UNIVERSIDAD DE JAÉN Centro de Estudios de Postgrado Trabajo Fin de Máster TECNICAS GEOMÁTICAS Y MODELADO PROCEDURAL PARA LA GENERACIÓN DE MODELOS URBANOS EN 3D Alumno/a: De la Torre Morales, Antonio Tutores: Prof. D. Jorge Delgado García Prof. D. Juan Roberto Jiménez Pérez Dpto: Centro de estudios de postgrado Centro de Estudios de Postgrado Diciembre, 2015 Antonio de la Torre Morales Técnicas Geomáticas y Modelado Procedural para la Generación de Modelos Urbanos en 3D Universidad de Jaén Centro de Estudios de Postgrado Don Jorge Delgado García y Don Juan Roberto Jiménez Pérez, tutores del Trabajo de Fin de Master titulado: Técnicas Geomáticas y Modelado Procedural para la Generación de Modelos Urbanos 3D, que presenta Antonio de la Torre Morales, autorizan su presentación para defensa y evaluación en el Centro de Estudios de Postgrado. Jaén, Diciembre de 2015 El alumno: Los tutores: Antonio de la Torre Morales Jorge Delgado García Juan Roberto Jiménez Pérez Centro de Estudios de Postgrado Master Universitario en Tecnologías Geoespaciales aplicadas a la Gestión Inteligente del Territorio 2 Antonio de la Torre Morales Técnicas Geomáticas y Modelado Procedural para la Generación de Modelos Urbanos en 3D Resumen En el presente trabajo de fin de máster se abordan diferentes técnicas geoespaciales que se emplean actualmente en la captura de información geográfica así como su empleo junto al modelado procedural para generar modelos urbanos inteligentes en 3D, los cuales tienen diversas aplicaciones y serán clave en el desarrollo de las "Smart Cities". Abstract This Master´s dissertation board different geospatial technologies that are used nowadays in the capture of geographical information as well as his employment together with the procedural modelling to generate urban intelligent models in 3D, which have diverse applications and they will be key in the development of the "Smart Cities”. Centro de Estudios de Postgrado Master Universitario en Tecnologías Geoespaciales aplicadas a la Gestión Inteligente del Territorio 3 Antonio de la Torre Morales Técnicas Geomáticas y Modelado Procedural para la Generación de Modelos Urbanos en 3D Índice 1. Introducción .................................................................................................................... 8 1.1. Justificación ............................................................................................................ 8 1.2. Objetivos ................................................................................................................10 1.3. Estructura ...............................................................................................................11 1.4. Antecedentes .........................................................................................................12 2. Metodología ..................................................................................................................17 2.1. Introducción ...........................................................................................................17 2.2. Obtención de los datos ...........................................................................................18 2.2.1. Mediante fotogrametría ...................................................................................18 2.2.2. Mediante LiDAR ..............................................................................................24 2.3. Preparación de los datos ........................................................................................35 2.4. Generación del modelo. Modelado procedural .......................................................41 2.5. Aplicación de los modelos urbanos 3D ...................................................................49 3. Aplicación de la Metodología .........................................................................................53 3.1. Zona de estudio .....................................................................................................53 3.2. Instrumentación y software empleado ....................................................................54 3.3. Desarrollo metodológico .........................................................................................55 3.3.1. Obtención de los datos ....................................................................................55 3.3.2. Preparación de los datos .................................................................................59 3.3.3. Modelado de la ciudad en 3D ..........................................................................75 3.3.4. Aplicación del Modelo. Análisis solar ...............................................................93 4. Conclusiones ............................................................................................................... 104 5. Bibliografía .................................................................................................................. 105 6. Anexos ........................................................................................................................ 107 6.1. Código empleado para generar los edificios ......................................................... 107 6.2. Código empleado para generar las calles ............................................................ 108 6.3. Código empleado para generar los árboles .......................................................... 178 6.4. Código empleado para generar el edificio nuevo .................................................. 191 7. Mapas ......................................................................................................................... 195 Centro de Estudios de Postgrado Master Universitario en Tecnologías Geoespaciales aplicadas a la Gestión Inteligente del Territorio 4 Antonio de la Torre Morales Técnicas Geomáticas y Modelado Procedural para la Generación de Modelos Urbanos en 3D Índice de figuras Figura 2-1. Método indirecto para obtener la ortofoto ...........................................................20 Figura 2-2. Proceso para llevar a cabo la rectificación..........................................................21 Figura 2-3. Escaneado de la superficie terrestre mediante lidar ...........................................24 Figura 2-4. Tiempo de viaje de láser ....................................................................................25 Figura 2-5. La amplitud del pulso recibido decrece ...............................................................25 Figura 2-6. Sistema de posicionamiento del Lidar ................................................................26 Figura 2-7. Componentes del sistema lidar ..........................................................................27 Figura 2-8. Recubrimientos en el vuelo lidar .........................................................................29 Figura 2-9. Pasadas del vuelo lidar ......................................................................................29 Figura 2-10. Trayectoria seguida ..........................................................................................30 Figura 2-11. Formato del archivo LAS ..................................................................................31 Figura 2-12. Clasificación estándar de los puntos ................................................................31 Figura 2-13. Ajuste de pasadas ............................................................................................32 Figura 2-14. Puntos de paso ................................................................................................33 Figura 2-15. División en bloques ..........................................................................................33 Figura 2-16. Modelo digital de superficie ..............................................................................34 Figura 2-17. Modelo digital del terreno .................................................................................35 Figura 2-18. Izq.: Ortoimagen convencional; Dcha.: Ortoimagen verdadera .........................36 Figura 2-19. Proyección ortogonal ........................................................................................37 Figura 2-20. Áreas ocultas en proyección ortogonal .............................................................38 Figura 2-21. Izquierda.- Ortofoto convencional (existen zonas ocultas). Centro - Paso intermedio (se aprecia el efecto fantasma). Derecha - Orto verdadera ya corregida (áreas ocultas rellenas con información de ortos adyacentes). ........................................................39 Figura 2-22. Pasos para la generación un modelo urbano ...................................................42 Figura 2-23. Reconstrucción del Eixample de Barcelona a partir de datos catastrales .........44 Figura 2-24. Modelo sintético de estructura urbana. Mapa de patrones con region radial, orgánica y regular. Generación del modelo correspondiente. ...............................................45 Figura 2-25. Estructura urbana tipo Manhattan ....................................................................46 Figura 2-26. Estructura urbana tipo Barcelona .....................................................................46 Figura 2-27. Grafo que representa un conjunto de reglas procedurales y el resultado final del edificio ..................................................................................................................................48 Figura 2-28. Edificio obtenido a partir de 3 edificios procedurales diferentes. .......................48