2 1. Introducción En este estudio se van a crear unas imágenes de Modelos Digitales de Elevaciones y por otra parte se va a disponer de la ortofoto digital de la misma zona del territorio de trabajo como textura. Los datos anteriores se van a incluir en un Sistema de Información Geográfica. De este modo las superposiciones realizadas nos mostraran en tres dimensiones el territorio con lo que resultará posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas obteniendo un mejor conocimiento de esa zona. Se van a realizar unos vuelos o animaciones de las imágenes en 3D obtenidas anteriormente con un programa que nos asista y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo. En el caso del vuelo que presentamos el MDT es de resolución (64x64 pixeles) y la textura que da color a esa superficie en relieve es la ortofoto digital, ambos productos referidos a la zona cartográfica 61-II, que comprende la ciudad de Bilbao y los municipios de su entorno y sobre la cual se realiza el estudio. Lo anteriormente expresado nos permitirá cumplir el objetivo de poder acceder a la información territorial y ambiental de una manera sencilla y altamente expresiva determinando la posición de un lugar, características, relación con otros y con el hombre. 2. Desarrollo del trabajo Vamos a ver a continuación como obtenemos la información base de datos geográficos para integrarlos en el Sistema de Información Geográfica de Idrisi y Envi de tal manera que operando en ellos nos permita obtener una visión o vuelo virtual sobre el territorio elegido 2.1 Área de trabajo La zona a evaluar es el área del Bilbao metropolitano que comprende a la propia ciudad y a los municipios de su entorno (Baracaldo, Sestao, Portugalete, Santurce, Sondica, Erandio, Lejona, Getxo...) y reúne a una población aproximada de un millón de habitantes. Se han utilizado en la realización de este estudio, la hoja 61-II y la ortofoto digital de la misma zona geográfica, ambos productos en soporte magnético a escala 1: y pertenecientes al catálogo de realizaciones cartográficas del Departamento de Urbanismo, Vivienda y Medio Ambiente de la Dirección de Ordenación del Territorio del Gobierno Vasco, de esta cartografía la información se ha dirigido en el sentido de operar con las curvas de nivel para la obtención del Modelo Digital de Terreno 2.2 Sistemas de Información Geográfica Un Sistema de Información Geográfica (S.I.G o G.I.S por las siglas inglesas) se puede definir como: Un conjunto de mapas de la misma porción del territorio, donde un lugar concreto, tiene la misma localización (las mismas coordenadas) en todos los mapas incluidos en el sistema de

3 información (Bosque Sendra, 1992). De este modo, resulta posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejor conocimiento de esa zona. En realidad un Sistema de Información Geográfica es útil en cualquier área donde sea necesario el manejo de información espacial. Sirve por tanto un S.I.G, para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas complejos de planificación y gestión Idrisi. Sistema de información geográfica Idrisi es un programa de ordenador, desarrollado por la Graduate School of Geography en la Universidad de Clark, cuyo cometido es ser un sistema de información geográfica y un procesador de imágenes. Como los datos geográficos pueden ser de diferentes tipos, IDRISI incorpora dos formas básicas de capa temática: raster (imagen) y vectorial. Las imágenes raster describen una región del espacio mediante una rejilla de unidades regulares (celdas). Cada una de estas celdas contiene un valor numérico que expresa una determinada característica del terreno en esa localización. Éstas son muy apropiadas para la descripción de datos espaciales continuos. Idrisi para Windows nos permite una muy alta interactividad y flexibilidad para realizar composiciones cartográficas en la pantalla, incluyendo las especificaciones de múltiples capas de información, construyendo y posicionando sobre el mapa anotaciones, barra de escala, textos, permitiendo construir los colores y símbolos. Este análisis se realiza mediante un procedimiento denominado superposición (Overlay), llamado de esta manera porque es idéntico en sus características a la superposición de entidades geográficas mediante mapas confeccionados en transparencias y superpuestos uno sobre otro. 2.3 Obtención, análisis y aplicaciones de un modelo digital de terreno. mdt. A partir de las curvas de nivel se puede confeccionar un Modelo Digital de Terreno mediante alguna aplicación informática como un Sistema de Información Geográfica. También en el momento actual, ya se pueden conseguir realizados por el (I.G.N) Instituto Geográfico Nacional con su Base Cartográfica Numérica 1: (BCN200) y su MDT200 que se define como una malla cuadrada en proyección UTM cubriendo todo el territorio nacional con un ancho de malla de 200 metros entre nodos y cada nodo almacenando su cota correspondiente. Otras fuentes de información son: El Servicio Geográfico del Ejército (S.G.E) y a nivel regional el Gobierno Vasco y las Diputaciones Forales con sus catálogos de productos cartográficos. El análisis de un Modelo Digital del Terreno permite describir una serie de parámetros que caracterizan a una superficie en tres dimensiones. En general, estas funciones proporcionan una potente capacidad de caracterizar un conjunto de fenómenos de gran interés práctico. Se pueden diferenciar dos tipos de medidas diferentes que caracterizan un Modelo Digital del Terreno y, por lo tanto, dos formas distintas de análisis. Por un lado, las medidas que

4 establecen la geometría general de la superficie y que, en lo esencial, dependen de la posición absoluta de los puntos que la forman. Se han definido entre estas medidas las siguientes: altura, pendiente (obtenida calculando la primera derivada matemática de la función altura, esta primera derivada está caracterizada por su gradiente y su orientación) y convexidad (segunda derivada de la altura, definida por convexidad vertical y horizontal). En segundo lugar se pueden estudiar las relaciones relativas entre los puntos de la superficie, como son la medida de la rugosidad o fuerza del relieve, la intervisibilidad entre puntos y, en general, las medidas que establecen cómo se producen los flujos de un líquido sobre la superficie topográfica. Las aplicaciones prácticas de un MDT son muy variadas y diferentes, las podemos subdividir, a grandes rasgos, en dos tipos: 1) El MDT actúa como un estrato más de una base de datos más amplia. En este caso, tanto las propias alturas como los otros aspectos derivados, calculados a partir de ellas: pendientes, orientación, perfil, etc. resultan de gran utilidad para realizar numerosos análisis y estudios. En muchos de los ejemplos que pueden verse en la bibliografía especializada se han podido comprobar la incorporación continua de estas capas temáticas a la resolución de problemas de muy diversa índole, existen además muchas otras posibilidades. 2) Por otra parte, la información contenida en un M.D.T, las altitudes de cada punto, es útil para el estudio del terreno, en especial en Geomorfología, Geología e Hidrografía. En concreto, se pueden hallar aplicaciones sobre las cuestiones siguientes: determinación automática de cuencas de drenaje; clasificación cuantitativa de las formas del relieve; modelado de hechos subterráneos, por ejemplo en Hidrogeología o en Minería. En realidad, una superficie ondulada tridimensional de variación continua se puede considerar formada por un número infinito de puntos, imposibles de manejar en su totalidad. Por ello, es imprescindible generar una versión simplificada, pero lo más fiel posible de ella Realización de un M.D.T. en Idrisi El proceso que usa IDRISI para generar un MDT es el siguiente: Un modelo digital de terreno MDT es en principio un fichero raster, que lo que tiene en cada pixel es un valor de altura. El proceso que usa IDRISI para generar un MDT es el siguiente: A partir de un dxf con curvas de nivel hay que volcar o traducir ese dxf a un fichero vectorial de Idrisi o sea un fichero vec haciendo que cada vector mantenga su z ; luego se vuelca ese vectorial sobre una imagen raster vacia. Hay que rasterizar el vectorial y para eso se utiliza el comando Lineras de Idrisi. La resolución de ese mapa raster tiene que ser la suficiente como para soportar la precisión del dxf original. Una vez que el vectorial ya se tiene en formato raster, la forma de interpolar y dar valor a todos aquellos pixeles por los que no pase ninguna curva de nivel, se realiza con el comando Intercom de Idrisi. En la Fig 1 podemos ver la ortofoto de la zona de estudio y en la Fig 2 el MDT correspondiente a esa zona.

5 ORTOFOTO M.D.T Fig 1 Fig 2 ORTOFOTO + MDT Fig 3 En la Fig 3, se ha realizado la composición del M.D.T con la ortofoto Con estos modelos digitales aumentamos la operatividad sobre el terreno de una manera muy considerable. En nuestro caso lo utilizamos para realizar una representación gráfica del territorio pero también se pueden realizar entre otras las siguientes operaciones:

6 A. MEDIDAS DE LA GEOMETRÍA GENERAL: PENDIENTE - Mapa de pendientes en un Modelo Digital del terreno raster - Otras medidas relacionadas con la pendiente - Convexidad local - Longitud de la pendiente B. ORIENTACIÓN DE LA TOPOGRAFÍA - Cálculo de la orientación en un punto C. ANÁLISIS DEL TERRENO - Curva hipsométrica - Determinación del perfil topográfico - Rugosidad del terreno - Determinación del perfil de alturas en un punto - Puntos críticos del relieve D. DELIMITACIÓN DE CUENCAS DE DRENAJE - Cuenca de drenaje - Tamaño de la cuenca de recepción E. INTERVISIBILIDAD DE LUGARES EN UN MDT F. CÁLCULO DE VOLUMEN BAJO LA SUPERFICIE G. BLOQUES DIAGRAMA EN PERSPECTIVA H. SOMBREADO E ILUMINACIÓN DEL RELIEVE I. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL TERRITORIO J. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE EVENTOS 3. Proceso de generación de un vuelo sobre Bilbao Disponiendo ya del MDT se ha generado un video de vuelo sobre la zona a ensayar para obtener una mejor visualización de la misma. Los productos que necesitamos para generar un vuelo son dos: para empezar un MDT que nos describa el relieve de la zona sobre la que estamos volando o sea, que describa en alturas esa superficie y por otra parte una textura que de color para que cada pixel esté coloreado con determinado tono. Ambas imágenes están georreferenciadas, es decir, para cada pixel en una y en otra imagen sabemos sus coordenadas UTM absolutas de tal manera que la superposición es automática. Por supuesto para generar el vuelo necesitamos un programa que nos asista y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo. Este vuelo ha sido realizado con el programa ENVI. y se ha generado abriendo nuestro MDT y nuestra textura ( ortofoto ), dando una serie de puntos de vista para construir un recorrido y luego requiriendo al programa que, para que la transición entre los puntos de vista sea suave interpole entre ellos una serie de imágenes obteniendo de esta forma la sensación de vuelo. Finalmente, se exporta en un formato de video externo al propio ENVI, para que pueda correr de forma autónoma como el MPEG.

7 En la Fig 4 se presenta una imagen fija del vuelo realizado sobre la zona cartográfica 61- II Fig 4 4. Bibliografía (1) BOSQUE SENDRA, J. Sistemas de Información Geográfica. Ed. RIALP, Madrid, (2) BOSQUE SENDRA, J.; ESCOBAR, FJ.; GARCIA, E.; SALADO, MJ. Sistemas de Información Geográfica. Prácticas con Pc ARCINFO e IDRISI. Ed. RA-MA, Madrid, (3) BRUNET STARELLAS, P.; RUIZ-PEREZ, M. Aplicación de los Sistemas de Información Geográficos Raster al análisis de componentes Urbanos. Actas del IV Coloquio de Geografía Cuantitativa. pp Palma de Mallorca, (4) ESRI ARC/INFO. User s manual. vol.1, DEC/VAX versión 4.0. Redlands, California, (5) GUTIERREZ, J.; GOULD, M. SIG: Sistemas de Información Geográfica. Ed.Síntesis. Madrid, (6) RONALD EASTMAN, J. Referencia de comandos del programa Idrisi. Clark University, Graduate School of Geography. Worcester, Massachussets 1990.

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