Los modelos urbanos 3D y CityGML

La modelización de entornos urbanos (es decir, la representación virtual de edificios, calles, mobiliario, infraestructuras o vegetación) supone añadir un valor valioso para numerosas aplicaciones de gestión relacionadas con la información geoespacial. La utilización del elemento geométrico tridimensional no solo proporciona una mejora en el aspecto visual, sino que abre un amplio campo para obtener información adicional de muy elevado valor añadido mediante el análisis de la información 3D.

Algunas aplicaciones de un modelo 3D urbano.

Algunas aplicaciones de un modelo 3D urbano.

Actualmente las aplicaciones de los modelos tridimensionales de ciudad son amplias y cada vez más se abre un panorama mayor sobre las posibilidades técnicas, ambientales y comerciales que ofrecen, teniendo en cuenta el avance en el desarrollo de lo que se denomina las smartcities o ciudades inteligentes. Algunas de ellas son:

  • Cálculo de inundaciones.
  • Cálculos de drenaje de aguas urbanas.
  • Visualizaciones de planificación urbana.
  • La planificación espacial en etapas tempranas.
  • Análisis ambientales y de ruido.
  • Estudios de insolación.
  • Diseño de procesos de desarrollo urbano y regional.
  • Revisión de diseños urbanos.
  • Simulaciones para el orden público, seguridad y emergencias.
  • Promoción de la ciudad a través de modelos  interactivos.
  • Videojuegos.
  • Determinación de los volúmenes de los edificios para la aplicación de impuestos sobre la propiedad.
  • Catastro 3D.
  • Planificación y optimización de redes móviles de telecomunicaciones.
  • Estudios urbanos de radiación solar.
  • Simulaciones de viento.
  • Elaboración de trabajos para la ingeniería civil.
  • Posicionamiento y navegación en interiores.
  • La recuperación y promoción del patrimonio arquitectónico.
  • El mantenimiento de instalaciones.

Este video muestra algunas funcionalidades de Energy Atlas Berlin, una herramienta de apoyo al análisis y la toma de decisiones sobre la estrategia en la planificación energética a escala urbana. Se basa en un modelo 3D semántico de la ciudad de Berlín.

Las también llamadas 3D Cities se pueden considerar como un Modelo Digital del Terreno (MDT) de las ciudades pero por sus características especiales se valoran como un producto diferente. Y esto es debido principalmente a la complejidad del territorio que representan, lo que hace que se apliquen, por ejemplo, técnicas de cartografía vectorial por recintos con modelos digitales del terreno, técnicas de sensores láser u ortorectificación de alta precisión.

Los modelos urbanos en 3D se clasifican de acuerdo al nivel de detalle (LOD, en sus siglas en inglés. Pero no confundir con el Level of Development utilizado en BIM), que están estrechamente relacionados con el concepto de escala. El nivel de detalle especifica el conjunto de representaciones alternativas de un mismo objeto gráfico y que dependerá de la distancia que exista entre el objeto y el observador. Estos niveles de detalle facilitan la eficiente en la visualización y el análisis de datos.

Algunas grandes empresas proveedoras de geodatos tienen sus propias definiciones de niveles de detalle que van desde la representación de bloques hasta la creación de elementos con texturas fotorrealistas extraídas de fotografías oblicuas. En el caso del estándar CityGML creado por el Open Geospatial Consortium (OGC), un conjunto de datos en este modelo abierto soporta 5 niveles de detalle con el que un mismo objeto puede ser representado simultáneamente, permitiendo el análisis y la visualización del mismo elemento en relación con diferentes grados de resolución. A su vez, los LOD pueden ser subdivididos en subniveles de detalle (llamados en inglés SLOD). Un factor importante en el éxito de CityGML es su capacidad para contener datos vectoriales 3D complejos y georreferenciados junto con la semántica asociada a los datos.

Los cinco niveles de abstracción, muy centrados en los edificios, son:

  • LOD 0. Es nivel más tosco y es esencialmente un Modelo Digital del Terreno 2.5D sobre el que se puede cubrir una imagen aérea o un mapa. Los edificios están representados por los polígonos que delimitan la superficie ocupada y se almacenan por separado, lo que significa que los modelos en LOD0 no contienen volumen y no son objetos 3D. Este nivel de detalle se utiliza para representaciones a escala regional y aplicaciones del paisaje.
  • LOD 1. En los  modelos con un nivel de detalle LOD1 los prisma son volúmenes simples con o sin tejados, que representan la altura de los edificios y  las estructuras de las azoteas, sin atender a ningún detalle más y sin texturas. Se utilizan dentro de una escala a nivel de ciudad y región.
  • LOD 2. Un edificio representado a un nivel de detalle LOD2 distingue cada una de las estructuras del tejado y los límites de sus superficies e incorpora además texturas. Este nivel de detalle es más conveniente para proyectos de barrio y distritos de ciudades.
  • LOD 3. Son básicamente modelos arquitectónicos LOD2 con detalles en las fachadas y en los tejados de los edificios y donde se recogen elementos con vanos, como puertas y ventanas. Se utiliza principalmente para la representación exterior de construcciones y lugares de interés.
  • LOD 4. Es el nivel con más detalle y completa un modelo LOD3 añadiendo estructuras interiores en los edificios como son habitaciones, puertas interiores, escaleras y muebles. Son modelos arquitectónicos transitables utilizados para proyectos que requieren cartografía  indoor.
Niveles del detalle de un modelo de ciudad 3D en CityGML. Elaboración propia a partir de imagen del Karlsruhe Institute of Technology.

Niveles del detalle de un modelo de ciudad 3D en CityGML. Elaboración propia a partir de imagen del Karlsruhe Institute of Technology.

Es importante indicar que el modelo CityGML permite el uso simultáneo de múltiples representaciones con niveles de detalle diferentes, lo que significa que el concepto de LOD está relacionado con el objeto y no con la escena. No obstante, un solo archivo CityGML puede contener múltiples LODs, lo que a menudo hace duplicar la información.

Escrito por Jesús Gómez Fernández

Jesús Gómez Fernández

Geógrafo interesado en la tecnología geoespacial y la geovisualización.

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