PrácticadeLaboratorioGIS.Bloque3
IntroducciónalusodeGISenentornoráster.CreaciónyaplicacionesusandoMDTv1.1
B2‐Lab0912‐05al16‐05
Asignatura:TopografíayGeodesia.Titulación:GradoenIngenieríaCivil.Curso2013‐2014.
Profesores:JavierSánchezyRaúlPereda
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Objetivos IntroducciónalusodeGISenentornoráster.Formacióndemodelosdigitalesdeelevaciones(MDE).Análisisbásicosdeunasuperficie.
Nota.EstaprácticaestáinspiradaenunaclaseimpartidaporlosprofesoresRaquelSánchezyFernandoSilio(GobiernodeCantabria)enelmarcodelosCursosdeVeranodelaUniversidaddeCantabriaenSantander,elcurso2010‐11.
Documentación de la práctica. Seadjuntalasiguientedocumentacióneneldirectoriodetrabajo:
• Carpeta<10_datosBase>.Cartografíavectorial,enformatoCAD,delentornodelmacizodePeñaCabarga,así
comoortofotosdelazona.• Carpeta<90_datosControl>.Resultadosparcialesdeldesarrollodelapráctica,parafacilitarsurealizaciónal
sertrabajadaporelalumno.
Contenido Objetivos .......................................................................................................................................................................... 1
Documentacióndelapráctica. ........................................................................................................................................ 1
ConceptosbásicosdeGISenentornoráster. .................................................................................................................. 2
Previo:activacióndelalicenciadelaextensión3Danalyst. ........................................................................................... 3
1FormacióndeunMDE................................................................................................................................................... 3
1.1. SeleccióndelosdatosprecisosyconversiónaShape. .................................................................................... 3
1.2. CreacióndeunmodelodigitaldeterrenosegúnunmodeloTIN. ................................................................... 6
1.3. ConversiónaunMDE....................................................................................................................................... 9
2. Explotaciónbásicadelmodelodigitaldeelevaciones. .......................................................................................... 11
2.1. Consultadelaelevacióndeunaposición ...................................................................................................... 11
2.2. Generacióndemapasdependientesyorientaciones. .................................................................................. 11
2.3. Obtencióndecurvasdenivel. ........................................................................................................................ 13
2.4. Análisisdevisibilidad. .................................................................................................................................... 13
2.5. Obtencióndeperfilesdeelevaciones. ........................................................................................................... 17
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Conceptos básicos de GIS en entorno ráster. Elmodelorásterdeinformaciónespacialessustancialmentediferentealmodelovectorialconelquesehatrabajadohastaelmomento,procediéndoseadividirelespacioenceldasdetamañoregularalasqueselesasignaunvalor,quebienpuedeserelidentificadordeunfenómenoolamagnituddeunavariable.Lascaracterísticasdeeste
modelo,asícomosusventajasydesventajasfrentealmodelovectorial,sehanexpuestoenlasclasesteóricas.
Unodelosusosmásadecuadosparaestemodeloeslagestióndeinformaciónespacialquevaríadeformacontinua,comoeselcasodelassuperficiesdeelevaciones,conlasquesehatrabajadohastaelmomentoenentornosvectorialesmodelizandolasmismasenbasealusodemodelosdemallasirregularesdetriángulos(TIN).
Particularizandoparaestetipodedatos,unflujodetrabajomuyhabitualquese
desarrollaráposteriormente,consisteenlaobtencióndeunmodelodigitaldeelevaciones(MDE)enformatorásterapartirdeunTIN,aprovechándoselomejordeambosentornos.Laformacióninicialdelmodelosedesarrollaenunentorno
vectorial,quepermiteincorporarlaexistenciadequiebrosodeconstruccioneshumanasenlasuperficie.EnunasegundafaseseprocedeacrearelMDEinterpolandolaaltitudparacadaceldaapartirdeltriángulocorrespondiente.
UnavezsedisponedeunMDE,esposibleprocederalanálisisdelasuperficiede
elevacionesempleandometodologíasmuyconocidasyampliamentedesarrolladas,especialmenteeficaceseneste
entornoquejustificanelusodeestemodelodedatos.DestacarlossiguientesusoscaracterísticosqueseobtienenapartirdeMDE,sincarácterexhaustivo:
• Modeloshidrológicos.Lamorfologíadelterrenoes,juntoaotrosfactores,origenyconsecuenciadelacirculacióndelaguasobrela
superficie.ApartirdelanálisismatemáticodelaselevacionesquealmacenaelMDEesposibleobtenervaloreshidrológicosdeinterés,enparticular:líneasdeflujo,sumideros,divisorias,superficiedelacuencavertienteenunpuntoconcreto,extensióndeunacuencahidrológica,…
• Modelosclimáticos.Esevidentequelatopografíaesunfactorfundamentalquelimitalaenergíasolarqueincidesobreloselementossituadosenlasuperficieterrestre.Lacombinacióndevariablescuantitativasquesepueden
obtenerdirectamenteapartirdeunMDEcomosonlaaltitud,lapendienteolaorientaciónpermitenefectuaranálisisdegraninterésparalaplanificaciónyordenacióndelterritorio,permitiendoobtenervalorescomoelángulodeincidenciadelsololassombrasprevisiblesenunadeterminadaposiciónparaun
instanteconcretodetiempo.• Modelosdevisibilidad.
Losmodelosdevisibilidaddelimitanzonasdelterritorioquesonvisiblesdesdeunadeterminadaposición,
generalmentedenominadascuencasvisuales,ysusaplicacionesenIngenieríasonnumerosas:o Búsquedadecuencasvisualesmáximas,enlascualesubicarporejemplounatorredevigilanciay
prevencióndeincendiosenunentornoforestal,ounpostedetelefoníaenunentornoruralpara
tratardeconseguirlamayorcoberturaposible.
Ilustración1.‐ObtencióndelaaltitudenunaceldadeunMDEa
partirdeunTIN.
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o Búsquedadecuencasvisualesmínimas,comopodríaserlaubicacióndeunvertederoounparque
eólico,actividadesnecesariasperoparalasquesedeseareducirsuimpactovisual.
Inicial: verificar la activación de la licencia de la extensión 3D analyst. Comprobarquesehanactivadolassiguientesextensiones,apartirdelaopcióndelmenúprincipalCustomize >
Extensions.
Ilustración2.‐Activacióndelasextensionesnecesarias.
1 Formación de un MDE a partir de datos cartográficos.
1.1. Selección y filtrado de los datos precisos en CAD y conversión a formato GIS –shp- ElentornoelegidoparaestaprácticaeslazonadelmacizodepeñaCabarga,situadoalsurdelaciudaddeSantander.Comprendecuatrohojasdelacuadrículaaescala1:5.000,quesefacilitanlacarpeta10_datosBase.Por
facilidadparasugestiónsehanunidolasmismasenunúnicoficherodenominado<cartoE05_2001_all.dwg>.
Elmodelodedatoselegidoeselcorrespondientealacartografíaautonómicadelaño2001,usadoenanterioresprácticas.Enesteapartadoseprocederáafiltrarlosdatosnecesariosdelabasecartográficaanuevosficherosen
formatoshape,paragenerarposteriormenteunmodelodigitaldeterrenoinicialmentesegúnelmodeloTIN.
ElentornoGISutilizadoreconocedatosparalaformacióndelmodelodigitaldeterrenoencategoríassemejantesalasquesehaexpuestoenentornovectorial,indicándoseenlatablasiguientequecapassevanadebenfiltrardesdeelCADparagenerarlasentidadesGISprecisas.Porsimplicidad,yparalosfenómenosdetiporotura,seincorporan
exclusivamentelascapasmássignificativascondichocomportamiento.
TiposdeentidadesenTINvectorial
CapasenCAD NuevaentidadGIS TipodeentidadenGIS
Curvasdenivel 11001,11002,11004,11005 curvasNivel_lin.shp Soft_lineRoturas 12001,12003,12004,12007,17002 lineasRotura_lin.shp Hard_linePuntosaleatorios 11006 puntosCota_pun.shp Mass_point
Tabla1.‐SeleccióndeentidadesCADynuevasclasesdeentidadGISprecisas.
Esteobjetivosedesarrollaráen2pasos:
a. Creacióndeunmapanuevo,ycargadelosdatosCADdepartida.
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Seprocederáacrearunmapanuevo,yaañadirelCADconlacartografíacombinadadelazona.Alseleccionareste,elalumnoobservaráquelosentornosGISaccedenalosdatosCADagrupandolosfenómenosporsugeometría,enlosquela“capa”quehastaahorahasidoelatributobásicoquepermitíasuidentificaciónenunCAD,pasaaserunatributomásdecadaentidad.Seprocederáaincorporarúnicamentelasentidadescongeometríadetipopuntoylíneapoligonal.
Ilustración3.‐AñadirelCADalmapa.
Elentornogeneraunaadvertenciaenlaqueinformaquesedesconocecuáleselsistemadereferenciadelosdatos.Seignorarálamisma.
b. FiltrodelasentidadesCADnecesariasyconversiónaformatoGIS,paracadatipodecomponentedelMDE.EnesteapartadoseprocederáafiltrarlosfenómenosdelCADqueseprecisanparaformarelmodelodigitalde
terrenoyconvertirlosmismosaunformatoGIS,enconcretoashape.Esteobjetivoserealizaráendosetapas,queserepetirántantasvecescomoseanecesario,conformealatabla1:
• SeleccióndelosfenómenosdelCADenbaseasucapa.LaherramientaGISeslaselección por
atributos.
• Exportarlasentidadesseleccionadasaunanuevaclasedeentidad.
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Acontinuaciónsedetallaesteprocedimiento,particularizandoparalascurvasdenivel.Seusarálaselecciónporatributos(Menú principal > Selection > Select by attributes),conlosajustesqueseindica.
Unavezseleccionadaslasmismas,seexportaránaunaclasedeentidad,enformatoshape.EnlaTable of contents,seseleccionarálalayer<cartoE05_2001_all.dwg Polyline>,yenelmenúcontextualqueaparececonelbotónderecho,seleccionarlaopciónData > Export Data,denominandoalanuevaclasedeentidad<1b_curvasNivel_lin.shp>.
Ilustración4.‐Selecciónyexportaciónaunanuevaclasedeentidadparalascurvasdenivel.
Sedeberepetiresteprocesoconlasroturasypuntosdecota,facilitándoselacondicióndeselecciónyelnombrede
laclasedeentidaddesalidaenlatablasiguiente.
Layerdepartida CláusuladeselecciónNombredelaclasedeentidadde
salidacartoE05_2001_all.dwgPolyline
("Layer">='12001'AND"Layer"<='12007')OR"Layer"='17002'
1b_lineasRotura_lin.shp
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cartoE05_2001_all.dwgPoint
"Layer"='11006' 1b_puntosCota_pun.shp
Tabla2.‐Criteriosdeselecciónparaelrestodecomponentesdelmodelodeterreno.
Elresultadofinalseráanálogoelquesemuestraacontinuación.
Ilustración5.‐ClasesdeentidadpreparadasparalaformacióndelMDT.
1.2. Creación de un modelo digital de terreno según un modelo TIN. EnprimerlugarseprocederáconlosdatosdisponiblesaformarunTIN,conlaherramienta<Create TIN>,queseobtendráusandoArcToolbox,enlacategoríaqueseindicaenlafigura
almargen.Estemodelosedenominará<1c_TIN>,asignando
lasclasesdeentidadobtenidasanteriormentealascategorías
quesedescribeacontinuación,conformeseindicaenlafigurasiguiente:
• < in_features>:nombredelayerqueseañade,que
seráncadaunodelosshapescreados.• <height_field>:origendelaelevacióndela
entidad.Seseleccionaráelvalor<Shape.Z>,queespecificaqueobtendrádelageometríadelaentidad.
• <SF_type>:tipodeclasedeentidad.Paraentidadeslinealessedistingueentre<hardline>y<softline>,queseemplearánpararupturasycurvasdenivelrespectivamente.Lospuntosacotadosse
incorporaráncomo<masspoints>.
Ilustración6.‐HerramientaCreate TIN.
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Ilustración7.‐CreacióndelTIN.Ajustesaestablecer.
ObservarelTINcreado.Pordefectoelprogramaaplicaunasimbologíaenlaquemuestraloselementoslinealesbase
delTIN,lamalladetriánguloscoloreadaporelevaciones,yademásseincorporaelsombreado–hillshade‐queprovocaríaunafuentedeluzenunaposicióndeterminada,conobjetodefacilitarlainterpretacióndelrelieve.
Symbology:tiposdebordes(edge types)
Symbology: colores de los triángulos por rangos de altitudes (elevation)
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Ilustración8.‐SimbologíadelTIN.
ElaspectodelMDTformadoeselquesemuestraacontinuación.DestacarquenoeshabitualquelosentornosGISdispongandeherramientasdeedicióndeMDT.Elalumnobuscaráelentornodelaposiciónindicadaenlaimagenderecha–situadaalestedelpuntomáselevadodePeñaCabarga‐,ytratarádebuscarlaposibleexistenciadelos
siguienteserrorestípicosyaconocidosenlaformacióndeMDT,enconcreto:triángulosplanosyerroresenzonasdedivisorias.Paraobtenerlosdatosasociadosauntriánguloseusarálaherramienta<Identify>,yaconocida.
Coordenadas:437027,4803535
Ilustración9.‐MDTformado.Aspectogeneralydetalle.
IndicarqueapartirdelaversióndeArcGis10.0,sehaincorporadounapaletadeherramientasqueincorporalasfuncionalidadesbásicasdeediciónmanualdeunTIN,denominada<TIN editing>,quesemuestraacontinuación.
Ilustración10.‐PaletadeherramientasdeedicióndeunTIN.
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1.3. Conversión a un MDE.
AcontinuaciónseprocederáagenerarfinalmenteunMDEdesdeelTIN,estableciéndoseenestaprácticauntamañodeceldade2,5m,usandolaherramientadeArcToolBoxdenominada<TIN to raster>queseindicaalmargen
Ilustración11.‐ConversióndeunTINaunMDE.
Seemplearánlosajustesindicadosacontinuación.
• NombrerásterMDE:1d_mde• Method:permiteespecificar
elcriteriodeinterpolacióndelaelevaciónapartirdelTIN.Elvalor<LINEAR>indicaquesedebeasignaracadaceldadelmodelolaaltitudqueseobtieneeneltriángulocorrespondienteparasuposicióncentral.
• Sampling distance:seindicaeltamañodelaceldacreadaenelnuevoMDE.Seoptaráporespecificaruntamañoconcretodecelda.
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IMPORTANTE.AdicionalmenteserecomiendaelestablecimientodelosajustesquemejoranlavisualizacióndelMDE,yqueseestablecenapartirdelbotón<Environments>,enlaventanaanterior,enlacategoría<raster storage>.
Ilustración12.‐AjustesparalaformacióndelMDE.
ElaspectoinicialdelMDEformadoeselquesemuestracontinuaciónenlaimagendelaizquierdasiguiente.Se
cambiarálasimbología,conalgunasemejantealamostradaenlazonaderecha,conformealosajustesindicadosacontinuación.
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Ilustración13.‐AspectogeneraldelMDEformado.Asignacióndeunasimbologíaadecuada.
2. Explotación básica del modelo digital de elevaciones.
2.1. Consulta de la elevación de una posición Dosopcionesparaconocerlaelevacióndelasposicionesdelmodelo.
Herramienta Identity. Altitudparaunpixelconcreto.
MostrandoMapTips paralalayer.SemuestranlaselevacionesalpasarsobreelMDEconelratónenpantalla.
Ilustración14.‐Identificacióndelaaltituddeunacelda,opcionesposibles.
2.2. Generación de mapas de pendientes y orientaciones. Sonmapasdestinadosacaracterizarlaformadeunasuperficie.
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Lapendiente–slope‐enunmaparásterindicalamáximavariacióndeelevaciónentrecadaceldaysusochoceldasvecinas.Setieneopcióndeobtenerlamismabienentantoporciento(0a100%),bienexpresadaengradossexagesimales(0a90º).Unángulode45ºcorrespondeaunapendientedel100%,amododeejemplo.Laorientación–aspect ‐indicaelacimutenelcualsucedelamáximapendiente,ysecuantificaengradossexagesimales,correspondiente0º,90º,180ºy270ºalasdireccionesNorte,Este,SuryOeste,respectivamente.Celdasplanas–flat ‐secodificanhabitualmenteconvalor‐1.Lasherramientasquegeneranestosmapasseubicanenlacategoríaquesemuestraenlaimagenadjunta.
Ilustración15.‐Herramientasparaelanálisisbásicodeunasuperficie.
Acontinuaciónseindicanajustesbásicosparasuobtención.
Mapadependientes Mapadeorientaciones
Leyenda
Leyenda
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Resultado.Transparencia60%,fondoortofoto.
Resultado.Transparencia60%,fondoortofoto.
Ilustración16.‐Creacióndemapasdependientesyorientaciones.
2.3. Obtención de curvas de nivel. ApartirdelMDEsepuedenobtenertambiéncurvasdenivel,bienparaunaaltitudconcreta,bienparatodoelmapaconunaequidistanciaconcreta.
Laprimeraopciónestádisponibleenlaherramienta<Create contour>,enlapaletadeherramientas
denominada3DAnalyst,quesemuestraacontinuación.
Ilustración17.‐Obtencióndeunacurvadenivelparaunaaltitudconcreta.
Indicarquesegeneraungráfico,parasuusoenpantalla.Laobtencióndemultiplescurvasdenivelseefectúaconlaherramientadelapaleta<contours>indicadaenlafigura15.
2.4. Análisis de visibilidad. Elobjetivoesdeterminaráreasvisibles,yocultas,desdeunadeterminadaposición.Sedisponededosherramientas
diferentes:
• Lineadevisibilidad(line of sight).Paraunaalineaciónrecta,indicaquezonasdelterrenosonvisibles
(colorverde)oocultas(colorrojo)paraunobservadorsituadoaliniciodelamisma.Tiene2ajustesadicionales,laselevacionessobreelterrenoparaelpuntoorigen–observer ‐yparaelpuntofinal‐
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target ‐queseconsidera.Elresultadoesungráfico,nounaclasedeentidad.Seaccedeusandoel
comandoindicadoenlapaleta3Danalyst.Sepuedecomprenderconmayorclaridadsusignificadosiseusa,paraelgráficogenerado,laherramientaProfile graph,quegeneraunperfilalolargodelmismo.
Ilustración18.‐Líneadevisibilidadapartirdeunaalineaciónpoligonal.
• Cuencavisual(viewshed).Determinaelterritoriovisibledesdeunaovariasposiciones,quesedefinenen
unficheroconunaestructuraconcretasisequiereexplotartodaslasopcionesdisponibles.Elresultadoes
unráster,queacumulaparacadaceldaelnúmerodeposicionespuntualesdesdelaqueesvisibleenuncampodenominado<Pixel value>.
Esposiblepersonalizarelanálisisdevisibilidadlimitandolaregióndelrásterenlaqueserealizaráelcálculo,especificandolosvaloresdeelevacióndelpuntodeobservación,losdesplazamientosverticalessobreel
terrenoparaelpuntoorigenyrestodeposiciones,losángulosdeanálisisenelplanohorizontalyverticalasícomounrangodedistanciasparaelcálculo.Conesteobjetivoelsistemaempleanueveajustesentotal:SPOT,OFFSETA,OFFSETB,AZIMUTH1,AZIMUTH2,VERT1,VERT2,RADIUS1yRADIUS2,cuyosignificadose
detallaacontinuación..
RADIUS2:estableceellímitededistancia,enunidadesdelmapa,hastaelquesedeseaaplicarelcálculodevisibilidad.Ladistanciapredeterminadaesellímitedelráster.RADIUS1:defineladistanciainicialdesdedondesedeterminalavisibilidad,permitiendoeliminardistanciaspróximasalpuntodeobservación.Ladistanciapredeterminadaes0.AZIMUTH;definenloslímitesdelángulohorizontaldelescaneoypermitenlimitarelradiodegirodelobservadorpotencial.Losvaloresdelánguloseproporcionanengradosde0a360,siendo0laorientaciónnorte.
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Elánguloverticaldefineloslímitesdelánguloverticaldelescaneo.Losángulosseexpresanengradosentre90y‐90,dondelosvalorespositivosrepresentanángulosporsobreelplanohorizontal,ylosvaloresnegativosrepresentanlosángulospordebajodelplanohorizontal.VERT1actúacomolímitesuperioryVERT2comoelinferior.SinoindicamosningúnvalorArcGIStrabajaconVERT1=90yVERT2=‐90;esdecir,todoelcampovisual.
OFFSETAindicaladistanciaverticalenunidadesdesuperficiequedebeañadirsealvalorzdelpuntodeobservación.OFFSETBindicaladistanciaverticalenunidadesdesuperficiequeseañadiráalvalorzdecadacelda,yaqueseconsideraparalavisibilidad.
Ilustración19.‐Ajustesdelaherramienta<viewshed>
Loscamposanterioresdebensercreadosporelusuario.Conesteobjetivoseproporcionaunaclasedeentidaddetipopuntual,denominada<puntosObservacion_pun>,queincorporacomoúnicoscamposlosoffsetquese
debenconsiderarenelpuntodeobservaciónyenelpuntovisado,yquesefijaráen10m.dealturaparaelpuntode
observación.
Seproponealalumnodeterminarunaubicaciónparatreshipotéticasantenasdetelefoníamóvilconlacondiciónqueabarquenelmayorcampodecoberturaposibleentodalazonadetrabajo,admitiendoquesoloexistecoberturasiexistevisióndirectaalaantenaporunclientepotencial,quesesuponeestaráaunaalturade1,20m
sobreelterreno.
Seañadiráenprimerlugarlaclasedeentidad,< puntosObservacion_pun>.Paraincorporarunnuevopunto,seprocederáaeditarlamisma,seleccionandolalayer,yenelmenúcontextual,opciónEdit features > start editing.
Enlapaletaflotantequeaparece,seseleccionarálaopción<Create feautures>,apareciendounanuevaventana
enlaquealseleccionarlalayer<puntosObservacion_pun>,seactivarálaherramientadeañadirpuntos,de
formainteractivaporpantalla.
Ilustración20.‐Edicióndelaclasedeentidadpuntual,paraañadirunaposicióninteractivamente.
Laincorporacióndelosdosvalorespedidosdeofssetseharádirectamenteenlatabladeatributos.
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Ilustración21.‐Personalizacióndelosoffsetsobreelterreno.
Enlapaleta<Editor>,sesalvaránloscambiosparaprocederatanteardistintasubicaciones.Ladeterminaciónde
lascuencasvisualesseefectuaráconlaherramienta<viewshed>,conlosajustesindicadosacontinuación.
Ilustración22.‐Ajustesdelaherramientaviewshed.
Unaposiblesoluciónpuedeserlaqueseindicaenlafigurasiguiente.
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Simbologíasegúnelnúmerodeposicionesvistas,entre0(nohayvisibilidad)y3(sevenlastrestorres).
Ilustración23.‐Mapadevisibilidades.
2.5. Obtención de perfiles de elevaciones. Seobtienenapartirdeungráficodibujadosobreelmapa,conlaherramienta<Interpolate line>delapaleta
3d Analist.Acontinuaciónseseleccionarálaherramienta<profile graph>,yaexpuestaanteriormente.
Ilustración24.‐Herramientasparaladefiniciónyobtencióndeperfilessegúnalineacionespoligonales.
Observarlasopcionesdisponiblesenelmismo,queseobtienenalpulsarconelbotóncontextualsobrelaventanadelperfil.
Ilustración25.‐Definicióndelaalineaciónyobtencióndeunperfilsobreunaalineaciónpoligonal.
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