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Munaretto, Dafne

Estrazione di immagini solide da scansioni laser : applicazione al patrimonio architettonico.

Rel. Marco Roggero. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_, 2012

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

La tecnologia LIDAR offre vaste possibilità di applicazione, dal rilievo archeologico, architettonico, urbano, paesaggistico, o scultoreo.

Il principio di funzionamento di questa tecnologia è tanto semplice quanto efficace: lo strumento ricostruisce la tridimensionalità dell'oggetto per punti, determinando la posizione di ogni punto con misure di distanze e angoli, e producendo nuvole di punti campionati sulla superficie dell'oggetto. Nonostante appaia un lavoro rapido, in realtà la velocità di acquisizione di una mole così ingente di informazioni sveltisce notevolmente il lavoro in campagna, ma il trattamento dei dati e la fase di elaborazione richiede dalle quattro alle cinque volte il tempo necessario all'acquisizione. In ogni caso il rilievo di un oggetto architettonico anche non molto complesso richiede il processamelo di centinaia di milioni di punti, che necessitano di successive elaborazioni per l'estrazione dei prodotti del rilievo, che si configurano non solo in piante ed alzati, ma anche in modelli tridimensionali e prodotti multimediali. In particolare, il passaggio dalla nuvola di punti agli elaborati grafici è sempre molto lungo: la fase di modellazione infatti comporta notevoli tempi di calcolo, considerando anche il problema di gestione da parte della macchina di superfici formate da milioni di triangoli. Inoltre quest'operazione spesso non produce risultati graficamente paragonabili alla visualizzazione per punti.

Siccome il compito del rilevatore è, il più delle volte, l'estrazione di elaborati bidimensionali dai dati di scansione tridimensionali, l'obiettivo principale di questa tesi è stato capire come renderne più rapida la produzione, estraendo gli elaborati direttamente dalla nuvola di punti senza passare per la fase di modellazione.

In una prima fase del lavoro, quindi, ci siamo concentrati sull'analisi della qualità delle misure, in funzione della distanza, dell'angolo di incidenza del laser sulla superficie e della sua rifletti vita; abbiamo poi esaminato le successive fasi di elaborazione dei dati, studiando in particolare la possibilità di estrarre piante, prospetti e sezioni dalla nuvola di punti. Questi elaborati tuttavia sono molto diversi dagli elaborati tradizionali del rilievo perché, almeno nella loro forma digitale, conservano la loro tridimensionalità. Si tratta infatti di immagini solide, un concetto nato e sviluppato proprio qui al Politecnico di Torino da un'idea del Prof. Sergio Dequal.

Un'immagine digitale tradizionale è composta da tre bande, i colori R, G e B: l'immagine solida richiede invece la memorizzazione di una quarta banda, in cui è memorizzata l'informazione di distanza, che ad esempio nel nostro caso può essere la distanza di un punto sulla superficie dell'oggetto dal piano di sezione. Nella nostra applicazione abbiamo poi utilizzato una quinta banda, per rappresentare il valore di ricettività ricavato dalla scansione laser.

Durante il corso dell'ultimo anno ho avuto l'opportunità di realizzare alcune applicazioni di rilievo dei beni culturali, nell'ambito di lavori eseguiti dal Laboratorio di Rilievo del Dipartimento di Architettura e Design, con cui ho collaborato sia come borsista che come tirocinante. Le applicazioni di questo mio studio però saranno esemplificate sul caso della Chiesa di San Pietro in Porto Venere, il cui rilievo è stato realizzato nell'ambito del lavoro di tesi.

Relatori: Marco Roggero
Soggetti: A Architettura > AP Rilievo architettonico
D Disegno industriale e arti applicate > DI Grafica digitale
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/2863
Capitoli:

INDICE

Introduzione

CAPITOLO 1: Il laser

CAPITOLO 2: Lo strumento: il laser scanner 3D

I. Il fenomeno della divergenza

II. Accuratezza delle acquisizioni. Risoluzione, qualità e test specifici

III. Il laser scanner e il rilievo tradizionale

IV. La fase di acquisizione e il progetto delle scansioni

CAPITOLO 3: II dato laser

I. Preparazione dei dati

II. Nuvole di punti

A. Pulizia della nuvola di punti

B. Registrazione delle scansioni

C. Filtraggio della nuvola di punti

D. Geo-referenziazione della nuvola di punti

III. Modellazione

IV. Prodotto finito

CAPITOLO 4: I software commerciali: indagine di mercato

I. Analisi generale

A. Cloud Compare

B. Pointools

C. 3D Reshaper

D. Scene

E. Geomagic Studio

F. Tabella comparativa

CAPITOLO 5: Veloce, uno strumento personalizzato: i! filtraggio

I. Importazione

II. Creazione dell'archivio ad accesso diretto dei dati grezzi: organizzazione, e classificazione dei dati

III. Filtraggio della nuvola: l'eliminazione del rumore

CAPITOLO 6: Veloce, sezioni ed esportazione di ortofoto solide

I. Il principio di funzionamento delle sezioni con Veloce

II. Sezioni su piani verticali: alzati e sezioni

CAPITOLO 7:II caso studio: la chiesa di San Pietro a Porto Venere

I. Porto Venere: inquadramento geografico, socio-culturale e artistico

II. Porto Venere e la sua storia

III. La chiesa di San Pietro a Porto Venere

IV. Il rilievo della chiesa di San Pietro

Conclusioni

Bibliografia e sitografia

APPENDICE A

Lavori di rilievo svolti nel corso delia borsa di studio, del tirocinio e delie attività extra-

curriculari

I. Rilievo del Bastione Seicentesco rinvenuto in Piazzale Aldo Moro a Torino

II. Rilievo del Ricetto di Pavone Canavese

III. Rilievo del Castello di Cherasco

IV. Rilievo di incisioni rupestri a Mompantero in Val di Susa

V. Rilievo dell'Arco di Augusto a Susa

VI. Rilievo dell'alveo del torrente Vernazzola a Vernazza

VII. Rilievo del Municipio di Concordia sulla Secchia

Ringraziamenti

Bibliografia:

• P. Aprili, «Dispense del corso: sicurezza laser» [Online]. In: http://www.ac.infn.it/sicurezza/rel/LASER.pdf.

• S. Bazzocchi & E. Maggiani, «Interventi di consolidamento e restauro della chiesa di San Pietro Apostolo a Porto Venere (La Spezia). Relazione storica, relazione tecnica e documentazione fotografica.», marzo 1995.

• F. Benigni, L. Prof. Misici & R. Prof. Piergallini, Triangolazioni di Delaunay, 2000.

• W. Boehler & A. Marbs, «Investigating Laser Scanner Accuracy», in International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2003.

• L. Bornaz, «I sistemi a scansione laser», in F. Crosilla & S. Dequal, Laser Scanning Terrestre, 2006.

• L. Bornaz, F. Rinaudo & M. Roggero, «Prove di segmentazione su un rilievo laser scanner di tipo terrestre», in ASITA, 2003.

• D. Bortolucci, Prìncipi di laser scanning 3D, Palermo, Dario Flaccovio Editore, 2009.

• L Carassale, M. Eljaarani, A. Paoli & A. V. Razionale, «Uniform and non-uniform semplification of 3D point cloud data (PCD) sets obtained by Reverse Engineering System», in XVII INGEGRAF – XV ADM Conference, 2005.

• T. O. De Negri & R. Trinci, «II problema di Porto Venere. Fasi costruttive di S. Pietro a Porto Venere», in Bollettino linguistico per la storia e per la cultura regionale, Cuneo, Istituto i grafico Bertello, 34/1952.

• U. Formentini, «Monumenti di Porto Venere (restauri 1929-1934)», in Memorie dell'Accademia Lunigianese di Scienze "G. Cappe/lini", La Spezia, Tipografia Moderna, 1934.

• V. Girelli & G. Prof. Bitelli, «Tecniche digitali per il rilievo, la modellazione tridimensionale e I la rappresentazione nel campo dei beni culturali», Dottorato XIX ciclo.

• Kyriazis, I. Fudos & L. Palios, «Extracting CAD features from point cloud cross-sections», I in The 17th International Conference in Central Europe on Computer Graphics, Visualization [and Computer Vision, 2009

• Lingua, E. Agosto & P. Del Bianco, «L'ortofoto solida di precisione a grandissima scala in ambito urbano», in XI conferenza nazionale ASITA, 2007.

• F. Lucchesi, «La georeferenziazione dell'informazione spaziale», 2005. [Online]. In: [http://www.di.unipi.it/~andrea/Didattica/IG09/01_02_la_georeferenziazione_delllnformazione_spaziale.pdf.

• Manzino, Lezioni di Topografia. Parte III - Strumenti e metodi di misura, Otto Editore, 2000, pp. 63-77.

• Manzino & M. Roggero, «La tecnica del laser scanning. Il trattamento informatico del dato», in Corso CISM, 2002.

• G. Montefinale, Guida turistica alle antiche chiese ed ai resti cenobitici di Porto Venere, Genova, S.A.G.A, 1968.

• M. Roggero, «Segmentazione di dati laser ed analisi orientata agli oggetti», in CISM, 2006.

• M. Roggero, «Segmentazione di oggetti con tecniche di region - growing e analisi delle componenti principali», in ASITA, 2002.

• M. Roggero, A. Prof. Manzino & V. Prof. Casella, in Scansione laser da piattaforma aerea. Trattamento e analisi dei dati, 2000.

• R. Scopigno, «Gestione efficiente dei dati prodotti dai sistemi di scansione tridimensionale», 2006.

• M. Sgrenzaroli & G. P. M. Vassena, Tecniche di rilevamento tridimensionale tramite laser-scanner, Milano, Starrylink Editrice, 2007.

Sitografia

• Costante di Plank, http://www.robertobigoni.it/Fisica/Planck/Planck.html, marzo 2012

• L.A.S.E.R., http://it.wikipedia.org/wiki/Laser, marzo 2012

• Inversione di popolazione, http://it.wikipedia.org/wiki/lnversione_di_popolazione, marzo 2012

• Cavità ottica risonante, http://www.gambelli.org/download/ingegnerìa/elettronica/Laser/cavita.htm, marzo 2012

• 3DReshaper, http://www.3dreshaper.com/, marzo 2012

• Geomagic Studio, http://www.geomagic.com/it/products/studio/overview/, marzo 2012

• Scene, http://www.faro.com/content.aspx?ct=us&content=pro&item=5&subitem=48, marzo 2012

• CloudCompare, http://www.danielgm.net/cc/, marzo 2012

• Raggio laser, http://it.wikipedia.org/wiki/Laser, aprile 2012

• Numeri a precisione singola, http://it.wikipedia.org/wiki/IEEE_ 754#Numeri_a_precisione_singola_. 2832_bit. 29, maggio 2012

• Numeri in virgola mobile, http://it.wikipedia.org/wiki/Numero_in_virgola_mobile, maggio 2012

• Rappresentazione numeri interi e reali, http://it.kioskea.net/contents/base/representation.php3, maggio 2012

• Formato ASCII, http://it.wikipedia.org/wiki/ASCII, maggio 2012

• IEE 754, http://itwikipedia.org/wiki/IEEEJ754, maggio 2012

•Georeferenziazione, http://www.di.unipi.it/~andma/Didattica/IG09/01_02_la_geomremnziazione_delllnformazione_spaziale.pdf, giugno 2012

• Ortofoto, http://www.cartaweb.pu.it/index.php?id=6883&type=0&uid=37&cHash=63434763f6, luglio 2012

• Ortofoto, http://www.igmi.org/pdf/repertono/prodotti_cartespeciali.pdf, luglio 2012

• Da RGB a HSL, http://en.wikipedia.org/wiki/HSL_and_HSV, luglio 2012

• Teoria dei colori, http://www.diodati.org/scritti/2002/gjcolori/colori09.asp, luglio 2012

• Storia di Porto Venere, http://www.proiocoportovenere.it/, luglio 2012

• Chiesa di San Pietro a Porto Venere, http://www.regioni-italiane.com/Portovenere_SP.htm, luglio 2012

• Territorio di Porto Venere, http://www.sullacrestadellonda.it/torri_costiere/torrìportovenere.htm, luglio 2012

• Territorio di Porto Venere, http://it.wikipedia.org/wiki/Porto_Venere, luglio 2012

• Chiesa di San Pietro a Porto Venere, http://www.italiadiscovery.it/news/liguria/la_spezia/portovenere/san_pietro/2941.php, luglio 2012

• Muratura a filaretto, http://www.laprotezionecivile.com/Archivio/dir_articoli/200712031639070.Corso%20di%20co struzioni%20-%20Edifici%20in%20muratura.pdf, agosto 2012

• Rilievo batimetrico, http://it.wikipedia.org/wiki/Batimetria, agosto 2012

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