Whitepaper Técnico - Hex3D Geospatial Framework v0.2

 

📘 Whitepaper Técnico — Hex3D Geospatial Framework v0.2

Autor: Luciano Leite Galvão Data: Outubro de 2025 Status: Versão expandida e refinada da especificação conceitual

1. Visão Geral

O Hex3D Geospatial Framework é um sistema de referência espacial tridimensional baseado em prismas hexagonais hierárquicos. Ele permite representar propriedades reais — como terrenos, edificações e volumes urbanos — com precisão em área, altura e localização georreferenciada.

Cada unidade espacial, chamada HexCell, possui um identificador único (HexID) e pode ser ajustada em escala horizontal e vertical, viabilizando desde análises territoriais até detalhamento construtivo.

2. Motivação e Contexto

A modelagem espacial tradicional enfrenta limitações como:

• Fragmentação de dados geográficos;
• Dificuldade de representar volume e altura;
• Baixa escalabilidade em sistemas urbanos complexos.

O Hex3D propõe uma solução uniforme e hierárquica para:

• Representar espaço urbano com granularidade ajustável;
• Medir área e volume com precisão;
• Integrar-se a padrões geográficos oficiais (WGS84, SIRGAS);
• Servir como base para Digital Twins, planejamento urbano e justiça fundiária.

3. Estrutura Conceitual

3.1. Unidade Hexagonal (HexCell)

Cada HexCell é definida como:

• Um hexágono regular projetado sobre a superfície terrestre;
• Um prisma vertical com altura constante (dz) representando volume.

A tesselação é contínua, sem sobreposição ou lacunas.

3.2. Hierarquia e Escala

• Resolução horizontal (R): define o tamanho do hexágono base.
• Camadas verticais (Z): representam pisos, pavimentos ou estratos.

Fórmula de indexação:

4. Sistema de Identificação (HexID)

4.1. Estrutura

Formato legível:

Código

[País]-[Resolução]-[CamadaZ]-[ÍndiceH3]

Exemplo: BR-09-Z05-8a3f09

Formato binário:

4.2. Propriedades

• Unicidade global garantida;
• Hierarquia preservada;
• Compatível com indexação espacial e bancos geográficos.

5. Modelo de Dados

Cada HexCell armazena atributos espaciais e semânticos:

json

{

  "HexID": "BR-09-Z05-8a3f09",

  "Centroide": [-18.5107999, -54.7391821, 0.0],

  "Resolução": 9,

  "CamadaZ": 5,

  "Atributos": {

    "Uso": "Residencial",

    "Volume": 12.5,

    "Altura": 3.2,

    "Área": 6.9,

    "Ocupação": 0.85

  }

}

5.1. Estrutura Relacional

Campo	Tipo	Descrição
HexID	string	Identificador único da célula
GeoRef	geometry	Geometria (ponto ou polígono)
Resolução	int	Nível hierárquico (1–15)
CamadaZ	int	Índice vertical
Uso	string	Categoria (residencial, comercial...)
Volume	float	Volume em m³
Atributos	JSON	Dados adicionais

6. Tradução de Geometria Real

6.1. Fluxo 2D

• Receber polígono cadastral (GeoJSON ou medidas);
• Aplicar polyfill(polygon, R) para gerar hexes horizontais;
• Atribuir atributos de área e uso.

6.2. Extensão 3D

• Extrudar polígono até altura do imóvel;
• Dividir em camadas de espessura dz;
• Para cada camada:
• Calcular interseção com hexes;
• Gerar HexIDs 3D;
• Atribuir volume, cômodos e atributos funcionais.

7. Exemplo Prático

Localização: -18.5107999, -54.7391821 Descrição: Lote de 394,84 m² com imóvel de 122 m², dividido em residência principal e duas quitinetes.

Configuração Hex3D:

• Resolução horizontal: R = 10 (~2–3 m por hex);
• Altura por camada: dz = 1 m;
• Volume estimado: 122 m² × 3 m = 366 m³ → 3 camadas verticais (Z=0–2).

8. Consultas e Hierarquia

Funções espaciais:

• GetHexByCoords(lat, lon, z)
• GetNeighbors(HexID, radius)
• GetVolumeByHexRange(hex_range)

Permite agregação de dados, zoom dinâmico e análise multiescalar.

9. Implementação Técnica

9.1. Ferramentas

• Indexação: h3-py, geojson, pyproj
• Geometria: shapely, rtree
• Banco de Dados: PostGIS, TileDB, GeoParquet
• Visualização: Deck.gl, Kepler.gl, CesiumJS

9.2. Armazenamento

• Banco relacional: atributos e hierarquia;
• Banco espacial: geometria e indexação;
• Cache NoSQL: lookup rápido de HexIDs.

10. Aplicações Potenciais

• Cadastro fundiário inteligente;
• Planejamento urbano 3D;
• Monitoramento ambiental volumétrico;
• Simulações de ventilação e sombra;
• Digital Twins urbanos;
• Logística e mobilidade autônoma.

11. Extensões Futuras (v0.3+)

• Suporte a sistemas locais (UTM/SIRGAS);
• Camadas semânticas (materiais, energia, ruído);
• Compressão hierárquica de HexIDs;
• APIs RESTful e integração GIS;
• Visualizador Hex3D Studio.

12. Conclusão

O Hex3D Geospatial Framework propõe uma nova linguagem para representar o espaço urbano — precisa, escalável e compatível com o mundo real. Com sua estrutura hierárquica e volumétrica, ele oferece uma base sólida para transformar o cadastro de imóveis, a gestão territorial e a modelagem de cidades inteligentes.

Versão: 0.2 Licença: Aberta para pesquisa, uso e desenvolvimento experimental Contato: Luciano Leite Galvão / +55 (67) 99958-8207 / luciano198541@gmail.com - Copilot