Proposta de automatização do mapeamento espeleológico a partir de modelagem fotogramétrica : estudo de caso da Gruta do Bacaetava, Colombo - PR

Abstract

Resumo: Características do ambiente subterrâneo impuseram limitações técnicas e instrumentais no mapeamento de cavidades brasileiras desde fins do século XVIII, sendo este realizado através de levantamento topográfico, utilizado enquanto referencial espacial para a elaboração de croquis. Os recentes avanços na microeletrônica e microinformática têm permitido o desenvolvimento de novos instrumentos e métodos de levantamento, notadamente a Fotogrametria Terrestre e a Varredura a Laser Terrestre. Seguindo essa tendência, esta pesquisa apresenta uma proposta de Mapeamento por Modelagem 3D enquanto método inovador e alternativo ao mapeamento topográfico tradicional, onde o mapa espeleológico é composto a partir da extração e edição vetoriais de elementos espeleológicos e de produtos cartográficos gerados a partir do modelo fotogramétrico, utilizando-se de processos predominantemente automatizados em ambiente computacional. Os procedimentos adotados permitiram avaliar a precisão posicional através do método dos mínimos quadrados e a geometria da nuvem fotogramétrica através da comparação com a varredura a laser, utilizada como método de referência, validada pela métrica da mínima distância entre pontos correspondentes. Diversas variáveis espeleométricas foram calculadas, incluindo algumas não convencionais. A composição final do mapa espeleológico foi feita em ambiente SIG segundo um projeto cartográfico, incluindo a inserção de elementos gráficos como QRCodes e hiperlinks para acesso dos modelos 3D via Internet. O mapa resultante foi classificado no mais alto nível de precisão e detalhamento do sistema da classificação da União Internacional de Espeleologia, com erro médio quadrático inferior a 2 cm. O processo de construção do mapa espeleológico foi detalhado num fluxograma de trabalho na expectativa de que possa servir de referência teórico-metodológica para a reprodutibilidade do método proposto pela comunidade espeleológica. Formas de divulgação dos modelos 3D via repositórios na Web e através de visita virtual implementada em plataforma de desenvolvimento de jogos foram experimentadas visando a democratização do acesso e novas formas de interação com os modelos 3D, sendo explorados recursos de realidade virtual. Vantagens e limitações dos métodos em relação ao ambiente subterrâneo são apresentadas, considerando-se os recursos técnicos, financeiros e humanos necessários à sua implementação

Abstract: Characteristics of the underground environment have imposed technical and instrumental limitations on the mapping of Brazilian cavities since the late 18th century, with this being carried out through topographic surveying, used as a spatial reference for sketch elaboration. Recent advancements in microelectronics and microinformatics have facilitated the development of new instruments and surveying methods, notably Terrestrial Photogrammetry and Terrestrial Laser Scanning. Following this trend, this research presents a proposal for 3D Modeling Mapping as an innovative and alternative method to traditional topographic mapping, where the speleological map is composed from vector extraction and editing of speleological elements and cartographic products generated from the photogrammetric model, utilizing predominantly automated processes in a computational environment. The adopted procedures allowed for positional accuracy evaluation through the least squares method and the geometry of the photogrammetric cloud through comparison with laser scanning, used as a reference method, validated by the metric of the minimum distance between corresponding points. Several speleometric variables were calculated, including some unconventional ones. The final composition of the speleological map was carried out in a GIS environment according to a cartographic project, including the insertion of graphic elements such as QR codes and hyperlinks for accessing the 3D models via the internet. The resulting map was classified at the highest level of precision and detail of the International Union of Speleology classification system, with a mean square error less than 2 cm. The process of constructing the speleological map was detailed in a workflow diagram in the expectation that it may serve as a theoretical-methodological reference for the reproducibility of the method proposed by the speleological community. Means of disseminating the 3D models via web repositories and through virtual visits implemented on a game development platform were experimented with aiming at democratizing access and exploring new forms of interaction with the 3D models, with virtual reality resources being explored. Advantages and limitations of the methods concerning the underground environment are presented, considering the technical, financial, and human resources required for their implementation