pdf-to-maps — Geoprocessador de Memorial Descritivo SIGEF/INCRA (2D & 3D)

Biblioteca e pipeline em Node.js (ESM) desenvolvida por Diego Oris para extração, validação, projeção geodésica e renderização gráfica bidimensional (2D) e tridimensional isométrica (3D) de polígonos territoriais a partir de memoriais descritivos georreferenciados no padrão SIGEF/INCRA.

A ferramenta opera de forma 100% offline e determinística. Não utiliza APIs externas, inteligência artificial ou processamento em nuvem, garantindo segurança jurídica absoluta sobre dados de propriedades e contratos confidenciais.

📸 Demonstração Gráfica de Saída

Abaixo estão os mapas gerados de forma puramente matemática a partir do arquivo de memorial descritivo padrão:

📐 Mapa 2D com Grade de Coordenadas e Escala Plana

Projeção cartográfica plana com cálculo de padding, escala uniforme para preservar proporção territorial, grade de eixos métricos (UTM) e identificadores de cada vértice.

⛰️ Mapa 3D Isométrico com Extrusão Volumétrica e Sombreamento Realista

Bloco tridimensional calculado por rotação matricial trigonométrica, com sombreamento lateral difuso baseado no produto escalar entre a normal da face e o vetor solar, com contornos realçados.

🧮 Fundamentação Matemática e Cartográfica

Toda a precisão do pipeline é garantida por modelagem matemática explícita descrita abaixo:

1. Conversão DMS para Graus Decimais (DD)

As coordenadas de latitude e longitude extraídas dos arquivos PDF no formato sexagesimal (Graus, Minutos e Segundos - DMS) são convertidas para decimais reais através da fórmula:

$$DD = \text{sgn}(D) \cdot \left( |D| + \frac{M}{60} + \frac{S}{3600} \right)$$

Onde:

• $D$: Graus inteiros extraídos.
• $M$: Minutos inteiros.
• $S$: Segundos decimais (precisão flutuante).
• $\text{sgn}(D)$: Função sinal. Se o caractere de direção for S (Sul) ou W/O (Oeste), ou se houver um caractere - explícito, $\text{sgn}(D) = -1$, caso contrário $+1$.

O analisador regex faz a higienização de separadores como °, ', ", ”, , ou ., unificando a leitura de strings complexas como -04° 44' 00,00" ou 04 44 00.00.

2. Determinação Dinâmica do Fuso e Hemisfério UTM

A projeção para a grade de coordenadas planas (metros) exige determinar em qual fuso da projeção Transversa de Mercator a coordenada de longitude ($\lambda$) reside:

$$\text{Fuso} = \left\lfloor \frac{\lambda + 180}{6} \right\rfloor + 1$$

O hemisfério rege o deslocamento da coordenada vertical para evitar valores negativos de latitude (Falsa Latitude) no Hemisfério Sul ($\phi < 0$):

$$\text{Norte}_{\text{falso}} = \begin{cases} 10.000.000\text{ m} & \text{se } \phi < 0 \ 0\text{ m} & \text{se } \phi \geq 0 \end{cases}$$

O sistema projeta os pontos utilizando as equações do elipsoide GRS80/SIRGAS2000 (parâmetros idênticos ao WGS84, padrão legal de cartografia brasileira) via biblioteca proj4.

3. Ajuste de Escala e Aspecto Plano (Canvas 2D)

Para desenhar o polígono geográfico em um canvas plano quadrado de largura $W$ e altura $H$ (ex: $4000 \times 4000\text{ px}$) sem distorcer o relevo do imóvel (aspecto 1:1 real), calculamos um fator de escala uniforme $S$ considerando uma margem de segurança (padding $P$):

$$S = \min\left( \frac{W - 2P}{X_{\max} - X_{\min}}, \frac{H - 2P}{Y_{\max} - Y_{\min}} \right)$$

As posições finais na tela $(u, v)$ são transladadas e espelhadas verticalmente (devido à origem do sistema de coordenadas do canvas computacional estar no canto superior esquerdo):

$$u = P + (X - X_{\min}) \cdot S + \frac{(W - 2P) - (X_{\max} - X_{\min}) \cdot S}{2}$$

$$v = P + (Y_{\max} - Y) \cdot S + \frac{(H - 2P) - (Y_{\max} - Y_{\min}) \cdot S}{2}$$

4. Rotação e Projeção Isométrica Tridimensional (3D)

Para gerar a volumetria 3D, transladamos o polígono métrico UTM para uma origem local $[-1000, 1000]$ eliminando ruídos numéricos. Em seguida, aplicamos uma rotação tridimensional de guinada (yaw $\theta = -45^\circ$) sobre o eixo $Z$ e inclinação de arfagem (pitch $\phi = 35.264^\circ$, onde $\sin(\phi) = 1/\sqrt{3}$) para gerar a projeção isométrica padrão:

1. Rotação Trigonométrica: $$x_{\text{rot}} = x' \cdot \cos(-45^\circ) - y' \cdot \sin(-45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot (x' + y')$$ $$y_{\text{rot}} = x' \cdot \sin(-45^\circ) + y' \cdot \cos(-45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot (-x' + y')$$

2. Projeção Isométrica com Cota Altimétrica ($z$): $$u_{3D} = u_{\text{centro}} + x_{\text{rot}} \cdot S_{3D}$$ $$v_{3D} = v_{\text{centro}} + y_{\text{rot}} \cdot \sin(35.264^\circ) \cdot S_{3D} - z$$

Onde:

• $x', y'$ são as coordenadas UTM locais transladadas.
• $S_{3D}$ é o fator de escala calculado para o encaixe tridimensional.
• $z$ é a altura física da extrusão (base do terreno $z = 0$ ou topo do terreno $z = 350\text{ px}$).

5. Sombreamento de Faces por Produto Escalar Vetorial (Diffuse Shading)

Para renderizar profundidade volumétrica nas paredes laterais da extrusão geográfica, calculamos a incidência de luz solar artificial utilizando o produto escalar ($\cdot$) de vetores:

1. Vetor Normal à Parede ($\vec{N}$) para um segmento entre o vértice $i$ e $i+1$: $$\vec{N} = \left[ -\frac{Y_{i+1} - Y_i}{d}, \frac{X_{i+1} - X_i}{d} \right]^T$$ Onde $d = \sqrt{(X_{i+1} - X_i)^2 + (Y_{i+1} - Y_i)^2}$ é a distância em metros da aresta plana.

2. Produto Escalar com o Vetor de Luz ($\vec{L}$): Definimos o vetor de luz solar vindo do quadrante superior esquerdo como $\vec{L} = [-0.707, 0.707]^T$. O fator de iluminação $k_d$ é calculado por: $$k_d = \vec{N} \cdot \vec{L} = N_x \cdot (-0.707) + N_y \cdot 0.707$$

3. Mapeamento para Luminosidade HSL: Mapeamos $k_d \in [-1.0, 1.0]$ linearmente para a luminosidade real do canal HSL entre $35%$ (sombra total) e $100%$ (iluminação perpendicular total): $$\text{Luminosity} = 35% + (k_d + 1.0) \cdot 32.5%$$

📁 Estrutura do Repositório

pdf-to-maps/
├── assets/                      # Renders públicos de mapas para demonstração
├── create_example.js            # Script offline para gerar PDF SIGEF de teste
├── index.js                     # Ponto de entrada / importação ESModules
├── package.json                 # Metadados, dependências e autoria de Diego Oris
├── package-lock.json            # Travamento de versões npm
├── .gitignore                   # Blindagem de PDFs confidenciais e exceções de testes
├── LICENSE                      # Licença open-source MIT
└── src/                         # Código-fonte principal da aplicação
    ├── index.js                 # Coordenador principal de arquivos e concorrência
    ├── parser/
    │   ├── pdfReader.js         # Leitor espacial de posições geométricas de texto PDF
    │   └── vertexExtractor.js   # Extrator regex estrito de strings de vértice DMS
    ├── projection/
    │   └── utmProjector.js      # Projetor de coordenadas geodésicas para metros UTM
    ├── draw/
    │   ├── mapRenderer.js       # Renderizador de imagem de mapa 2D plana (Canvas)
    │   └── mapRenderer3D.js     # Renderizador de imagem de mapa 3D isométrico (Canvas)
    ├── export/
    │   ├── geojsonExporter.js   # Exportador de arquivo vetorial GIS padrão OGC GeoJSON
    │   ├── dxfExporter.js       # Exportador CAD padrão AutoCAD DXF POLYLINE (R12)
    │   ├── svgExporter.js       # Exportador vetorial puro de alta definição SVG
    │   └── logExporter.js       # Calculador Turf e gerador de relatório técnico (TXT)
    └── utils/
        └── helper.js            # Conversor DMS e gerenciador de diretórios

🔒 Proteção Contra Vazamento de Dados

Os memoriais descritivos reais e contratos de imóveis rurais contém dados confidenciais e proprietários de alta criticidade protegidos por termos de sigilo e LGPD.

Para eliminar qualquer chance de commits acidentais de arquivos privados para repositórios públicos no GitHub, o arquivo .gitignore vem configurado de fábrica bloqueando de forma absoluta qualquer arquivo PDF na pasta de processamento, abrindo uma exceção estrita apenas para o PDF público gerado para testes:

# PDFs de memoriais/contratos (confidenciais)
*.pdf
!exemplo_sigef.pdf

Você pode processar centenas de PDFs confidenciais localmente com segurança absoluta: apenas o arquivo exemplo_sigef.pdf poderá ser comitado.

🛠️ Instalação e Requisitos

Pré-requisitos

• Node.js v18 ou superior.

Instalação de Dependências

Navegue até a pasta do projeto e instale as dependências nativas utilizando:

npm install

As principais bibliotecas integradas ao geoprocessador são:

• canvas: Biblioteca nativa C++ integrada para renderização bitmap 2D/3D ultrarápida.
• @turf/turf: Motor matemático de geoprocessamento espacial geodésico sobre o elipsoide terrestre.
• pdfjs-dist: Analisador de vetores gráficos e metadados de texto para mapeamento de layout.
• proj4: Transformador de grades espaciais geodésicas e de cartografia.
• pdf-lib: Criador vetorial de documentos PDF de demonstração.

🚀 Como Executar

Passo 1: Criar o PDF de Testes Padrão

Gere o arquivo exemplo_sigef.pdf contendo 4 vértices fechando um imóvel na região Norte (Coari - Amazonas) sem expor dados confidenciais:

node create_example.js

Passo 2: Executar o Processador Principal

Para ler todos os memoriais descritivos presentes na pasta de mapas, execute:

node index.js

Se desejar ler uma pasta externa específica, basta passá-la como argumento:

node index.js /caminho/da/sua/pasta/com/pdfs

Passo 3: Analisar os Resultados

O sistema gerará instantaneamente uma subpasta para cada PDF processado dentro do diretório ./output/[NOME_DO_PDF]/:

• vertices.json: Os pontos geométricos indexados.
• mapa.png: Mapa 2D em alta resolução ($4000 \times 4000\text{ px}$).
• mapa_3d.png: Bloco isométrico volumétrico 3D.
• mapa.svg: Geometria vetorial escalável para web.
• mapa.geojson: Feição geográfica fechada para importar no QGIS ou Google Earth.
• mapa.dxf: Arquivo CAD estruturado em escala 1:1 métrica para agrimensores.
• log.txt: Relatório técnico com cálculo geodésico da área (hectares e $m^2$) e perímetro via Turf.js.

💻 Integração Programática (API de Exemplo)

Se você estiver desenvolvendo um sistema integrador, pode carregar os submódulos da biblioteca individualmente em qualquer arquivo JavaScript (ESM):

import { readPDFAndReconstructLines } from "./src/parser/pdfReader.js";
import { extractVerticesFromReconstructedLines } from "./src/parser/vertexExtractor.js";
import { projectVerticesToUTM } from "./src/projection/utmProjector.js";
import { validateAndClosePolygon } from "./src/index.js";

async function extrairDados(pdfPath) {
    // 1. Extrai o texto organizando-o por coordenadas Y e X
    const lines = await readPDFAndReconstructLines(pdfPath);
    
    // 2. Extrai os vértices através de regex decimal e DMS
    const rawVertices = extractVerticesFromReconstructedLines(lines);
    
    // 3. Valida a topologia geométrica e garante fechamento de anel
    const validVertices = validateAndClosePolygon(rawVertices);
    
    // 4. Projeta para metros UTM SIRGAS2000
    const { projectedVertices, zone, isSouth } = projectVerticesToUTM(validVertices);
    
    console.log(`Vértices Georreferenciados na Zona ${zone}${isSouth ? "S" : "N"}:`, projectedVertices);
}

📄 Termos de Licença e Créditos

Este projeto é um software livre de distribuição pública licenciado sob os termos da Licença MIT.

Desenvolvido inteiramente por Diego Oris. Todos os direitos autorais reservados. Sinta-se livre para integrar em ferramentas comerciais, customizar e estender!