Modelo de afloramento digital - Digital outcrop model

Um exemplo de modelo digital de afloramento, Woodside Canyon, Utah, EUA.
Figura 1. Um exemplo de modelo digital de afloramento, Woodside Canyon, Utah, EUA. Acima: uma visão geral de um DOM na forma de uma nuvem de pontos coloridos (A) e um modelo texturizado (B). Área marcada em vermelho ampliada mostrada em C e D. Parte inferior: Uma nuvem de pontos coloridos (C) e um modelo texturizado (D) visto de uma distância mais próxima.

Um modelo de afloramento digital ( DOM ), também chamado de modelo de afloramento virtual , é uma representação 3D digital da superfície do afloramento , principalmente em forma de malha poligonal texturizada .

Os DOMs permitem a interpretação e medição reproduzível de diferentes características geológicas, por exemplo, orientação das superfícies geológicas, largura e espessura das camadas. A quantidade de feições geológicas identificáveis ​​e mensuráveis ​​depende muito da resolução e precisão do modelo de afloramento.

O uso de técnicas de sensoriamento remoto permite que esses modelos 3D cubram áreas de difícil acessibilidade, por exemplo, paredes de penhascos com vários metros de altura. O fato de que a interpretação geológica pode ser realizada na tela, também em áreas inacessíveis onde o uso de métodos convencionais de trabalho de campo pode ser inseguro, e a grande quantidade de dados que podem ser coletados em um tempo relativamente curto são as principais vantagens do uso de DOMs. Georeferenciando modelos digitais de afloramento permite a integração com outros dados espaciais, por exemplo, resultados de mapeamento geológico digitais ou SIG .

Alternativamente aos modelos texturizados fotorrealísticos, os modelos digitais de afloramento 3D podem ser representados por uma nuvem de pontos colorida com os dados espectrais (RGB) das imagens correspondentes. Essa representação do modelo de superfície descreve com precisão a topografia do afloramento, mas devido à sua natureza discreta, muitas vezes é difícil de interpretar (consulte a Figura 1.). A texturização de modelos digitais de afloramento poligonal com imagens aprimora os modelos com dados contínuos de alta resolução e, portanto, facilita a interpretação geológica.

Técnicas de criação

A criação de DOMs texturizados pode ser dividida em três etapas principais:

A fim de alcançar a resolução do modelo necessária e os dados de precisão são coletados principalmente do solo (terrestre) ou de uma plataforma de helicóptero ( mapeamento móvel ). Os dados aerotransportados e de satélite também podem ser integrados, mas principalmente como conjuntos de dados complementares para as áreas de afloramento onde faltam dados de curto alcance.

Modelo digital de superfície de afloramento

A criação do modelo digital de superfície de afloramento consiste nas seguintes etapas:

  1. Aquisição de dados
Os dados digitais necessários para criar um modelo de superfície de afloramento podem ser obtidos, como no caso de modelos de elevação digital , a partir de varredura a laser ou reconstruídos a partir de várias imagens obtidas a partir de múltiplas vistas usando estrutura de movimento ou técnicas de visão estéreo . Uma lista incompleta de pacotes de software que permitem a modelagem baseada em imagens pode ser encontrada aqui .
Os modelos produzidos com os métodos mencionados acima podem resultar em escala e nível de detalhe comparáveis. Independentemente do método aplicado, os dados primários resultantes são semelhantes: Coordenadas 3D (X, Y, Z) de grande número de pontos, em forma de nuvem de pontos , descrevendo a superfície do afloramento.
2. Mesclando nuvens de pontos e georreferenciamento
Nuvens de pontos obtidas de diferentes perspectivas precisam ser mescladas e registradas em um único sistema de coordenadas (junto com as imagens). No processo de registro, uma transformação 3D é calculada entre partes comuns de duas nuvens de pontos. Os parâmetros de transformação 3D podem ser encontrados com base nos pontos correspondentes nas duas nuvens de pontos, correspondência de superfície e, no caso de mapeamento móvel suportado por GNSS e INS , usando o método de orientação direta do sensor
No processo de georreferenciamento de nuvem de pontos, uma transformação 3D é calculada entre o sistema de coordenadas do projeto local e um sistema de coordenadas geodésicas . Para realizar essa ação, são necessários no mínimo três pontos, que podem estar localizados na nuvem de pontos e suas coordenadas no sistema geodésico são conhecidas (medidas usando métodos de levantamento ou GNSS ).
3. Ponto de limpeza e dizimação da nuvem
Independentemente da metodologia de aquisição de dados, a nuvem de pontos resultante geralmente é filtrada e limpa de objetos indesejados, por exemplo, vegetação. A diminuição da densidade geral da nuvem de pontos pode ser necessária, dependendo da complexidade da superfície do afloramento e do tamanho do conjunto de dados.
4. Triângulo 3D e otimização de malha de triângulo
Para possibilitar a texturização do modelo, a nuvem de pontos editada é transformada em uma rede irregular triangulada ( malha triangular ). A triangulação correta de dados 3D é uma tarefa não trivial devido a possíveis sombras de varredura, vegetação, mudanças bruscas de topografia e erros aleatórios. Portanto, edição e otimização adicionais de malha são frequentemente necessárias para melhorar a equiangularidade, resolver problemas de topologia ou reorientar as normais de superfície invertidas.

Imagens digitais

  1. Registro de imagem
A criação dos modelos 3D texturizados requer a definição da relação entre todos os vértices da malha do triângulo e os pontos da imagem correspondentes. A condição de colinearidade pode ser usada para encontrar essa relação, mas os parâmetros de orientação interna e externa da imagem precisam ser conhecidos.
Os parâmetros de orientação da câmera interna (intrínseca) são derivados do processo de calibração da câmera .
Quando a varredura a laser é usada durante a coleta de dados, a câmera é geralmente acoplada rigidamente ao scanner e sua orientação em relação ao scanner é medida com precisão. Em tais casos , os parâmetros de orientação externos (extrínsecos) podem ser facilmente recuperados para todas as imagens usando a transformação 3D. Caso contrário, é possível estabelecer parâmetros de orientação da câmera externa com base em coordenadas conhecidas de no mínimo três pontos no modelo de superfície de afloramento 3D e na imagem.
No caso de um modelo de superfície de afloramento 3D derivado de modelagem de fotos, os parâmetros de orientação da imagem interna e externa podem ser calculados pelo software de modelagem.
2. Pré-seleção de imagens e equilíbrio de cores
Dependendo da abordagem de renderização aplicada (consulte a próxima seção ), pode ser necessária uma pré-seleção de imagens mais relevantes para o mapeamento de textura.
Se as imagens usadas no processo de texturização final foram adquiridas sob diferentes condições de iluminação e as cores dos recursos correspondentes visíveis em imagens diferentes diferem significativamente, o ajuste da cor da imagem pode ser necessário.

Mapeamento de textura

Existem diferentes algoritmos de mapeamento de textura , por exemplo: texturização de imagem única, combinação de cores de textura ou texturização dependente da visualização. A abordagem de texturização de imagem única é frequentemente usada, devido à sua simplicidade e eficiência.

Visualização

A visualização de grandes modelos 3D texturizados ainda é um tanto problemática e altamente dependente do hardware. A natureza 3D dos DOMs (vários valores para cada posição X, Y) resulta em uma forma de dados que não é adequada para entrada na maioria dos sistemas de informações geográficas. No entanto, existem vários pacotes de software de visualização prontos para uso que também permitem interpretação e medições geológicas:

  • Lime by Virtual Outcrop Group
  • RiSCAN PRO by Riegl
  • Sirovision by CAE Mining
  • ShapeMetrix3D da 3G Software & Measurement; também permite a extração do modelo de superfície de várias imagens
  • Analista 3DM por Adamtech; também permite a extração do modelo de superfície de várias imagens
  • Estúdio Geológico de Realidade Virtual da Universidade de Manchester
  • SketchUp do Google; Não projetado para lidar com modelos grandes com muitos materiais de textura

Modelos de afloramento digital vs. painéis de fotos

Um painel de fotos é um mosaico de várias imagens, comumente usado em geologia para documentação de afloramentos e referência a propriedades de objetos geométricos. A escala de tais painéis de fotos é aproximadamente estabelecida para avaliar o tamanho de diferentes características geológicas. No entanto, essas medidas normalmente contêm erros associados à distorção produzida durante a transformação de afloramentos 3D em plano de imagem 2D e à imprecisão do processo de costura manual da imagem .

Devido à sua natureza 3D, os modelos de afloramento digital fornecem medidas corretas e precisas dos recursos listados na próxima seção .

Dados extraíveis de modelos digitais de afloramento

Um exemplo de modelo de afloramento digital com interpretações geológicas, próximo a Green River, Utah, EUA.
Figura 2. Um exemplo de interpretações geológicas de um modelo digital de afloramento próximo a Green River, Utah, EUA. Dimensões da parte do afloramento mostrada: altura ~ 350 m, comprimento ~ 1,1 km.
  • Linhas 3D representando, por exemplo:
    • contatos clinoform
    • corpos de canais e estruturas sedimentares
    • contatos facies
    • fraturas
    • culpa
    • delineamento de recursos de preenchimento
    • horizontes estratigráficos
    • características sedimentares locais, por exemplo, feixes de maré
  • ângulos de ataque e mergulho
  • espessura e largura das unidades sedimentares
  • a composição do material
  • observação de vários fatores mudam com a distância

Dados Complementares

A análise dos modelos de afloramento digital pode ser aprimorada com ampla variedade de dados digitais georreferenciados , por exemplo:

Usar dados não georreferenciados com DOMs é possível, mas requer mais trabalho para posicionar os dados auxiliares em relação ao DOM.

Formulários

  • Uso de DOMs para caracterização analógica de afloramento (ou seja, formações geológicas semelhantes a formações de subsuperfície contendo recursos como hidrocarbonetos) em áreas com acessibilidade limitada ou o custo de obtenção de dados é muito alto
  • Modelagem geológica
    • aumento da compreensão em escala fina dos processos geológicos
    • aprimoramento do modelo de reservatório com medições de alta resolução
    • melhorar a compreensão das formações rochosas subterrâneas
    • dados de entrada para modelagem geológica derivados diretamente de DOMs
  • Recuperação de óleo aprimorada
  • Objetivos de ensino: os DOMs disponíveis antes de uma viagem de campo permitem que os alunos se familiarizem com um local e possibilitem a verificação de algumas das teses de discussão posteriormente.

Veja também

Referências

links externos