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3D Open Source

E’ possibile creare una riproduzione 3D di un’area senza spendere 1€? La risposta è si e ve lo mostro con questo tutorial!

Cose necessarie:

  • dimestichezza con la metodologia GIS;
  • dimestichezza con QGIS;
  • applicazione;
  • un po’ di pazienza 😉

Iniziamo!

Recuperiamo una CTR, un DTM ed un DSM. Per questo tutorial ho usato la CTR 1:1000 scaricata nella sezione Open Data del sito del Comune di Napoli; per i due DEM ho attinto alla sezione Open Data del SIT della Città Metropolitana di Napoli. Qualche tempo fa vi ho già mostrato le potenzialità dei DEM da LiDAR.

Lavoriamo prima sui DEM. Come sapete DEM è l’acronimo di Digital Elevation Model, ovvero Modello Digitale di Elevazione; appartengono alla famiglia dei DEM i DTM – Digital Terrain Model, ovvero Modello Digitale del Terreno – ed i DSM – Digital Surface Model, ovvero Modello Digitale delle Superfici. Nei DTM è riportata la morfologia dei luoghi al netto del costruito e della vegetazione; mentre nei DSM è riportata la superficie reale di un’area compresi, quindi, il costruito e la copertura vegetativa.

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Confronto tra DTM e DSM

Aprendo il Raster Calculator andiamoci a calcolare la differenza tra i nostri due DEM nel modo che segue.

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Operazioni per calcolare il raster differenza tra i DEM

Abbiamo così ottenuto un raster di differenza, un DEM, che comprende le sole quote del costruito e della vegetazione; non è presente quindi la superficie terrestre.

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Parte del raster di differenza tra DSM e DTM

Adesso andiamo a lavorare sulla CTR. Il primo passo è quello di unire i file che abbiamo a disposizione che, in questo caso, sono composti da due shapefile: una per la Municipalità 1 e l’altro per la Municipalità 10.

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Workflow necessario all’estrazione della linea di costa e dell’edificato

Dall’unione ed attraverso operazioni di select estraiamo la linea di costa e l’edificato. Usiamo quindi il tool lines to polygons per poligonalizzare l’edificato.

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Maschera del tool

Il risultato sarà il seguente, in cui ho omesso le operazioni necessarie per correggere la topologia delle linee affinchè si ottenessero poligoni utili al nostro scopo.

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A questo punto andiamo ad estrarci i centroidi dei poligoni dell’edificato usando il plugin realcentroids, successivamente creiamo un buffer a 10cm dai centroidi appena ottenuti.

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Centroidi dei poligoni dell’edificato

Ora con il tool di Zonal Statistic andiamo ad associare la quota, prelevata dal DEM di differenza tra DSM e DTM, al poligono di buffer appena creato.

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Zonal Statistic

Ora con un semplice join tabellare associamo il field della quota, presente nel vettore dei buffer, al vettore dell’edificato poligonalizzato e salviamo il tutto come nuovo shapefile.

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Siamo finalmente pronti ad usare Qgis2threejs per creare il nostro 3D dell’area! Se non lo abbiamo ancora fatto scarichiamo il plugin dal repository. Quindi scegliamo il DEM di riferimento nella sezione DEM, poi spuntiamo il tab dell’edificato ed in Height scegliamo il field che contiene l’altezza degli edifici.

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Non ci resta che cliccare su Run ed il gioco è fatto! Il risultato sarà una pagina html che potrete caricare su un sito web o far processare da un apposito software di grafica 3D per migliorarne la qualità grafica.

Ecco il risultato della nostra elaborazione, immagine e 3D 😀

 

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Scorcio della costa posillipina

Di seguito la video guida 😉

LiDAR: riprodurre in maniera perfetta la realtà che ci circonda

LiDAR, acronimo di Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging, è una tecnica di telerilevamento “attivo” per l’esecuzione di rilievi topografici ad alta risoluzione. In questo abstract verrà illustrata brevemente questa tecnologia e i suoi campi di utilizzo.

La tecnologia LiDAR è una tecnica di scansione laser che consente di analizzare un’area ottenendo una nuvola di punti.

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Figura 1 – Visualizzazione della nuvola di punti tramite Lastools

Ogni punto porterà con se le coordinate e l’altezza. Il sistema per l’acquisizione dei dati è composto da un laser scanner che emette un impulso ad alta frequenza, un GPS per il posizionamento del punto e dalle stazioni GPS a terra posizionate sui vertici della rete geodedica.

Il laser scanner è posizionato a bordo di un aereo o di un drone ed è composto da un trasmettitore (il laser), un ricevitore costituito da un telescopio e da un sistema di acquisizione dati.

Gli impulsi inviati dal laser sono ad alta frequenza, tra i 10 e 150 kHz; per studi sulla morfologia di superficie si hanno lunghezze d’onda tra 1.0 ed 1.5 µm mentre per studi batimorfologici si va da 0.50 e 0.55 µm.[1]

In prossimità di aree costiere, soprattutto in caso di costa composta da falesie, i rilievi sono affetti da errori causati dalla rifrazione delle superfici spigolose e dall’acqua. In questi casi si integrano i rilievi aerei con rilievi da mare posizionando il laser scanner su una imbarcazione.

L’utilità di questo tipo di tecnologia è dovuta al fatto che si può riprodurre l’ambiente in maniera estremamente dettagliata. Infatti è possibile ottenere e dividere ad esempio la vegetazione dall’edificato e dividere edificato e vegetazione dalla superficie terrestre. Questo accade perché ogni impulso restituisce un eco della superficie su cui è rimbalzato, ad esempio se la vegetazione non è eccessivamente densa si riescono ad ottenere rami, foglie ed il terreno su cui poggia l’albero.

In fase di postprocessamento si possono scindere tutte le informazioni catturate in moda da ottenere un DSM (Digital Surface Model) ed un DTM (Digital Terrain Model). Le immagini che seguono mostrano due hillshade ottenuti elaborando la nuvola di punti LiDAR di due echi differenti:

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Come si può notare in figura 2 sono ben visibili edifici e vegetazione, del tutto assenti in figura 3.

Avere la possibilità di riprodurre in maniera così fedele un’area apre l’utilizzo del LiDAR a moltissimi campi:

  • Aggiornamento dei DEM (Digital Elevation Model);
  • Monitoraggio dei ghiacciai;
  • Censimento forestale;
  • Analisi e monitoraggio delle frane;
  • Sviluppo urbano.

Questi ed altri aspetti possono essere rappresentati e studiati con i LiDAR.

La disponibilità di tali dati sul Geoportale Nazionale è abbastanza limitata, dai quadri unione si può notare come non tutto il suolo nazionale sia stato esaminato e delle aree esaminate non tutte sono ad una risoluzione 1×1. Tali dati vista la loro grandissima utilità dovrebbero essere completati e resi disponibile per tutti gli studi del caso.

Altri dati molto importanti, ma assenti all’interno del Geoportale, sono i dati batimorfologici rilevati con tecnica Multibeam. Il multibeam è una tecnica simile alla tecnologia LiDAR che consente di rilevare la morfologia dei fondali con l’uso del sonar. Anche in questo caso a seconda dell’eco si possono ottenere più strati di informazioni relativi al fondale che si sta esaminando.

ARTICOLO PUBBLICATO ANCHE SU GEOMEDIA


[1]LIDAR: an introduction and overview” presented by Keith Marcoe GEOG581, Fall 2007. Portland State University