Ahora que existen aplicaciones especializadas en el modelado geológico en tres dimensiones como Gocad, por ejemplo, ¿qué puede hacer:

• un geólogo sin recursos que no trabaja en una organización (académica o industrial) que cuenta con licencias para dichos productos o no tiene el dinero para pagarlos;
• un geólogo aficionado al mundo Open Source y entusiasta;
• un geólogo que no trabaja sobre Windows?
  

Nada, dirán muchos a la vista de los magníficos resultados, que lástima, pero hay que dejarlo!

Sin embargo, hay geólogos que intentan hacerlo con GRASS GIS desde hace bastante tiempo. Pero encontrarlos, y sobre todo comprender como hacen, es un poco como la búsqueda del Santo Grial en la película de Monty Python.

Y si, es posible de hacer algo y visualizarlo con el modulo NVIZ de GRASS:

Representación de 7 fallas geológicas, superficies elaboradas a partir de sondeos geológicos (en rojo, representados hasta la cota de la falla principal, Faille du Midi en Bélgica), de curvas de nivel calculadas (en naranja) y de un MNT.

Pero aquí, hay que distinguir:

• el tratamiento clásico que se puede hacer con GRASS GIS,  es decir la creación de varias superficies o volúmenes a partir de elementos geológicos y sus representaciones;
• el verdadero modelado geológico, que es otra cosa, como lo hace Gocad, por ejemplo. Pero los hay que lo consiguen y voy intentar de explicar como lo hacen.

Volúmenes elaborados en GRASS GIS y visualizados en Paraview (geolmodel.png procedente de la lista Grass-User, Searching Docs about 3D geological modelisation)

Voy a presentar aquí una síntesis en español de lo que presente en francés o en inglés en varios artículos, con muchos ejemplos de realizaciones:

• Grass Gis et Paraview: la modélisation géologique 3D pour les démunis, ou les enthousiastes... (en el Portail SIG)
• 3D geological volume modeling (raster 3D): is it really possible ?(en la lista Grass-Users)
  
• vagabondages géologiques (3D) avec GRASS GIS (en la lista del OSGeo French Local Chapter)
  
• Automatic 3D geological boreholes representation (automate v.extrude from a table ?): my solution in Python(en la lista Grass-Users)
• y otros como en gis.stackexchange

Tratamientos clásicos, superficies y volúmenes

Los procesos posibles se pueden resumir en 3 puntos:

Modelado de superficies (capas, fallas)

GRASS GIS  tiene todos los módulos de interpolación para hacerlo. A partir de puntos o de curvas de nivel de una capa geológica o de una falla,  se pueden crear superficies 3D y combinarlas como en los ejemplos siguientes:

Mapa geológico drapeado sobre un MNT y superficies de 2 fallas elaboradas a partir de sus intersecciones con la topografía y de los sondeos geológicos (en azul),  con una ventana tectónica en el Sur (Fenêtre de Theux, Bélgica)

Modelado de volúmenes:

GRASS GIS permite también modelar volúmenes (grass.itc.it/grid3d):

Resultado sencillo con 2 capas geológicas:

Esta característica permite también representar los sondeos geológicos (creación de "tubos" a partir de un buffer):

Sondeos geológicos en un mapa

Capa geologica 1                                                     Capa geologica 2

Después se pueden generar la superficies de los contactos geológicos:

Creación de una superficie

y hacer cortes geológicos, si se desea:

Cortes geológicos a partir de varias superficies

Exportación a varios formatos

GRASS puede exportar los objetos 3D a, entre otros, el formato VTK (http://es.wikipedia.org/wiki/VTK ). Por lo  tanto, es posible usar aplicaciones como Paraview (Open Source) para realizar otros tratamientos y exportar o importar los resultados en GRASS ( GRASS and Paraview)

Volúmenes de GRASS GIS a Paraview

De Paraview a GRASS GIS

Modelado geológico: una primera solución completa, aún inaccesible...

Las  técnicas más avanzadas resultan de los trabajos de unos universitarios japoneses. Sus resultados fueron publicados en revistas científicas y en congresos sobre GRASS GIS :

• Masumoto, S. , Raghavan V., Nemoto, T., Shiono K.,(2002), Construction and Visualization of Three Dimensional Geologic Model Using GRASS GIS. In M. Ciolli and P. Zatelli, editors, Open Source Free Software GIS - GRASS users conference 2002 -> www.ing.unitn.it/~grass/conferences/GRASS2002/proceedings/proceedings/pdfs/Masumoto_Shinji.pdf
• Yonezawa , G., Nemoto T., Masumoto S., and Shiono K., (2002) 3-D Geologic Modeling and Visualization of Faulted Structures. In M. Ciolli and P. Zatelli, editors,
  Open Source Free Software GIS - GRASS users conference 2002 -> www.ing.unitn.it/~grass/conferences/GRASS2002/proceedings/proceedings/pdfs/Yonezawa_Go.pdf
• Kajiyama , A., Ikawa, N., Masumoto S., Shiono K., Raghavan V., (2004), Three-dimensional Geological Modeling  by FOSS GRASS GIS –Using Some Field Survey Data, Proceedings of the FOSS/GRASS Users Conference - Bangkok, Thailand, 12-14 September 2004 -> www.gisdevelopment.net/proceedings/fossgrass/papers/Three-dimensional%20Geological%20Modeling.pdf
• Masumoto, S., Nonogaki,S., Nemoto, T, Shiono, K.,Raghavan,(2006), Development of Visualization Tool for Geologic Information on GRASS GIS, GeoInformatics for Spatial-Infrastructure Development in Earth and Allied Sciences (GIS-IDEAS) 2006, Vietnam

Desarrollaron una teoría y una técnica para unos resultados extraordinarios, pero, por desgracia, no quieren dejar los módulos resultantes en el dominio público (discusiones en la lista Grass-Dev y Grass-Users). No nos queda mas que los ojos para admirarlos y soñar... (cada capa representada aquí se puede extraer y se pueden hacer controles posteriores, añadiendo un nuevo sondeo, por ejemplo).

Imagen copiada de la figura 9 (parte) del  primero articulo, Construction and Visualization of Three Dimensional Geologic Model Using GRASS GIS. 

Modelado geológico: una segunda solución, accesible

Otra solución esta desarrollada por el geólogo polaco Maciej Tomaszczyk en opengeology.pl/ (en polaco, especialmente en la parte "Geologia 3D"). A diferencia de los precedentes, le pedí ayuda y aceptó espontáneamente para mi mayor felicidad. También me dio permiso para reproducir sus figuras, y le doy las gracias por todo (con muchos e-mails...).

En primero, trabaja con superficies y volúmenes a partir de sondeos geológicos, como ya presentado:

Imágenes  realizadas con  Paraview a partir de datos GRASS, opengeology.pl/index.php

Los resultados se obtienen a partir de elementos que tienen coordenadas x, y, z (límites de las capas geológicas). ¿Pero qué pasa si no disponemos de ellas como en un mapa geológico?

Maciej Tomaszczyk utiliza entonces métodos desarrollados por el geólogo canadiense Eric de Kemp, publicados en la revista "Computers & Geosciences" entre 1998 y 2000, tres artículos que explican cómo hacer modelos 3D a partir de datos geológicos de superficie (afloramientos y/o mapas geológicos):

• Three-dimensional projection of curvilinear geological features through direction cosine interpolation of structural field observations, Computers & Geosciences, Volume 24, n° 3 (1998), pages 269-284 (www.sciencedirect.com/science);
  
• Visualization of complex geological structures using 3-D Bézier construction tools, Computers & Geosciences, Volume 25, n° 5 (1999), pages 581-597 (www.sciencedirect.com/science);
  
• 3-D visualization of structural field data: examples from the Archean Caopatina Formation Abitibi greenstone belt, Québec, Canada, Computers & Geosciences,Volume 26, n° 5, (2000), pages 509-530 (www.sciencedirect.com/science).

Estos artículos y una síntesis están también disponibles en su tesis doctoral defendida en la UQAC (Université du Québec à Chicoutimi) en 2000 que se puede descargar en bibvir.uqac.ca/theses/12127333/12127333.pdf:

• "Intégration et visualisation 3-D de données structurales de terrain: outils pour la cartographie géologique régionale"(en ingles)

Eric de Kemp propone varias estrategias (algoritmos) según la escala de estudio (una zona, un mapa geológico o  una estructura geológica entera). Utiliza el método de los cosenos directores para generar los objectos geológicos necesarios.

Punto de origen                       Linea de buzamiento y puntos obtenidos con los cosenos directores

Aplicación al limite de una capa geológica sobre un mapa

A continuación, se puede generar una superficie 3D a partir de todos estos puntos . Es evidente que el resultado final será determinado por la cantidad de puntos utilizados. También está claro que no se puede interpolar estas líneas de buzamiento hasta el infinito, depende de la estructura geológica. Todos estos problemas están analizados en la obra de Eric de Kemp, que ofrece varias soluciones, incluyendo el uso de curvas de Bezier programadas o un algoritmo de búsqueda automática de puntos en la vecindad de un límite geológico para utilizarlos, por ejemplo. La materia es compleja y explicarla aquí está fuera de alcance. En caso de interés, les invito a leer su tesis. Sus trabajos sirvieron de base para los programas de modelado geológico.

Aplicación a un ejemplo real

Apliqué la técnica de Maciej Tomaszczyk a un mapa geológico con su ayuda y lo menos que se puede decir, es que hay que conocer muy bien GRASS GIS y la utilización del modulo mapcalc. Se necesita una superficie resultante que pase exclusivamente por todos los puntos. Como ejemplo, en la figura siguiente, dejé la parte superior de la capa sin acabar y su base, bien realizada. Hay varios algoritmos de interpolación y el mas fiable es el de spline,  v.surf.rst

Puntos de medidas (azul) sobre un mapa geologico y puntos generados (rojos)       Puntos generados               Superficie resultante (a base de v.surf.rst y r.mapcalc)

Tratamientos en Paraview

También es posible pasar el resultado a Paraview, tratarlo de otra manera y recuperarlo en GRASS GIS: 

2 capas geologicas y una falla (en rojo). El mayor problema aquí es el tratamiento de las intersecciones entre las capas y la falla

Pero todavía estoy muy lejos de los resultados de Maciej Tomaszczyk que genera volúmenes con las mismas posibilidades que los modelos japoneses:

En Paraview y en NVIZ

Conclusiones

Y no, mi búsqueda no termina aquí. Aunque mis resultados me parecen interesantes, tengo que atacar el mundo de los volúmenes geológicos. Lo que mas me interesa es la manera de tratar los objetos geológicos con GRASS GIS. Me permite aprender todas sus sutilezas y también, algunas veces, corregir la geología representada...

En la práctica , es cierto, enfadándome mucho (sobre GRASS GIS, Paraview y mi ) y trabajando cuando tengo el tiempo, por la noche y los fines de semana, ya que lo hago por mi cuenta, además de mi trabajo, por placer.

Habría todavía mucho por hacer, como tratar de implementar los otros algoritmos de Eric de Kemp, llegar al nivel de Maciej Tomaszczyk, pero finalmente, parafraseando a otra película de Monty Python: " Always look on the bright side of life" .

Todos los tratamientos han sido realizados sobre Mac OS X con Paraview y varias versiones de GRASS GIS de William Kyngesburye (www.kyngchaos.com/)