{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Course website**: http://www.leouieda.com/geofisica1\n",
    "\n",
    "**Note**: This notebook is part of the course \"Geofísica 1\" of Geology program of the \n",
    "[Universidade do Estado do Rio de Janeiro](http://www.uerj.br/). \n",
    "All content can be freely used and adapted under the terms of the \n",
    "[Creative Commons Attribution 4.0 International License](http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).\n",
    "\n",
    "![Creative Commons License](https://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "# Prática 5 - Modelagem direta 2D para testar hipóteses\n",
    "\n",
    "Objetivos:\n",
    "\n",
    "* Entender o que é e qual é o objetivo da modelagem direta.\n",
    "* Aprender como testar uma hipótese geológica com dados geofísicos.\n",
    "* Ilustrar a importância de testes com dados sintéticos.\n",
    "* Aprender na prática o significado de falta de unicidade."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Preparação\n",
    "\n",
    "Esse documento que você está usando é um [IPython notebook](http://ipython.org/notebook.html). É um documento interativo que mistura texto (como esse), código (como abaixo), e o resultado de executar o código (que pode ser números, texto, figuras, videos, etc). Esta prática usará a biblioteca [Fatiando a Terra](http://fatiando.org) de modelagem geofísica. Vamos usar modelagem direta interativa da classe `Moulder`. Para isso, precisamos carregar (`import`) o `Moulder` e também o módulo [numpy](http://www.numpy.org/).\n",
    "\n",
    "O notebook é divido em células (como esta). Para editar o conteúdo de uma célula, clique nela (clique nesta para editar esse texto). Para executar uma célula, aperte `Shift + Enter`. Execute as duas células abaixo."
   ]
  },
  {
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   },
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   "source": [
    "from __future__ import division\n",
    "from fatiando.gravmag.interactive import Moulder\n",
    "import fatiando\n",
    "import numpy as np"
   ]
  },
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   },
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    "print('Versão do Fatiando a Terra: {}'.format(fatiando.__version__))"
   ]
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   "source": [
    "## Tarefa 1: Gerar dados sintéticos\n",
    "\n",
    "Essa tarefa será \"brincar de Deus\". Vamos criar uma \"Terra\" nossa (nosso modelo) e usar essa Terra para gerar dados (os dados sintéticos).\n",
    "\n",
    "1. Execute a célula abaixo (clique nela e aperte `Shift + Enter`) para abrir uma janela para modelagem direta.\n",
    "2. Crie um modelo com 1 corpo (use a densidade que quiser).\n",
    "3. Experimente diferentes configurações e veja como o dado (anomalia Bouguer) muda.\n",
    "4. Coloque 0.1 mGal de erro no dado. Veja como o erro influencia o dado.\n",
    "5. Quando terminar, feche a janela."
   ]
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   "source": [
    "area = (0, 50e3, 0, 20e3)\n",
    "x = np.linspace(area[0], area[1], 150)\n",
    "z = np.zeros_like(x)\n",
    "modelo1 = Moulder(area, x, z)\n",
    "modelo1.run()"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "Rode a célula abaixo para salvar o seu modelo e os dados gerados. **Mude os nomes dos arquivos (coisas entre `''`) para não perder seus dados**."
   ]
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   },
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   "source": [
    "modelo1.save('modelo1')\n",
    "modelo1.save_predicted('modelo1-dados.txt')"
   ]
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   "source": [
    "### Perguntas\n",
    "\n",
    "* O que é dado que você gerou? É anomalia ar-livre, Bouguer, nenhuma, ambas?\n",
    "* O valor de densidade colocado é um contraste entre a densidade do corpo e o que?"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "## Tarefa 2: Testar uma hipótese sobre o dado do colega\n",
    "\n",
    "Pegue o arquivo de dados (`modelo1-dados.txt`) e o arquivo de modelo (`modelo1`) de um colega **que você não viu desenhando**. A única informação \"geológica\" que você tem é que o dado é **produzido por 1 único corpo**.\n",
    "\n",
    "1. Mude os nomes dos arquivos na célula abaixo (coisas entre `''`) para os do colega.\n",
    "2. Rode a célula abaixo para carregar os dados e abrir a janela de modelagem.\n",
    "3. Faça um modelo com 1 corpo que ajuste o dado do colega.\n",
    "4. Quando ajustar os dados, temos um modelo válido do ponto de vista geofísico.\n",
    "5. Feche a janela quando terminar (não se preocupe, tudo estará salvo). "
   ]
  },
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   },
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    "dados_colega = 'modelo1-dados.txt'\n",
    "modelo_colega = 'modelo1'\n",
    "x, z, dados = np.loadtxt(dados_colega, unpack=True)\n",
    "modelo2 = Moulder(area, x, z, data=dados)\n",
    "modelo2.run()"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "A célula abaixo irá salvar seu modelo. **Mude o nome do arquivo (`'modelo2'`) para não perder seus dados**."
   ]
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    "modelo2.save('modelo2')"
   ]
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   "source": [
    "Vamos comparar agora o seu modelo com \"a realidade\" criada pelo colega. Rode as duas células abaixo para gerar os gráficos. O primeiro é o seu modelo (**troque o nome do arquivo para o que você colocou na célula acima**). O segundo é o verdadeiro. **Para salvar a figura abaixo, clique com o botão direito e selecione \"Salvar imagem\".**"
   ]
  },
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    "modelo2.plot()"
   ]
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    "Moulder.load(modelo_colega).plot()"
   ]
  },
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   "source": [
    "### Perguntas \n",
    "\n",
    "* Você chegou perto (sem colar)?\n",
    "* Muito provavelmente a resposta acima é \"não\". Por que?\n",
    "* O seu modelo é uma soluação válida do ponto de vista geofísico?\n",
    "* O que seria necessário para produzir um modelo que se aproxime mais da realidade?"
   ]
  },
  {
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   "metadata": {},
   "source": [
    "## Tarefa 3: Um modelo de intrusão ígnea\n",
    "\n",
    "O problema anterior foi de sacanagem. Não há como gerar um modelo que reproduza a realidade somente com a anomalia. Como você viu, **existem vários (até infinitos) modelos que produzem o mesmo dado**. O que diferencia um possível modelo e outro é o conhecimento geológico e geofísico do intérprete (você).\n",
    "\n",
    "Para ilustrar isso vamos fazer uma \"realidade\" na qual o teremos mais informações geológicas. Dessa vez, diremos para o colega que pegar nosso dado qual é o contexo geológico e qual é a densidade correta.\n",
    "\n",
    "Em situações reais, dificilmente fazemos um levantamento geofísico em uma área onde o conhecimento da geologia é zero. Sabemos que tem intrusões nessa região, que ali é uma bacia sedimentar, etc."
   ]
  },
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   "source": [
    "### Parte 1: Gere dados sintéticos\n",
    "\n",
    "1. Gere um modelo de uma (1) intrusão (dique, batólito, soleira, etc).\n",
    "2. Coloque um contraste de densidade positivo (rochas ígneas são densas).\n",
    "3. Feche a janela quando terminar."
   ]
  },
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   },
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   "source": [
    "area = (0, 10e3, 0, 5e3)\n",
    "x = np.linspace(area[0], area[1], 150)\n",
    "z = np.zeros_like(x)\n",
    "modelo3 = Moulder(area, x, z)\n",
    "modelo3.run()"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "A célula abaixo salva os dados e o modelo. **Mude os nomes dos arquivos para não confundir/sobreescrever e perder seus dados.**"
   ]
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   },
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   "source": [
    "modelo3.save('modelo3')\n",
    "modelo3.save_predicted('modelo3-dados.txt')"
   ]
  },
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   "source": [
    "### Parte 2: Modelagem da intrusão ígnea\n",
    "\n",
    "Vamos tentar a modelagem novamente. Dessa vez, sabemos que a anomalia é causada por uma intrusão (batólito, dique, soleira, etc). Também sabemos a densidade correta (perguntar para o colega).\n",
    "\n",
    "1. Troque os dados e o modelo (os dois arquivos acima) com algum colega que **não viu o modelo**. Dessa vez, informem a densidade que usaram.\n",
    "2. Mude os nomes dos arquivos na célula abaixo para os dados do colega.\n",
    "3. Execute a célula abaixo para carregar os dados do colega e fazer a modelagem.\n",
    "4. Coloque a densidade correta.\n",
    "5. Produza uma solução válida (que ajuste os dados) e que **também seja condizente com a geologia**."
   ]
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   },
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    "dado_colega_intrusao = 'modelo3-dados.txt'\n",
    "modelo_colega_intrusao = 'modelo3'\n",
    "x, z, dado = np.loadtxt(dado_colega_intrusao, unpack=True)\n",
    "modelo_colega3 = Moulder(area, x, z, data=dado)\n",
    "modelo_colega3.run()"
   ]
  },
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   "source": [
    "Salvando a sua solução:"
   ]
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    "modelo_colega3.save('modelo_colega3')"
   ]
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   "source": [
    "Vamos ver como foi dessa vez. Primeiro o seu resultado e depois o verdadeiro. **Mude o nome do arquivo para o que você usou na célula acima**."
   ]
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    "modelo_colega3.plot()"
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    "Moulder.load(modelo_colega_intrusao).plot()"
   ]
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   "source": [
    "### Perguntas \n",
    "\n",
    "* Você chegou perto (sem colar)?\n",
    "* Foi mais próximo que da última vez? Por que?\n",
    "* O seu modelo é uma soluação válida do ponto de vista geofísico?\n",
    "* Como a informação adicional te ajudou/não ajudou?"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "## (EXTRA) Tarefa 4: Modelo de uma bacia sedimentar"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Vamos repetir o mesmo processo feito acima mas dessa vez para o modelo de uma bacia sedimentar. \n",
    "Teremos que fazer algumas simplificações:\n",
    "\n",
    "* O pacote sedimentar tem densidade homogênea.\n",
    "* Não há intrusões nem outras anomilias de densidade.\n",
    "* A bacia não possui topografia.\n",
    "\n",
    "Dessa vez vamos **trocar a dica**: ao invés da densidade, vamos informar a profundidade do embasamento em dois pontos.\n",
    "Em casos reais, essa informação poderia vir de poços que alcaçaram o embasamento."
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "### Parte 1: Gere dados sintéticos\n",
    "\n",
    "1. Gere um modelo de uma bacia sedimentar.\n",
    "2. Coloque um contraste de densidade negativo.\n",
    "3. Feche a janela quando terminar."
   ]
  },
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   },
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    "area = (0, 200e3, 0, 15e3)\n",
    "x = np.linspace(area[0], area[1], 150)\n",
    "z = np.zeros_like(x)\n",
    "modelo4 = Moulder(area, x, z)\n",
    "modelo4.run()"
   ]
  },
  {
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   "source": [
    "A célula abaixo salva os dados e o modelo. **Mude os nomes dos arquivos para não confundir/sobreescrever e perder seus dados.**"
   ]
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    "modelo4.save('modelo4')\n",
    "modelo4.save_predicted('modelo4-dados.txt')"
   ]
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   "source": [
    "### Parte 2: Modelagem da bacia\n",
    "\n",
    "Sabemos que a anomalia é causada por uma bacia sedimentar e que podemos considerar que a densidade é homogênea.\n",
    "\n",
    "1. Troque os dados e o modelo com algum colega que **não viu o modelo**. \n",
    "2. Informem a profundidade do embasamento para 2 coordenadas x (digam o valor de x e qual é o z correspondente).\n",
    "3. Mude os nomes dos arquivos na célula abaixo para os dados do colega.\n",
    "4. Execute a célula abaixo para carregar os dados do colega e fazer a modelagem.\n",
    "5. Produza uma solução válida (que ajuste os dados) e que **também seja condizente com a geologia**."
   ]
  },
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    "dado_colega_bacia = 'modelo4-dados.txt'\n",
    "modelo_colega_bacia = 'modelo4'\n",
    "x, z, dado = np.loadtxt(dado_colega_bacia, unpack=True)\n",
    "modelo_colega4 = Moulder(area, x, z, data=dado)\n",
    "modelo_colega4.run()"
   ]
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    "modelo_colega4.save('modelo_colega4')"
   ]
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   "source": [
    "Vamos ver se vocês acertaram dessa vez. **Mude o nome do arquivo na  célula abaixo para o que você usou para salvar acima**."
   ]
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    "modelo_colega4.plot()"
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    "Moulder.load(modelo_colega_bacia).plot()"
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   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Perguntas \n",
    "\n",
    "* Por que você usou uma densidade negativa para os sedimentos?\n",
    "* Você chegou perto (sem colar)?\n",
    "* Foi mais próximo que da última vez? Por que?\n",
    "* O seu modelo é uma soluação válida do ponto de vista geofísico?\n",
    "* Como a informação adicional te ajudou/não ajudou?"
   ]
  }
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