Crear mundos espejo

Aproximadamente entre 1990 y 2010, el software 3D empezó poco a poco a ser más accesible y la potencia computacional siguió la ley de Moore, con un rendimiento creciente y precios cada vez más bajos. Los objetos tridimensionales, como los edificios, comenzaron a modelar el mundo real en un SIG. La adopción del SIG 3D no estaba aún generalizada y la mayor parte del trabajo 3D seguía consistiendo en la superposición de mapas bidimensionales sobre representaciones 3D del terreno. Los objetos tridimensionales se creaban en procesos que requerían el trabajo intensivo de operadores de datos expertos que usaban pares de imágenes estereográficas. La capacidad de crear objetos 3D seguía estando fuera del alcance de la mayoría de los usuarios.

Entonces llegó el gran salto hasta la tecnología actual. Ahora disponemos de un flujo de trabajo integral para procesar imágenes 3D; crear, editar y mantener la elevación 3D obtenida con sensores e imágenes; llevar a cabo análisis y visualizaciones, y compartir escenas 3D inmersivas con equipos de sobremesa, navegadores y dispositivos móviles. Estas tareas nunca habían resultado tan accesibles. Con ArcGIS instalado en sus equipos de sobremesa, su servidor corporativo, la Web y los dispositivos móviles, puede usar las imágenes para convertir su SIG en un sistema con capacidad 3D real. Su trabajo puede estar relacionado con temas tan variados como el cambio climático global; la planificación de la administración forestal regional; la creación de ciudades sostenibles, resilientes y cómodas, e incluso las obras realizadas en un parque o en el interior de un edificio.

Con los mapas 2D, tanto la perspectiva como la escala están fijadas en una vista de arriba abajo y se pueden describir por medio de la relación numérica entre las unidades del mapa y las del mundo real (por ejemplo, 1:1000). En un mundo 3D, la elevación y las imágenes se combinan de formas más específicas y complejas, y una vista puede contener a la vez varias escalas (en realidad distancias) diferentes. Las entidades del primer plano están más cerca y por ello tienen una escala mayor que las entidades situadas más atrás en la ventana de visualización.

En 3D, usamos con frecuencia categorías amplias para describir las escalas. Estas categorías, desde la vista global de todo el planeta hasta la escala del sitio totalmente local, vienen más determinadas por los patrones de datos comunes y por los tipos de trabajos que se realizan que por relaciones numéricas exactas entre las unidades del mapa y las unidades del mundo real.

La topografía terrestre proporciona la base natural para trabajar en 3D, y en ella los objetos se encuentran encima o debajo de la superficie del terreno. En un SIG, la topografía se representa usando modelos de elevación en formato ráster o, en algunos casos, una estructura de red irregular de triángulos (TIN, Triangular Irregular Network). Los modelos de elevación ráster (que se usan con mucha más frecuencia) dividen la superficie terrestre en una cuadrícula con espaciado regular en la que cada celda contiene un único valor de elevación. Por contraste, las TIN utilizan triángulos (o facetas) con tamaños variables que conectan una serie de ubicaciones de puntos 3D en el espacio y permiten interpolar valores de elevación únicos en cualquier ubicación de la faceta.

Los modelos de elevación actuales se crean habitualmente con técnicas de teledetección basadas en el uso del láser y el radar. El radar interferométrico de apertura sintética (IFSAR, Interferometric Synthetic Aperture Radar) usa pares de radares opuestos para capturar lecturas de elevación. Es el caso, por ejemplo, de la misión Shuttle Radar Terrain Mapping (SRTM) desarrollada por la NASA en 2001, que llevó a cabo una representación cartográfica de la elevación para todo el planeta con una resolución de 30 metros usando el radar.

El LIDAR se ha adoptado rápidamente como uno de los estándares para la creación de modelos de elevación de alta resolución. Este proceso usa pulsos de láser temporizados para generar una “nube de puntos de elevación” muy densa y precisa, y permite obtener diversos productos de información, como modelos digitales de superficie (DSM, Digital Surface Model), modelos digitales del terreno (DTM, Digital Terrain Model) y mallas triangulares (conocidas como TIN).

Los edificios 3D se pueden representar dentro de un rango de detalle o exactitud, que viene determinado normalmente por los métodos o los datos de origen empleados para capturarlos. Estos niveles variables de detalle (LoD, Levels of Detail) popularizados por CityGML, un esquema para la representación de modelos de ciudades 3D virtuales, muestran distintos grados de abstracción de la estructura 3D real. Cada LoD puede existir en una forma con textura o sin ella, y la elección del nivel adecuado de detalle depende de la disponibilidad de los datos para extraer la geometría del edificio y del caso de uso concreto para la visualización y el análisis 3D. Por ejemplo, un edificio LoD1 no es adecuado para realizar un análisis de impacto de sombra o un análisis del potencial solar de los tejados debido a la falta de precisión en la forma del tejado. Del mismo modo, un edificio LoD4 con una textura realista contiene más detalles de los que se necesitan para el análisis 3D exterior.

LoD0: un edificio con nivel de detalle 0 es simplemente un polígono o una huella 2D con información de la elevación base. En otras palabras, de algún modo está alineado verticalmente con la superficie del terreno.

LoD1: un edificio LoD1 es un polígono que se ha extrudido a una altura dada, lo que ha producido una cáscara 3D cerrada compuesta únicamente por planos horizontales y verticales. Los edificios LoD1 son fáciles de crear y muestran las alturas relativas, pero a causa de su geometría simplificada, resultan más adecuados para la visualización 3D que para el análisis 3D.

LoD2: la cáscara de un edificio LoD2 incluye superficies de paredes verticales, además de la geometría de la forma del tejado, y puede incluir detalles como chimeneas o buhardillas. Los edificios LoD2 son adecuados para varios análisis 3D, como los de impacto de sombra, línea de visión y potencial solar del tejado.

LoD3: la cáscara de un edificio LoD3 incluye geometría detallada de las paredes y el tejado, como en los edificios LoD2, pero con otros detalles arquitectónicos como ventanas, puertas o columnas. Los edificios LoD3 son buenos para la visualización y el análisis a nivel de calle de sitios específicos, en los que el realismo en los primeros planos es importante.

LoD4: las cáscaras de los edificios incluyen no solo entidades detalladas del exterior, sino también las paredes, los suelos, las puertas y los muebles del interior. Los edificios LoD4 son apropiados para las visualizaciones y los SIG de interiores.

Tradicionalmente, modelar y planificar espacios urbanos en 3D era en gran medida una tarea manual que consumía una cantidad importante de recursos. Pero con los requisitos crecientes de cantidad y calidad del contenido 3D urbano, surge una necesidad imperiosa de encontrar soluciones alternativas que permitan desarrollar unos procesos de modelado, diseño y simulación urbanos rápidos y semiautomáticos. Ejemplos de esto son la visualización de cáscaras de edificios 3D a partir de huellas 2D; el mantenimiento de registros catastrales 3D de apartamentos en rascacielos; la administración de normativas de calificación del suelo en 3D y el estudio del impacto económico de los cambios en la calificación, y la planificación urbana maestra en la que se simula, se analiza y se optimiza el resultado de la reurbanización (normalmente en situaciones de densificación) en función de las demandas de espacio, el efecto en el tráfico, el uso sostenible de la energía y la calidad de vida.

Las capacidades tridimensionales están disponibles en ArcGIS y permiten además a las ciudades inteligentes interactuar de un modo más eficaz y activo con sus ciudadanos. Por tanto, la información 3D se puede compartir ahora fácilmente con el público para comunicar mejor las decisiones de diseño y visualizar grandes volúmenes de datos (Big Data) en sus contextos 3D urbanos.