interface 3d aplicada à visualização de informações de uma

INTERFACE 3D APLICADA À VISUALIZAÇÃO DE INFORMAÇÕES DE UMA
SUBESTAÇÃO DE ENERGIA ARMAZENADAS EM BANCO DE DADOS
Marlos F. Miranda, Tiago M. Buriol, Guilherme S. Tows, Sérgio Scheer, Daniele F. Zandoná
LACTEC – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
CEP 81531-980, C.P. 19067, Curitiba – PR
Brasil
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Resumo - Este artigo descreve uma pesquisa sobre o
uso de X3D integrado com HTML, usando acesso dinâmico a um banco de dados Microsoft Access, através de
ASP.NET e C#, para o desenvolvimento de um sistema
aplicado à atividades em uma subestação de energia elétrica. O protótipo desenvolvido permite consultar informações sobre os equipamentos e outros objetos da cena,
através de interações com o ambiente virtual. O objetivo
principal é usar a tecnologia 3D (tridimensional) baseada
na web para gerenciar, acessar e visualizar informações
da subestação.
Palavras-Chave – ASP.NET; Banco de Dados; Subestação de Energia; X3D.
3D INTERFACE APPLIED TO THE
VISUALIZATION OF POWER SUBSTATION
DATA STORED IN DATABASE
Abstract – This article describes a research on the use
of X3D integrated with HTML, using dynamic access to a
Microsoft Access database through ASP.NET and C#, for
the development of a system applied to activities in an
electric power substation. The prototype developed allows for consulting information about the equipment and
other objects in the scene through interactions with the
virtual environment. The main objective is to use the
web-based 3D technology to manage, access and visualize
substation data.
Keywords – ASP.NET; Database; Power Substation;
X3D.
I. INTRODUÇÃO
O correto dimensionamento e a adequada manutenção do
sistema de iluminação de uma subestação de energia elétrica
são de grande importância pela melhora nas condições de
trabalho, redução do consumo de energia e redução do risco
de acidentes. Durante as atividades de dimensionamento e
manutenção, é comum ao técnico a necessidade de acessar
diversas informações relevantes sobre os equipamentos
existentes e suas atuais condições. Estas atividades geralmente requerem consultas às plantas de instalações, catálogos de produtos, levantamento da quantidade de pontos de
luz existentes e até mesmo locomoção ao local. A dificuldade
de se obter estas informações de forma rápida se acentua
quando não existe a informatização destes documentos, como
é o caso das subestações projetadas e construídas antes da
popularização do computador pessoal.
Neste artigo, descreve-se o protótipo de um sistema utilizando como interface um modelo virtual tridimensional que
permite centralizar algumas informações de forma que o
usuário possa navegar pela subestação e selecionar os equipamentos para acessar informações armazenadas em um
banco de dados. Para isto, criou-se um banco de dados com
informações de diversos conjuntos lâmpada-luminária existentes, relacionando-os às suas respectivas curvas fotométricas, fotos representativas e, também, outras informações, tais
como modelo, fabricante, tipo, potência e fluxo luminoso.
Usou-se para tal as linguagem X3D (eXtensible Markup
Language), HTML (HyperText Markup Language), banco de
dados Microsoft Access e um aplicativo desenvolvido utilizando tecnologia ASP.NET e C# executado em um servidor
IIS (Internet Information Services).
II. X3D COMO INTERFACE 3D
A linguagem X3D é o padrão ISO para representação de
informações tridimensionais (3D) na Internet, utilizando
sintaxe XML (eXtensible Markup Language) e, deste modo,
possibilitando uma solução genérica e extensível, sendo uma
evolução do antigo padrão VRML.
Arquivos X3D são basicamente uma descrição textual, na
forma de textos ASCII (American Standard Code for Information Interchange), de ambientes (ou mundos) virtuais 3D,
em que o usuário pode navegar, interagir e ativar outros
documentos ou ambientes virtuais. A navegação e interação
no ambiente virtual podem ser realizadas pelo uso de um
navegador para Internet, associado a um plug-in adequado
(com suporte a X3D). A criação e edição de arquivos X3D
são realizadas utilizando um editor de texto ASCII ou um
editor próprio.
Alguns sistemas do tipo CAD (Computer Aided Design),
usados em engenharia para criar os modelos tridimensionais,
permitem a exportação para o antigo padrão VRML, entretanto, ainda é necessário utilizar um conversor de formatos
para obter o arquivo X3D. Também, a maioria dos softwares
CAD exporta apenas informações sobre a geometria do modelo, não preservando a agregação dos objetos e nem as
relações entre os objetos. Assim nenhuma outra informação,
a não ser sobre a geometria do modelo, estará disponível em
VRML [1]. Utilizou-se o software 3D Studio Max
(Autodesk) para gerar o modelo VRML à partir do modelo
no formato DWG do AutoCAD (Autodesk). Após a criação
do arquivo VRML, foi realizada a conversão para o formato
X3D,
utilizando
o
software
Vrml97ToX3dNist
(http://ovrt.nist.gov/v2_x3d.html).
Através da integração entre X3D e HTML, é possível o
desenvolvimento de aplicações que permitam acessar não
somente o modelo 3D, como por exemplo, a planta completa
de uma instalação (e.g., obras civis, equipamentos, cercas),
mas também outras informações relevantes e não gráficas
que podem estar armazenadas em um banco de dados [2].
Este acesso pode ser feito através de hyperlinks associados a
objetos pertencentes ao ambiente virtual. A Figura 1 ilustra a
interface do aplicativo desenvolvido.
iluminação, porém, qualquer objeto da cena pode conter um
nó “Anchor”). Este nó aponta para uma página ASP.NET
que, por sua vez, exibe dinamicamente as informações do
conjunto lâmpada-luminária, contidas em uma tabela do
banco de dados. Para cada conjunto lâmpada-luminária existente na subestação foi realizado o cadastro e a digitalização
das informações existentes na forma impressa.
IV. CONEXÃO WEB COM O BANCO DE DADOS
Fig. 1. Interface para navegação e acesso a informações sobre
fontes de luz.
Estas características fazem do X3D um paradigma com
grande potencial na utilização como uma interface para sistemas integrados capazes de centralizar diferentes informações. Uma aplicação desenvolvida durante esta pesquisa,
aplicada em atividades numa subestação de energia elétrica
está descrita neste artigo.
III. O MODELO DA SUBESTAÇÃO
Um dos principais objetivos de engenharia das grandes
indústrias, tais como automobilística, de petrolífera, aeroespacial e de energia elétrica, é a construção dos sistemas de
informação integrados que, além de acessar as bases de dados com informações dos projetos, possibilitem uma visualização 3D de seus modelos com realismo suficiente para
prover um certo grau de imersão ao usuário [3]. Isto requer
um etapa inicial de geração do modelo virtual 3D. Uma maneira de otimizar o tempo de modelagem é a utilização de
técnicas de perfilamento a laser e fotogrametria [4].
Neste trabalho, a partir de um levantamento feito por digitalização a laser e posterior modelagem geométrica, foi
gerado o modelo 3D da subestação no formato DWG do
AutoCAD 2004. A partir desse ponto, foi criado o modelo
3D no formato X3D, em que foi possível a navegação interativa utilizando o plug-in Octaga (http://www.octaga.com/)
para o Internet Explorer. Algumas técnicas, tais como o uso
de nós do tipo LOD (Level Of Detail), de texturas e de “pano
de fundo” (Background) foram utilizadas a fim de melhorar o
desempenho e a aparência do modelo.
Para possibilitar o acesso às informações sobre os equipamentos de iluminação no modelo X3D, foi adicionado a
cada fonte de luz (conjunto lâmpada-luminária) um nó do
tipo “Anchor” (neste trabalho, o foco são os equipamentos de
O uso de interfaces interativas baseadas em ambientes
virtuais permite ao usuário acessar informações armazenadas
em um banco de dados de forma fácil e intuitiva [5]. No
entanto, um dos principais fatores da complexidade do desenvolvimento de uma interface desse tipo é o fato de se
estar lidando com elementos gráficos bidimensionais (texto)
e tridimensionais (equipamentos e objetos), em um espaço
tridimensional virtual [6].
Para possibilitar a navegação e a visualização das informações simultaneamente, foi criada uma página HTML
baseada em painéis (frames). Um dos painéis apresenta a
janela do navegador, com o modelo tridimensional da subestação em X3D, enquanto o outro, a página ASP.NET criada dinamicamente, responsável pela exibição dos dados
referentes ao conjunto selecionado. Foi criado um aplicativo
ASP.NET e C# para acesso ao banco de dados.
Utilizaram-se dois tipos de campo na página ASP.NET
para exibir as informações do banco de dados. Para cada item
de informação, com tipo de dados texto ou número, existente
na tabela de conjuntos lâmpada-luminária (e.g., potência,
tensão, descrição), existe um campo tipo Label na página
ASP.NET. Este campo Label exibe texto simples obtido
diretamente a partir de células do banco de dados com tipo
string (texto simples) ou também, a partir de células com
tipos de dados numéricos, convertidos pelo aplicativo para
texto. Para as informações booleanas (neste caso, somente
indicando a necessidade de equipamento auxiliar ao conjunto, como reatores) foi utilizado um campo tipo Image,
exibindo uma imagem existente no servidor para o caso verdadeiro e outra imagem para o caso falso. Também foram
utilizados dois outros campos Image para a exibição de uma
figura representativa do conjunto lâmpada-luminária e outra
para a curva fotométrica. Estes dois campos existem na tabela do banco de dados como endereços URL (Uniform Resource Locator) direcionando o aplicativo para os arquivos
de imagem. Optou-se pela utilização de URL ao invés da
importação direta das imagens ao banco em virtude da redução do tamanho do arquivo do banco de dados e redução do
tráfego de dados, por possibilitar o armazenamento das imagens na memória temporária do navegador (cache).
O parâmetro de seleção do conjunto lâmpada-luminária é
a coluna da tabela nomeada como “ID”, chave primária com
valor único para cada conjunto existente no banco de dados,
podendo – todavia – ser repetido para conjuntos iguais existentes no modelo 3D. Este valor ID – através da URL do nó
Anchor – é passado como argumento para o aplicativo que,
por sua vez, interpreta o valor e utiliza comandos SQL
(Structured Query Language) de pesquisa, via driver ODBC
(Open Database Connectivity), para acessar o banco de dados Access e obter as informações do conjunto, atualizando
os campos existentes na página ASP.NET. Deste modo, o
aplicativo acessa o banco de dados e gera a página ASP com
as informações obtidas do banco. Conforme o usuário escolhe outros conjuntos, a página ASP é atualizada com informações pertinentes ao conjunto escolhido.
V. CONCLUSÕES
O uso de interface 3D, integrando X3D e banco de dados
através de páginas ASP.NET, mostra-se uma forma eficiente
para prover o acesso e a visualização de informações sobre
equipamentos ou quaisquer objetos contidos em um ambiente
virtual. A utilização da Internet como meio de integração
entre os dados possibilita o acesso às informações in loco,
além de reduzir a necessidade de gerenciamento de diferentes
documentos, por centralizar em um único servidor todas as
informações. No caso apresentado, para a subestação de
energia elétrica considerada, programou-se um sistema para
visualizar as informações fotométricas das fontes de luz
instaladas (conjunto lâmpada-luminária) de forma interativa
e dinâmica. Convêm também citar que o sistema pode ser
explorado usando dispositivos típicos de sistemas de realidade virtual como óculos para visão estereoscópica, por
exemplo, ou ainda dispositivos móveis como computadores
de mão e acesso móvel à internet.
AGRADECIMENTOS
O presente trabalho faz parte do projeto P&D ANEEL de
Furnas Centrais Elétricas S.A.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] R. Lipman, K. Reed. “Using VRML in Construction
Industry Applications”, National Institute of Standards
and Technology, EUA, 2000.
[2] L. D. Helwig. “Using a VRML Interface to Access Substation Engineering Design and Standards Information”,
DistribuTECH 2002, Miami, 2002.
[3] E. T. L. Corseuil, A. B. Raposo, R. J. M. da Silva, M. H.
G. Pinto, G. N. Wagner, M. Gatass. “ A VR Tool for the
Visualization of CAD Models”, VII Symposium on Virtual Reality, São Paulo, SP, 2004.
[4] G. Q. Rezende, J. A. Boralli, L. G. N. Marquetti, R. A.
Lapa, A. V. Netto. “Modelagem 3D Urbana Para Ambientes Virtuais”, Anais do 1° Workshop Científico da
Cientistas Associados, São Carlos, SP, 2004.
[5] P. H. Cateriano. “Introdução aos Sistemas Gráficos
Interativos”, Anais do 1° Workshop Científico da
Cientistas Associados, São Carlos, SP, 2004.
[6] P. H. Cateriano, J. Sola, A. V. Netto. “Otimização do
Processo de Rendering para Ambientes Virtuais
Utilizando Grafos de Cenas”, Anais do 2° Workshop
Científico da Cientistas Associados, São Carlos, SP,
2005.