Construcción de modelos de ciudad: Una perspectiva arquitectónica a partir de los productos del Institut Cartogràfic de Catalunya

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1 Centre de Política de Sòl i Valoracions Laboratori de Modelització Virtual de la Ciutat Universitat Politècnica de Catalunya Institut Cartogràfic de Catalunya Construcción de modelos de ciudad: Una perspectiva arquitectónica a partir de los productos del Institut Cartogràfic de Catalunya Jennifer Lucena Salas Julio 2012 [ NOTA: el desarrollo de este documento, forma parte de un artículo científico elaborado a partir del trabajo de investigación realizado entre el Centre de Polìtica de Sol i Valoracions en conjunto al Laboratori de Modelització Virtual de la Ciutat ambos pertenecientes a la Universitat Politècnica de Catalunya y el Institut Cartogràfic de Catalunya, el artículo está en proceso de publicación y difusión, por lo que de momento, este documento es considerado información interna. Gracias ]

2 Indice 1. Introducción Planteamiento de la investigación Metodología Metodología propuesta Nueva Metodología Generación modelo edificios Generación modelo terreno Visualización Escala 1:5000 (v2.0) un acercamiento Generación modelo edificios Modelo de terreno Visualización Conclusiones Referencias

3 1. Introducción Hoy en día los productos tecnológicos avanzan de una forma rápida y desmesurada en la búsqueda del continuo avance. Esto sucede en todos los ámbitos profesionales y la arquitectura no escapa a ello. Actualmente existen una gran variedad de programas de dibujo, programación, modelado, etc., que permiten llevar a cabo proyectos arquitectónicos en todas sus escalas de una forma eficiente, precisa y de alta calidad. Sin embargo los pasos iniciales para comenzar un proyecto suelen tomar tiempo y son lentos, ello se debe a que la información primaria (entre otras cosas) como son la ubicación y localización del terreno o parcela, conlleva siempre a la necesidad de buscar cartografía, bases o mapas que permitan contextualizar dicho proyecto. Esta información, la mayoría de las veces suele ser compleja con un alto contenido de datos, sobre todo muy técnicos, difíciles de comprender y manipular, especialmente dentro del ámbito de la arquitectura. Esta complejidad se hace evidente a la hora de proyectar, ya sea en dos o tres dimensiones, por lo que la información cartográfica podría presentarse de una forma mas simplificada, depurada y manipulable, que facilite las siguientes etapas del proyecto, como son propiamente la del diseño y luego la del modelado. La necesidad de elaborar modelos de ciudad ha crecido rápidamente debido a su uso extensivo y aplicación en diferentes campos de trabajo e investigación; ya sea para el estudio y análisis del territorio, catastro, planes de ordenación urbanística o, para la localización y seguimiento de elementos móviles, estudios de impacto ambiental, infraestructuras, análisis acústico y asoleamiento, entre otros. Esto ha hecho necesario que la construcción y desarrollo de los modelos urbanos o de ciudad deban realizarse en poco tiempo y así poder responder a las diferentes demandas del usuario, sin embargo con los actuales métodos y procesos de modelado no es posible ofrecer un producto de precisión y calidad a un corto plazo. Este documento constituye una síntesis de la investigación realizada, en el cual se explican las metodologías propuestas, sus cambios, y la metodología resultante que permite a través de un paso a paso desarrollar modelos de ciudad de manera semiautomática, partiendo de los diversos productos cartográficos que ofrece el Institut Cartogràfic de Catalunya 1 en su página web de forma gratuita. El presente trabajo se ha desarrollado a través de un convenio de colaboración entre el Centre de Polìtica de Sol i Valoracions (CPSV) en conjunto al Laboratori de Modelització Virtual de la Ciutat (LMVC) ambos pertenecientes a la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Institut Cartogràfic de Catalunya (ICC) en el marco del proyecto: Anàlisi de dades i productes del Institut Cartogràfic de Catalunya (ICC) d interès en l ambit de models de ciutat

4 2. Planteamiento de la investigación El Institut Cartogràfic de Catalunya (en adelante, ICC) posee una amplia cartografía, bases y mapas la cual puede ser descargada de forma gratuita: Cartografia topogràfica: 1:1000 1:2000 (v2.2) Base topogràfica: 1:5000 (v2.0) Mapa topogràfic: 1:10000 Base topogràfica: 1:25000 (v1.0) Base topogràfica: 1:50000 (v3.1) Mapas topogràfic: 1: : : : Y en los los siguientes formatos: dgn (MicroStation) dxf (Autocad) kmz (Google Earth / Maps) shp (ArcGis) Esta diversidad y tipo de información es compleja en si misma, ya que su lenguaje y contenido está realizado desde un punto de vista técnico y preciso para el desarrollo de trabajos en el ámbito de la cartografía. Si bien es cierto, esta información es admitida por los diferentes programas de dibujo y modelado, pero es imprescindible pasar por un tratamiento previo de selección para poder obtener resultados a la hora de construir modelos; resultados que en su mayoría no son los esperados, porque la geometría resultante de los modelos suele poseer muchos errores y no es posible optimizarla. Esto explica que el desarrollo de los modelos se elabore en tiempos más largos de los deseados, lo que se traduce en altos costes y más tiempo de trabajo por la necesidad permanente de corrección de todo el proceso. Por ello es importante desarrollar una metodología que permita organizar y tratar la información durante todo el proceso de la construcción del modelo, para que éste se elabore de la forma más óptima y correctamente posible. El objetivo principal de esta investigación es utilizar los diversos productos cartográficos que ofrece el ICC en su página web de forma gratuita, con los programas de dibujo cad y de modelado más utilizados en el mercado por los profesionales del ámbito arquitectónico, lo que permite detectar cual o cuales son las ventajas y dificultades que presentan dichos productos a la hora de ser utilizados como herramientas en el desarrollo de proyectos arquitectónicos y modelos de ciudad. Objetivos secundarios: Diseñar una metodología de trabajo que permita el desarrollo de la investigación. Realizar diferentes demostraciones con los productos cartográficos y programas. Al tener los resultados y su análisis, proponer nuevas estrategias para mejorar el acceso al contenido. Con el material obtenido realizar diversas publicaciones para difusión de la investigación. 3

5 3. Metodología En este apartado se describe la metodología originalmente propuesta y como ésta se reestructuró y modificó para dar paso a una nueva, y así poder alcanzar los objetivos anteriormente planteados. 3.1 Metodología propuesta La metodología propuesta inicialmente para desarrollar esta investigación, se planteo de la siguiente forma: Primera etapa: Planteamiento de la investigación. Metodología de trabajo. Selección de áreas y escalas a trabajar. Selección de programas a utilizar. Segunda etapa: Pruebas de los programas con datos de la web del ICC en las diferentes escalas y con los diferentes archivos. Resultados y análisis. Tercera etapa: Conclusiones. Propuestas para mejorar acceso y manejo de contenido. Producción de material para publicación. En la primera etapa: Selección de sector a trabajar: para este caso Esplugues de Llobregat (municipio de la comarca del Baix Llobregat, en la provincia de Barcelona, Catalunya). Selección de escalas a trabajar: debido a la complejidad propia del proyecto y el tiempo para desarrollar el mismo, solo se seleccionaron dos escalas: una que llamamos arquitectónica (1:1000) y la otra que llamamos urbana (1:5000 / 1:10.000). Hay una tercera escala la territorial (1:25000) que aunque era interesante para desarrollar en esta investigación, se consideró fuera del alcance del proyecto. Selección de programas cad: la selección de los programas cad se realizó a partir de los programas mas utilizados actualmente en al ámbito de la arquitectura, incluyendo un programa paramétrico y otro de software libre. Se agruparon siguiendo un proceso coherente de trabajo entre los mismos: se parte del dibujo en Autocad 2012 y se pasa a SketcUp 8 para modelar, de igual manera con ArcGis 10 y CityEngine. MicroStation es un programa que se pensaba como interlocutor entre los grupos de programas con los que se desarrolla la investigación, para ello es necesario realizar las diferentes pruebas (figura 1). Figura 1. Metodología propuesta AutoCad ArcGis MicroStation SketchUp CityEngine Fuente: elaboración propia. 4

6 Segunda etapa Esta etapa comprendió el desarrollo propiamente de la investigación, se realizaron las diferentes pruebas entre: el territorio seleccionado en sus diferentes escalas, los diferentes tipos de archivo y los programas antes señalados. Luego de realizar diferentes pruebas, se observó que la forma en que se abordaban los datos y la interacción de los programas no era el adecuado. Está metodología presentó diversos inconvenientes y rigidez a la hora del tratamientos de dichos datos, ya que se resaltó la importancia de cómo utilizar los programas entre sí, más que el tratamiento de la información inicial que permitiría la construcción del modelo. Por esta razón cuando se trabajó la información en el programa de AutoCad 2012 (utilizando solo una capa en concreto del archivo) y se pasó directamente al programa SkectUp 8, el proceso de modelado no podía efectuarse de manera eficaz, ya que la información base no estaba tratada y analizada correctamente. En el caso de ArcGIS 10 y CityEngine, aunque son programas que pueden interactuar entre si, cada uno es complejo en si mismo, y las diferentes características para las que están concebidos, fue evidente que no eran compatibles con el planteamiento inicial de la investigación, ni con los objetivos propuestos en esta metodología. Sin embargo, son programas (especialmente CityEngine) que dejan campos abiertos que podrían explorarse en investigaciones futuras. MicroStation no logró utilizarse como programa interlocutor, ya que las pruebas con este programa, no se realizaron. Por consiguiente no se logró finalizar la segunda etapa y por ende continuar con la tercera, lo que conllevó a replantear la metodología y presentar un nuevo enfoque de la misma. La nueva metodología se replanteó a partir de varias preguntas: Cuál es la información básica necesaria para construir un modelo? Cómo sería este proceso? Qué programas los facilitaría? Cómo debe aportar el ICC la información? En la búsqueda de estas respuestas, se propuso la siguiente metodología que permitió construir modelos de ciudad de una forma óptima y semiautomática a partir de la cartografía que posee el ICC. 3.2 Nueva Metodología Al igual que en la metodología inicial, se propone como caso de estudio el municipio de Esplugues de Llobregat, utilizando la cartografía topográfica escala 1:1000 (v2.2), el dtm de 15m y 20cm de resolución. Se seleccionó la escala 1:1000 (v2.2) para la construcción del modelo, debido a que contiene mayor cantidad de información con características arquitectónicas con respecto al resto de bases topográficas y mapas topográficos. Para la construcción del modelo se utilizaron los siguientes programas: AutoCAD 2012 y 3ds Max 2013 de Autodesk y ArcGis 10 de ESRI. Una vez recopilada la información base, fue necesario eliminar aquella información extra que no contribuía a la construcción del modelo, lo que conllevó a un mejoramiento de la misma con el objeto por una parte, de solo utilizar aquella información necesaria a la hora de construir el modelo y por otra, para adaptarla a los requisitos especificados por los diferentes programas que iban a recibirla. Esto dio como resultado archivos más ligeros y con una información más conceptual. Esta información conceptual está compuesta de polígonos que representan los edificios del modelo con geometrías sencillas, lo cuales mantienen sus atributos de altura pero que carecen un valor de 5

7 base a los cuales ser extruidos, por esta razón fue necesario la incorporación del modelo digital de terreno (en adelante, MDT) para obtener este valor y así generar la visualización del modelo en tres dimensiones (en adelante, 3D) y su posterior exportación. Igual sucedió con el terreno, pero en este caso se construye directamente desde el MDT, permitiendo de manera automática visualizar el modelo en 3D y así realizar su exportación. El resultado del proceso fue la creación de un modelo de ciudad, construido de manera semiautomática a partir de una información cartográfica compleja, compuestos de dos modelos (edificios y terreno) los cuales finalmente se integran en un programa de modelado y renderizado y que permiten al usuario manipular de manera sencilla dicha información según sus necesidades (figura 2). Figura 2. Metodología propuesta DTM 15M / 20CM Curvas Curvas Sin huecos Extrusión Cartografía 1:1000 Edificios Con huecos Exterior Resta Extrusión Edificios MODELO 3D Patios Auxiliar Auxiliar Auxiliar ICC BBDD CAD SIG CAD Fuente: elaboración propia. Las fases principales planteadas: Recopilación de toda la información necesaria. Análisis y tratamiento de toda la información original. Generación de nuevos archivos que permiten la construcción del modelo de ciudad: Preparación y depuración de la información vectorial y generación de un nuevo archivo simplificado en formato DXF/DWG. Generación y visualización de la geometría del modelo en formato SHP. Exportación del modelo en formato VRML y generación del modelo de ciudad en formato DWG o 3ds. Posterior renderizado. Paso a paso para la elaboración semiautomática del modelo de ciudad: Modelo edificación Modelo del terreno Información auxiliar Visualización y renderización del modelo de ciudad Generación modelo edificios Para generar la geometría del modelo de los edificios, fue necesario determinar y ordenar el conjunto de información gráfica digital en dos dimensiones (en adelante, 2D). Esta información esta compuesta por entidades vectoriales así como por la información de sus atributos que permiten 6

8 transformar la geometría de estos archivos gráficos de 2D a 3D. Estos atributos corresponden a sus valores de altura y a su clasificación dentro del propio archivo. La calidad de esta información es una de las claves fundamentales que permitió que el proceso semiautomático para generar el modelo, se realizara correctamente. Esta calidad se remite no sólo a la corrección a los diversos errores propios de la digitalización, sino además, al contenido de esta información. Se obtuvo de la pagina web del ICC, un archivo formato DXF a escala 1:1.000 (v2.2), correspondiente a la hoja que abarca varios sectores del municipio de Esplugues de Llobregat, el MDT de 15m y de 20cm. Este archivo contiene la información gráfica en 2D de todos los elementos que conforman el entorno urbano de dichos sectores y está compuesto por 413 capas (con sus respectivos códigos) en donde cada una de ellas representan las diferentes topologías que conforman este entorno urbano (Institut Cartogràfic de Catalunya, 2010). Para iniciar el proceso de selección se abrió el archivo DXF en el programa AutoCad 2012, manteniendo su georreferencia: proyección UTM 31N, European Terrestrial Reference System 1989, correspondiente a Catalunya. Se seleccionaron y eliminaron todas aquellas capas que contenían información vectorial que no aportaban los elementos gráficos necesarios a la hora de construir el modelo. Como resultado se eliminaron 388 capas, restando solo 25 capas, las cuales se clasificaron en seis grupos de la siguiente forma (figura 3): 1_Topografía (MED_06, ORO_01, ORO_02PT, ORO_02TX, ORO_03PT, ORO_03TX, ORO_05PT, ORO_05TX) 2_Vialidad / Acera (COM_070809, COM_17, COM_18) 3_Manzanas (CON_13) 4_Edificios / Polígonos (CON_01, CON_07, CON_08, CON_09) 5_Mobiliario (CON_23, CON_24) 6_Vegetación (VEG_02, VEG_03, VEG_04, VEG_06, VEG_07) Figura 3. Archivos DXF escala 1:1.000 (v2.2) hoja , archivo original y archivo procesado Fuente: elaboración propia a partir de AutoCAD Este nuevo archivo se denomió archivo_procesado y agrupó toda la información necesaria que permite construir el modelo. Para obtener el modelo de los edificios fue necesario trabajar las capas 7

9 correspondientes al grupo 4_Edificios/Polígonos, ya que éstas contienen las diferentes geometrías que representan a todos lo elementos construidos en altura y que constituyen las edificaciones (el resto de las capas quedaron como información auxiliar). Se generó un nuevo archivo con esta información denominado edificios_polígonos. Las cuatro capas que conforman este archivo (CON_01, CON_07, CON_08, CON_09) están compuestas por hatchs 2, regiones 3, polígonos y su valor de altura. En este caso, los hatchs no aportaban ninguna información gráfica relevante, sino que se comportaban como una entidad auxiliar (Institut Cartogràfic De Catalunya, 2010) de sombreado para identificar los elementos que representan, por ello se eliminaron de todas las capas. Una vez realizado este paso, se trabajó con la capa CON_01 ya que esta capa es la que contiene la mayor parte de la información gráfica. En ella se identificaron los polígonos y las regiones. Las regiones representan aquellas áreas que en su interior poseen un hueco (Institut Cartogràfic De Catalunya, 2010). Como el programa ArcMap de ArcGis 10 no es capaz de gestionar correctamente este elemento region, fue necesario transformarlo previamente en polígono. Se seleccionaron todos lo elementos con característica de región y se generó un nuevo archivo llamado región_polígono y en él se reconstruyeron como polígonos las regiones, para ello se utilizaron los comandos explode + pedit + join que permitió de manera manual, crear uno a uno los nuevos polígonos (figura 4). Figura 4. Archivo DXF. Elementos región seleccionados y nuevos polígonos Fuente: elaboración propia a partir de AutoCAD Fue necesario también separar los polígonos que representan el contorno del los edificios de aquellos polígonos que representan el contorno de los huecos y generar un nuevo archivo llamado patios_polígono, esto se debió a que en el momento de trabajar la información en ArcMap, el programa reconoce estos nuevos polígonos como dos entidades independientes y no como un lleno y un vacío, por ello esta información debió separarse, para luego realizar la substracción que permitió generar de manera automática el hueco al polígono correspondiente. Como resultado de este proceso de limpieza y rectificación se obtuvieron tres archivos en formato DWG: 1. Edificios_polígonos: capas: CON_01, CON-07, CON_08 y CON_09 contiene todos los polígonos de las edificaciones. 2. Región_polígonos: capa: región_polígono, contiene los polígonos construidos a partir de las regiones y que representan los contornos de los edificios. 2 Se trata de un tecnicismo que su significado es sombreado. 3 Áreas cerradas de dos dimensiones. Es posible crear regiones a partir de objetos que forman bucles cerrados. Suelen crearse para aplicar sombreados. 8

10 3. Patios_polígonos: capa: patios_polígono, contiene los polígonos construidos a partir de las regiones y que representan los patios de los edificios. Con la información gráfica corregida, se importaron los tres archivos CAD en ArcGis 10: edificios_polígonos, región_polígonos y patios_polígonos, los cuales se tematizaron y se convirtieron en archivos de formato SHP manteniendo siempre su georeferencia. Como se explicó anteriormente, se procedió a generar los huecos correspondientes a los polígonos que se construyeron a partir de las regiones, utilizando la herramienta symmetrical difference que de forma automática realiza la substracción de los elementos que permitió generar los patios a los polígonos. Esto procedimiento creó un nuevo archivo en formato SHP con los polígonos y sus respectivos huecos denominado edificios1_polígonos (figura 5). Figura 5. Archivo SHP substracción de polígonos y Archivo SHP polígonos edificaciones rectificadas Fuente: elaboración propia a partir de ArcGis 10. De este proceso se rectificó la información gráfica, en donde se obtuvo dos archivos en formato shape: 1.- edificios_polígonos: capas: edif_polígonos contiene todos los polígonos de las edificaciones. 2.- edificios1_polígonos: capas: edif1_polígonos contiene los polígonos con sus respectivos huecos. Rectificada esta información, se abrieron los dos archivos en ArcScene de ArcGis. Seguidamente se importó el MDT (archivo tipo txt) de 15m y se le asignó el valor de altura, lo que indica que los valores que ya están asociados con los píxeles del archivo, son los valores que se desean utilizar para su altura. El resultado fue una deformación de la imagen del archivo original (GSAPP, 2012), con una topografía que corresponde a los valores de los píxeles de la capa de datos. Una vez obtenida la información de la topografía, se seleccionó las dos capas de los archivos que contiene los polígonos y a través de las herramientas Base Heights: Floating on a custom surface y Extrusion: Extrusion Value or Expresión Elevetion y Apply extrusion by: using as a value that features are extruded to se extruyeron todos los polígonos hacia el MDT, lo que quiere decir que los edificios se ajustaron a la información del terreno proporcionados por el archivo del MDT. Con los edificios ya extruidos y las alturas de bases correctas, se eliminó la capa del MDT de 15m y se exportó la visualización de la escena en 3D como archivo VRML (GSAPP 2012). Se realizó el mismo procedimiento con el MDT de 20 cm, lo que finalmente generó dos archivos VRML denominados modelo_15 y modelo_20. 9

11 Los archivos VRML exportados de ArcScene son un tipo de leguaje que permite crear ambientes tridimensionales y que en la actualidad solo es posible abrirlo en grupos de programas cada vez más reducido (figura 6). Figura 6. Modelo 3D en base a MDT 15m Fuente: elaboración propia a partir de 3ds Max En este caso fue posible importarlo en 3ds Max 2013 y solo en su versión de 32bits (GSAPP 2012). Es importante que al momento de importarlo se dejaran seleccionadas todas las casillas que aparecen en el primer dialogo por defecto, lo que permitió mantener la georreferenciación, la orientación, y el tamaño del modelo proveniente del VRML. Todas las caras de la malla poligonal se presentaron de forma adecuada y los edificios estaban orientados de forma correcta en el eje Z. A partir de aquí el modelo se pudo exportar como archivo 3ds o DWG. El uso de los dos MDT (15m y 20cm) se realizó para identificar la mejora de la precisión del modelo final, entendiendo que al aumentar esta, también aumentaba de manera significativa el número de caras del modelo. El modelo extruido hacia el MDT de 15m posee: caras El modelo extruido hacia el MDT de 20cm posee: caras Generación modelo terreno Para generar la geometría del terreno se necesitó el MDT de 15m y el MDT de 20cm. Es importante que ésta información haya sido captada con la mejor precisión posible, para así evitar los errores en la topografía del futuro modelo del terreno. Es por ello que la calidad de esta información era fundamental a la hora de generar las curvas de nivel para que este proceso se realizara de forma correcta. Al igual que en el modelo de los edificios esta calidad no solo se debe aplicar a la corrección a los diversos errores propios de la captación, sino también, al contenido de la información de los MDT. El formato ASCII/TXT corresponde a la matriz y georreferenciación y los valores de altura. Solo programas especializados en cartografía son capaces de leer estos tipos de archivo, por ello la propuesta de su transformación a curvas de nivel, es decir, a polilíneas, para su incorporación en programas CAD. El proceso para generar las curvas de nivel es sencillo. Se seleccionó el MDT, en este caso el de 15m y se mantuvo su georreferencia. En el programa ArcScene de ArcGis 10 como primer paso, se utilizó la herramienta Conversión, seleccionando To raster y ASCII to raster, en donde seguidamente apareció un dialogo de pantalla en cual se seleccionó el MDT en el imput ASCII raster file, la carpeta de destino en out put raster, luego Float. Aparece en pantalla el MDT. 10

12 En el segundo paso se utilizó la herramienta Spatial Analyst, en la cual se seleccionó Surface y luego Contour, en el dialogo que aparece Imput raster se seleccionó el archivo generado anteriormente, luego Contour interval dandosele el valor de interpolado (0,10m) a las cotas de nivel que se van a generar, el resto de datos se dejan tal cual aparecen en el dialogo de pantalla. Como resultado, se visualizan las curvas de nivel. Seguidamente se le da valor de altura al MDT y luego a las nuevas curvas. Para finalizar se exportan las curvas como archivo DWG. Este proceso se repite con el MDT de 20cm (figura 7). Figura 7. Visualización de modelo digital de terreno (MDT 15m) y curvas de nivel generadas Fuente: elaboración propia a partir de ArcGis Visualización Para la visualización de la geometría de modelo y posterior renderizado, se importaron los archivos CAD en 3ds Max 2013, tanto el archivo VRML del modelo de los edificios (menor cantidad de polígonos) como el archivo DWG de la topografía (MDT 15m). Como ambos archivo mantienen su georrefencia, las geometrías coinciden sin margen de error. Finalmente, 3ds Max 2013 cuenta con todas herramientas necesarias para una buena visualización arquitectónica, una vez que se agregan la iluminación y cámaras correspondientes se pueden generar imágenes fijas (Figura 8) o videos. Figura 8. Modelo 3D renderizado Fuente: elaboración propia a partir de 3ds Max

13 4. Escala 1:5000 (v2.0) un acercamiento. Aunque la escala 1:5000 (v2.0) no forma parte propiamente de la metodología propuesta, se realizó por separado, una prueba sencilla utilizando la metodología desarrollada anteriormente para observar como se comportaban los archivos y la información del ICC en esta escala. Se obtuvo de la pagina web del ICC, un grupo de archivos formato DXF a escala 1:5.000 (v2.0), correspondiente a la hoja que abarca varios sectores del municipio de Esplugues de Llobregat y el DTM de 15m Estos grupos de archivos (seis en total) contienen la información gráfica en 2D de todos los elementos que conforman el entorno urbano de dichos sectores. Se seleccionaron dos archivos de este grupo: el pp1r040 correspondiente a la planimetría (polígonos) para generar el modelo de los edificios y el ax1r050 correspondiente a la topografía para obtener el modelo del terreno. 4.1 Generación modelo edificios El archivo pp1r040 correspondiente a la planimetría del sector seleccionado, esta compuesto por 237 capas (con sus respectivos códigos) en donde cada una de ellas representan las diferentes topologías que conforman este entorno urbano (Institut Cartogràfic de Catalunya, 2010). Para iniciar el proceso de selección se abrió el archivo DXF en el programa AutoCad 2012, manteniendo su georreferencia: proyección UTM 31N, European Terrestrial Reference System 1989, correspondiente a Catalunya. Se seleccionaron y eliminaron todas aquellas capas que contenían información vectorial que no aportaban los elementos gráficos necesarios a la hora de construir el modelo Como resultado se eliminaron 223 capas, restando solo 14 capas, las cuales se clasificaron en cuatro grupos de la siguiente forma (figura 9): 1_Manzanas (ILL01) 2_Edificios / Polígonos (EDI01, EDI02, EDI03, REC02_PL) 3_Mobiliario (CES03) 4_Vegetación (ARB01, COB01, ELU02, HIV01, RAI01) Figura 9. Archivos DXF escala 1:5.000 (v2.0) hoja , archivo original y archivo procesado Fuente: elaboración propia a partir de AutoCAD Este nuevo archivo se denomió archivo_procesado y agrupó toda la información necesaria que permite construir el modelo. Para obtener el modelo de los edificios fue necesario trabajar las capas 12

14 correspondientes al grupo 2_Edificios/Polígonos, ya que éstas contienen las diferentes geometrías que representan a todos lo elementos construidos en altura y que constituyen las edificaciones (el resto de las capas quedaron como información auxiliar). Se generó un nuevo archivo con esta información denominado edificios_polígonos. La capas que conforman este archivo están compuestas por hatchs, regiones, polígonos y su valor de altura. En este caso, los hatchs no aportaban ninguna información gráfica relevante (igual que sucede en la escala 1:1000 (v2.2)), sino que se comportaban como una entidad auxiliar de sombreado para identificar los elementos que representan, por ello se eliminaron de todas las capas. Una vez realizado este paso, se trabajó con la capa EDI01 ya que esta capa es la que contiene la mayor parte de la información gráfica. En ella se identificaron los polígonos y las regiones. Como se explicó anteriormente, las regiones representan aquellas áreas que en su interior poseen un hueco y el programa ArcMap de ArcGis 10 no es capaz de gestionar correctamente. Por ello fue necesario transformarlo previamente en polígono. Se seleccionaron todos lo elementos con característica de región y se generó un nuevo archivo llamado región_polígono y en él se reconstruyeron como polígonos las regiones. Fue necesario también separar los polígonos que representan el contorno del los edificios de aquellos polígonos que representan el contorno de los huecos y generar un nuevo archivo llamado patios_polígono, ya que en ArcMap, el programa reconoce estos nuevos polígonos como dos entidades independientes y no como un lleno y un vacío, por ello esta información debió separarse, para luego realizar la substracción que permitió generar de manera automática el hueco al polígono correspondiente. Como resultado de este proceso de depuración y rectificación se obtuvieron tres archivos en formato DXF: 1. Edificios_polígonos: capas: EDI01, EDI02, EDI03, REC02_PL contiene todos los polígonos de las edificaciones. 2. Región_polígonos: capa: región_polígono, contiene los polígonos construidos a partir de las regiones y que representan los contornos de los edificios. 3. Patios_polígonos: capa: patios_polígono, contiene los polígonos construidos a partir de las regiones y que representan los patios de los edificios. Con la información gráfica corregida, se importaron los tres archivos CAD en ArcGis 10: edificios_polígonos, región_polígonos y patios_polígonos, los cuales se tematizaron y se convirtieron en archivos de formato SHP manteniendo su georeferencia (figura 10). Figura 10. Archivo SHP substracción de polígonos y Archivo SHP polígonos edificaciones rectificadas Fuente: elaboración propia a partir de ArcGis

15 Para generar los huecos correspondientes a los polígonos que se construyeron a partir de las regiones, se utilizó la herramienta symmetrical difference y de forma automática se realizó la substracción de los elementos que permitió generar los patios a los polígonos. Esto procedimiento creó un nuevo archivo en formato SHP con los polígonos y sus respectivos huecos denominado edificios1_polígonos. De este proceso de rectificó de la información gráfica, en donde se obtuvo dos archivos en formato shape: 1.- edificios_polígonos: capas: edif_polígonos contiene todos los polígonos de las edificaciones. 2.- edificios1_polígonos: capas: edif1_polígonos contiene los polígonos con sus respectivos huecos. Una vez rectificada la información, se abrieron los dos archivos en ArcScene de ArcGis. Seguidamente se importó el MDT (archivo tipo txt) de 15m y se le asignó el valor de altura. Una vez obtenida la información de la topografía, se seleccionó las dos capas de los archivos que contiene los polígonos y a través de las herramientas Base Heights: Floating on a custom surface y Extrusion: Extrusion Value or Expresión Elevetion y Apply extrusion by: using as a value that features are extruded to se extruyeron todos los polígonos hacia el MDT, lo que quiere decir que los edificios se ajustaron a la información del terreno proporcionados por el archivo de mapa de bits figura 11). Figura 11. Archivo SHP visualización modelo edificios Fuente: elaboración propia a partir de ArcGis 10. Con los edificios ya extruidos y las alturas de bases correctas, se eliminó la capa del MDT de 15m y se exportó la visualización de la escena en 3D como archivo VRML (GSAPP 2012), archivo denominado modelo_15. Al momento de importarlo es importante dejar seleccionadas todas las casillas que aparecen en el primer dialogo, lo que permite mantener la georreferenciación, la orientación, y el tamaño del modelo que proviene del VRML. Todas las caras de la malla poligonal se presentaron de forma adecuada y los edificios estaban orientados de forma correcta en el eje Z. A partir de aquí el modelo se pudo exportar como archivo 3ds o DWG. 14

16 4.2 Modelo de terreno El archivo pp1r040 correspondiente a la topografía del sector seleccionado, está compuesto por 237 capas (con sus respectivos códigos) en donde cada una de ellas representan las diferentes topologías que conforman este entorno topográfico (Institut Cartogràfic de Catalunya, 2010). Para iniciar el proceso de selección se abrió el archivo DXF en el programa AutoCad 2012, manteniendo su georreferencia: proyección UTM 31N, European Terrestrial Reference System 1989, correspondiente a Catalunya. El archivo DXF que contiene la información gráfica de la topografía del modelo, ya tiene incorporado el valor de altura de las curvas, por ello se seleccionaron y eliminaron todas aquellas capas que contenían información vectorial que no aportaban los elementos gráficos (centroides, textos, etc) necesarios a la hora de construir el modelo topográfico. Como resultado se eliminaron 223 capas, restando solo 12 capas, las cuales se clasificaron en un grupo: 1_Topografía (COT01_TX, NIV01_LN, NIV02_LN, NIV03_LN, NIV04_LN, NIV06_LN, TAM01_LN, TAM02_LN, TAM04_LN, TAM05_LN, VIR01_LN) Este archivo al poseer valor de altura incorporada en la información vectorial (figura 12) y estar simplificado en sus geometrías y capas, se importó directamente en 3ds Max 2013, para su posterior renderizado. Figura 12. Archivo DXF escala 1:5000 (v2.0) topografía Fuente: elaboración propia a partir de AutoCAD Visualización Para la visualización de la geometría de modelo y posterior renderizado, se importaron los archivos CAD en 3ds Max 2013, tanto el archivo VRML del modelo de los edificios (menor cantidad de polígonos) como el archivo DWG de la topografía (MDT 15m). Como ambos archivo mantienen su georrefencia, también las geometrías coinciden sin margen de error al igual que en el modelo a escala 1:1000 (V2.2). Finalmente, el programa 3ds Max 2013 cuenta con todas herramientas necesarias para una buena visualizar el modelo, una vez que se agregan las herramientas para la iluminación y las cámaras correspondientes, ya sea para generar imágenes fijas o videos. 15

17 5. Conclusiones En el presente trabajo se ha descrito el proceso que permite la construcción semiautomática de un modelo de ciudad a partir de una información cartográfica compleja. Lo que demuestra como resultado final un modelo de ciudad en formato CAD fácilmente exportable a programas de visualización dirigidos a arquitectos como son AutoCAD 2012, 3ds Max 2013 o Google SketchUp 8. Se identifican tres fases muy diferenciadas: la preparación y análisis de la información, la metodología que permite la construcción del modelo de ciudad y la visualización del mismo. La información que ofrece el ICC es una información compleja a la hora de ser utilizada para proyectos en el ámbito arquitectónico. Cabe destacar que es una información que posee una alta precisión y calidad de contenido lo que hace que el resultado final sea un modelo muy preciso. Pero requiere de una importante simplificación (por su complejidad y cantidad de datos), así como transformación de formatos pensados para programas en SIG a formatos en programas en CAD, para su uso por personas no técnicas que desconocen la importancia de la georeferenciación y atributos, generalmente no presente en los programas de CAD y renderizado. Las diferentes pruebas realizadas demuestran, por una parte, la forma en que el ICC presenta su información cartográfica por hojas, son una ventaja a la hora de construir modelos urbanos, ya que permite modelar un sector completo (hoja) o varios sectores (hojas) e ir uniendo o seleccionando los sectores que interesan según la necesidad del proyecto. Por otra parte la información técnica complementaria que acompaña a la información gráfica, es un valor agregado a la hora de analizar y simplificar los archivos para su posterior procesamiento. Si bien la escala 1:5000 (v2.0) es considerada en este trabajo como una escala más conceptual y con menor detalle, en las pruebas realizadas se observó, que la forma en que está presentada la información por archivos separados según sus contenidos: topografía, planimetría, punto de referencia, etc, hace más dinámico y sencillo el proceso de construcción del modelo, ya que en este caso por ejemplo, no fue necesario construir la información de la topografía para generar el modelo topográfico, ya que este información estaba contenida en un archivo DXF y se descargaba directamente de la página web del ICC con el resto de la información, por lo que solo se debía hacer una simplificación rápida de la información e importarse directamente al programa de modelado o renderizado, facilitando así el proceso de construcción del modelo. Las pruebas realizadas en la escala 1:1000 (v2.2) con archivos DXF demuestran que, si bien es una escala que contiene mayor cantidad de detalles e información gráfica, es la cantidad de dicha información en un archivo único lo que complejiza el proceso de selección de capas que permiten la construcción del modelo, sin embargo, es en esta escala, donde se mantiene la mayor cantidad de información auxiliar que permite en posteriores pasos detallar el modelo final. Es importante mencionar la posibilidad de incluir el valor de la altura relativa de los edificios/polígonos, ya que teniendo este valor sería posible construir el modelo de los edificos de una forma mas sencilla y eficiente. Una de la característica relevante dentro de los archivos DXF tanto en la escala 1:1000 (v2.2) como en la escala 1:5000 (v2.0), es la denominada región, es una propiedad que utiliza el ICC para clasificar las edificaciones que tienen un hueco o patio en su interior. Gráficamente dicha propiedad se comporta como un polígono, sin embargo al momento de importar esta información a ArcGis 10 para construir y visualizar el modelo, es necesario reconstruir esta región en polígonos ya que ArcGis 10 no reconoce esta propiedad gráficamente. Esto conlleva a la necesidad de rectificación adicional de la información, previa a la construcción y posterior visualización del modelo. 16

18 La metodología propuesta permite acortar los plazos para el desarrollo de modelos de ciudad a diferencia de los procesos que se usan actualmente para realizar modelado. El modelo construido presenta una gran versatilidad en cuanto a extensión y tipología del entorno urbano, consistencia con el entorno real que representa tanto en apariencia visual como en su localización espacial. 17

19 6. Referencias GSAPP Graduate School of Architecture, Planning and Preservation. Columbia University (Ed.) Exporting 3D Data and Importing in Rhino and 3DS Max. [En línea] 2012, New York (EEUU). [Fecha de consulta: 22 de mayo de 2012] Disponible en: < GSAPP Graduate School of Architecture, Planning and Preservation. Columbia University (Ed.) Tutorial 4: Visualizing Data in 3D Using ArcSCENE. [En línea] 2012, New York (EEUU). [Fecha de consulta: 20 de mayo de 2012] Disponible en: < GSAPP Graduate School of Architecture, Planning and Preservation. Columbia University (Ed.) Tutorial 18: Creating a 3D Site Model from GIS [En línea] 2012, New York (EEUU). [Fecha de consulta: 20 de mayo de 2012] Disponible en: < INSTITUT CARTOGRAFIC DE CATALUNYA (Ed.) Especificacions per al format AutoCAD Drawing Exchange File (DXF). [En línea] 2010, Barcelona (España). [Fecha de consulta: 4 de junio de 2012] Disponible en: < 18