Modelando a estátua do Cristo Redentor em 3D

O Cristo Redentor é o ícone do Rio de Janeiro e a estátua mais importante do Brasil.

De pé no pico da montanha Corcovado, com 700 metros de altura, a estátua pode ser admirada em todo o Rio. O Cristo Redentor tem 30 metros de altura, e é elevado ainda mais alto por uma base de 8 metros. Os braços maciços da estátua se estendem por 28 metros de largura.

A estátua foi construída entre 1922 e 1931

Pix4D, em colaboração com a Universidade PUC do Rio de Janeiro e o fabricante canadense de UAV Aeryon labs, assumiu o desafio de criar a primeira reconstrução em 3D de alta resolução e precisão do Cristo Redentor.

Antes deste projeto, todos os modelos e réplicas em 3D eram criados à mão. A reconstrução precisa em 3D era impossível, pois tecnologias como LiDAR não conseguiam escanear toda a estátua maciça, devido a seu tamanho, localização, dificuldade de acesso e tempo desafiador.

Apesar do vento forte, condições climáticas inconstantes, horas restritas para aquisição de dados e iluminação inconsistente, a equipe do projeto adquiriu mais de 3.500 imagens para processamento em PIX4Dmapper. O impressionante modelo de alta resolução do Cristo Redentor e sua área circundante estão no formato de uma nuvem de pontos com 134,4 milhões de pontos e uma malha 3D texturizada completa com 2,5 milhões de triângulos.

Informações sobre o projeto

A estátua é coberta com 6 milhões de telhas de pedra

Superando condições de vôo desafiadoras

Padrões meteorológicos

A fraca visibilidade do nevoeiro e das nuvens era um desafio que a equipe precisava considerar e se adaptar a cada dia durante o planejamento do vôo. Geralmente as nuvens eram baixas e muitas vezes eclipsavam a vista das estátuas da cidade abaixo de manhã cedo ou após os freqüentes chuviscos matinais. Como resultado, a capacidade de ver a estátua foi reduzida para entre 5 e 50 metros durante vários dias durante o período de aquisição de dados.

A estátua é um alvo freqüente de relâmpagos, devido à sua altura e posição

A forma complexa do pico, bem como os micro-marés e os padrões de vento encontrados no topo do Morro do Corcovado criaram condições de vôo únicas e desafiadoras.

Vento que atinge um pico ou cúpula como o Corcovado cria maior pressão no lado do vento voltado para o lado da sombra e menor pressão no lado da sombra. Isto, por sua vez, pode criar um fluxo de ar ascendente de alta velocidade para o lado frontal e padrões caóticos de fluxo que puxam para baixo no outro lado. Também pode resultar em um limite descontínuo a uma certa elevação acima do pico, onde a transição entre a baixa e alta velocidade do vento é bastante repentina.

A figura abaixo mostra o efeito descontínuo da elevação na velocidade do vento na montanha do Corcovado. O sistema de controle de vôo Aeryon Scout realiza correções de posição a cem vezes por segundo. Isto permitiu que o UAV permanecesse no lugar enquanto transitava pela descontinuidade. Em comparação, um UAV voado manualmente com um controle remoto não operaria de forma tão confiável sob estas condições e poderia potencialmente desviar-se da rota 10 metros para o leste-norte em 1 segundo antes que o operador pudesse responder adequadamente.

A velocidade descontínua do vento

A mudança das condições climáticas também tornou o processamento mais difícil, pois a luz variava entre a luz extremamente baixa em tempo nublado e nebuloso até o sol brilhante refletindo da superfície branca das telhas de pedra sabão que revestem a estátua.

Mantendo os visitantes seguros

Cristo Redentor é o monumento mais visitado no Brasil Para garantir a segurança dos visitantes, a equipe do projeto recebeu permissão especial de várias administrações para entrar no local antes e depois do horário oficial de visita. Este tempo de vôo limitado a apenas 1,5 horas a cada manhã.

Durante este projeto, a linha de visão foi mantida o tempo todo entre o operador e o Aeryon Scout.

Todos os vôos foram lançados a aproximadamente 8 metros do pé da estátua No entanto, estes locais de decolagem foram limitados pelo efeito das perturbações eletromagnéticas ao redor da estátua, causadas pela grande quantidade de ferro nas estruturas de apoio do terraço que são projetadas para suportar o peso da estátua, bem como os milhares de visitantes. A área de decolagem também foi restrita a uma área de 1m x 1m, devido aos muitos cabos elétricos que eram usados para iluminar o monumento e a área ao redor a cada noite.

A contabilidade de todos esses fatores deixou pouco tempo para os vôos e exigiu caminhos de vôo bem definidos e planejados antes do tempo.

Coletando os dados, cuidadosamente

Devido a uma carga útil superior ao normal, o zangão escoteiro só pôde voar por 15 minutos de cada vez, em vez dos habituais 20. A equipe concordou em adicionar uma margem de segurança de 5 minutos, resultando em um tempo de vôo de apenas 10 minutos por bateria. Antes e depois de cada vôo, a equipe precisava de 5 minutos para baixar os dados, trocar as baterias, estimar as condições de vôo e iluminação e lançar novamente.

As imagens foram capturadas com 80% de sobreposição. O zoom óptico da imagem foi bloqueado para evitar uma redução na profundidade de foco e para manter a qualidade da imagem.

Durante oito dias, a equipe voou um total de 19 vezes, cada vôo concentrando-se na captura de um aspecto diferente da estátua.

Criando o modelo 3D

Um total de 2.090 imagens foram usadas para recriar o Cristo Redentor em 3D.

Para reconstruir uma estrutura tão maciça e complexa, a equipe Pix4D criou três projetos principais (a estátua em si, a base e a área circundante) mais nove subprojetos.

O modelo 3D final está disponível tanto como uma nuvem de pontos de 134,4 milhões de pontos quanto como malha texturizada 3D completa de 2,5 milhões de triângulos

Todos os projetos foram fundidos e tinham um total de 82 pontos de empate comuns. Após a densificação do projeto, as ferramentas de edição de pontos foram usadas para cortar áreas indesejadas, e o recurso de anotação foi usado para filtrar pontos de fundo, como o céu.

Para garantir que a reconstrução fosse escalonada corretamente, a equipe no local mediu a largura da base superior com uma fita métrica. Isto foi usado para o refinamento da escala para todo o projeto.

A equipe tomou algumas medidas chave em PIX4Dmapper e as comparou com os valores esperados - extraídos dos desenhos originais da estátua datados de 1924.

Os desenhos que a equipe usou para medir a envergadura do braço da estátua

O projeto final é tão detalhado que as telhas de pedra sabão podem ser vistas claramente no rosto da estátua.

Os detalhes dos azulejos são claramente mostrados nas imagens do zangão

Explore o projeto completo no Sketchfab.