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Natalini , Claudia

Fotomodellazione architettonica : stato dell’arte ed applicazioni al rilievo dell’architettura.

Rel. Marco Roggero. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il restauro e valorizzazione del patrimonio, 2013

Abstract:

Il campo dei Beni Culturali ha suscitato nel corso degli ultimi anni un interesse sempre più frequente da parte della comunità scientifica che fa riferimento alle scienze del rilevamento. L’UNESCO ed altre fra le maggiori agenzie ed autorità nel settore pongono ormai sempre maggiore attenzione alla documentazione metrica digitale accurata di siti archeologici, dei centri storici cittadini e dei complessi edificati d’importanza storico e archi- tettonica; si è quindi andata sempre più diffondendo l’idea che la conoscenza di un bene non possa riguardare solo la sua storia artistica, ma debba necessariamente comprendere anche le sue caratteristiche di posizione, forma e geometria.

Negli ultimi anni si è visto un profondo rinnovamento ed un’importante evoluzione, e le possibilità oggi rese concrete dalle tecnologie elettroniche ed informatiche della moderna Geomatica, offrono nuove prospettive in tutte le applicazioni del rilevamento.

In questo senso il campo dei Beni Culturali è quello che più degli altri si presta ad un approccio complementare tra tecniche e tecnologie diverse, tutte di grande interesse e in continuo sviluppo; in primo luogo perché in questo settore ogni situazione costituisce un caso a sé stante, con le proprie caratteristiche, problematiche e specificità, che spesso costringono ad abbandonare i classici schemi ed approcci del rilievo per cercare soluzioni nuove e diversificate; in secondo luogo qualunque bene, per poter essere correttamente studiato e compreso, non va considerato solo come singola entità, ma va inserito nel contesto territoriale in cui si trova, adottando un approccio multi-disciplinare e multi-scala, che partendo dal rilievo del territorio arriva fino al singolo reperto, ponendo per ogni fase problematiche diverse, che richiedono strumentazioni distinte e che operano con precisioni non omogenee e differenti sistemi di riferimento, ma che devono alla fine riuscire a coesistere e comunicare; in terzo luogo questo è un settore che interessa moltissime aree di studio, dall’archeologia all’architettura, dalla storia all’arte, dal rilevamento alle scienze strutturali, ed ogni studioso ha le proprie esigenze in termini di procedure, dati di partenza, conoscenze necessarie e prodotti finali ottenibili, ma tutte queste aree di studio devono riuscire in qualche modo a colloquiare tra loro.

Come già detto, il campo del rilevamento dei Beni Culturali è probabilmente il più emblematico delle possibilità oggi offerte dall’integrazione delle moderne tecniche della Geomatica, per prima cosa per le specificità presentate da ogni caso di studio ed inoltre perché spesso le condizioni di lavoro impongono che il tempo dedicato alle attività di rilievo e acquisizione sia breve.

Le nuove tecniche e tecnologie digitali offrono, infatti, la possibilità di ottenere nuovi prodotti non solo dalle attività di rilievo, ma anche nella rappresentazione e nella visualizzazione, con lo scopo di avere una descrizione metrica accurata del territorio, strutture, edifici e reperti; esse costituiscono potenti strumenti per l’analisi degli oggetti ed a supporto delle attività di ricostruzione e restauro.

L’acquisizione ed il processamento dei dati devono essere realizzati seguendo appropriate metodologie, prendendo in considerazione le caratteristiche di ogni

tecnica sia in termini di capacità intrinseche, come ad esempio precisione, accuratezza e formato dei dati, sia allo scopo della mutua integrazione, con lo scopo di inserire tutti i prodotti in un comune database, utile per molte applicazioni: divulgazione, documentazione, studi di stabilità delle strutture, etc.

La prima fase consiste in genere nella definizione di punti di riferimento o di una rete d’inquadramento nell’area di interesse; ciò generalmente implica l’adozione della geodesia spaziale, per esempio per la connessione alla rete IGS di stazioni permanenti al fine di realizzare la geore- ferenziazione assoluta del sito, nel caso non esistano, come spesso accade, punti geodetici locali o dati noti al riguardo. Il sistema GPS può essere utilizzato anche in modalità cinematica per la descrizione della morfologia dell’area ed il rilievo delle strutture, talvolta accoppiato con altre tecniche, come rilievi topografici classici con Total Station e fotogrammetria aerea da bassa quota, anche con l’utilizzo di piattaforme non convenzionali, e terrestre; i risultati sono in ogni caso ottenuti in uno stesso sistema di riferimento.

Gli stessi punti già rilevati possono essere utilizzati per la georeferenziazione di immagini satellitari, utili per una descrizione del territorio circostante e come base per unire e sovrapporre tutti i rilievi e gli altri dati esistenti, oltre che per altri studi, come classificazioni e interpretazioni tematiche.

La fotogrammetria, da sola o integrata col laser a scansione, con i loro prodotti come le ortofoto, la restituzione vettoriale tridimensionale e i Digital Surface Models con o senza applicazione della texture, costituiscono importanti strumenti per studio visuale e le analisi strutturali, ad esempio a scopo di restauro, combinando un’accurata informazione metrica con una descrizione fotografica qualitativa di alta qualità.

Per singoli oggetti, lo studio può essere realizzato utilizzando differenti tecniche, secondo le caratteristiche di forma, dimensione e location dell’oggetto, e degli scopi del rilievo; in questo senso la fotogrammetria digitale è un’ottima soluzione, grazie alle sue caratteristiche di realizzare rilievo senza contatto con l’oggetto ed in tempo breve, così da non richiedere l’interruzione delle attività di scavo per un lungo periodo; attualmente è inoltre possibile l’uso di camere digitali a medio - basso costo, che permettono l’acquisizione del dato metrico con semplicità, economicità e maneggevolezza, anche se in questo caso il processo fotogrammetrico diviene più difficile, richiedendo l’uso di algoritmi e procedure appropriate, specialmente per quanto riguarda la fase di calibrazione della camera.

Relatori: Marco Roggero
Soggetti: AR Arte > ARD Fotografia
AR Arte > ARF Pittura
AR Arte > ARG Scultura
R Restauro > RA Restauro Artchitettonico
R Restauro > RB Restauro Artistico
S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il restauro e valorizzazione del patrimonio
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3280
Capitoli:

Indice

1. Introduzione

2. Inquadramento della ricerca

3. La fotogrammetria.

I. Cenni Storici.

II. L'Istituto Geografico Militare.

i. La situazione inibiate.

ii. Michele Manzi e le prime esperienze di fotogrammetria.

iii. Pio Paganini ed il metodo fotografico terrestre.

iv. Ermenegildo Santoni e l’attività fotogrammetrica tra le due guerre mondiali.

v. La ripresa dell'attività fotogrammetrica dopo il secondo conflitto mondiale

vi. Tempi moderni.

vii. Prospettive Future.

III. Fotografia aerea..

i. Strumentazione fotografica.

IV Teoria Fotogrammetrica.

V Topografia e Fotogrammetria.

VI. Le Grandette

VII. La Stereoscopia, Presa e Scala.

VIII. L'orientamento

i. Orientamento Interno.

ii. Distorsione radiale e distorsione tangenziale.

iii. Orientamento esterno.

iv. Orientamento contemporaneo di due fotogrammi in due passi.

v. Orientamento contemporaneo di due fotogrammi.

vi. Orientamento indipendente de due fotogrammi.

IX. La restituzione

4. Fotomodellazione architettonica.

I. Introduzione alla fotomodellazione.

i. Digitalizzazione 3d del patrimonio costruito.

ii. Dalla prospettiva alla fotomodellazione.

iii. Fasi del processo.

a. Acquisitone delle coordinate spaziali.

b. Ricostruzione 3d.

c. Restituzione dell’apparenza visiva

iv. Potenzialità e limiti.

v. Fotomodellazione in architettura.

II. La ripresa fotografica.

i. La macchina fotografica.

a. Scelta della macchina.

b. Obiettivi.

c. Nozioni di base di fotografia.

d. Qualità delle fotografie per la fotomodellazione.

ii. Tecniche di ripresa fotografica.

a. Ripresa fotografica ad assi convergenti.

b. Ripresa fotografica ad assi paralleli.

c. Ripresa fotografica panoramica.

iii. Strategia di rilievo.

a. Descrizione edificio.

b. Organizzazione ripresa fotografica sul campo..

c. Giornale di rilievo.

III. Calibrazione ed orientamento camere

i. Modello geometrico di una camera.

a. Parametri intrinseci.

b. Parametri estrinseci.

ii. Stima della geometria delle camere.

a. Geometria interna della camera.

b. Accoppiamento punti omologhi.

c. Sfruttamento vincoli geometrici.

iii. Tecniche di calibratone ed orientamento delle camere.

a. Calibrazione ed orientamento simultaneo di un blocco di immagini coni

b. Calibrazione ed orientamento progressivo di coppie di immagini conventi.

c. Calibrazione ed orientamento di foto a livelli di dettaglio progressivi.....

iv. Assemblaggio ed orientamento di immagini panoramiche.

a. Assemblaggio immagini panoramiche.

b. Tipi di proizioni.

c. Modello geometrico di un’immagine panoramica.

d. Orientamento immagini panoramiche.

I V. Ricostruzione geometrica 3 d.

i. Nozioni di base della rappresentatone geometrica.

a. Tipi di rappresentazione geometrica.

ii. Tecniche di rimiratone 3d a partire da fotografie.

a. Raccolta di punti per la ricostruzione 3d.

b. Ricostruzione per l’agiiustamento di primitive.

c. Ricostruzione per l’estrusione Progressiva.

d. Ricostruzione per maglie poligonali.

e. Ricostruzione per profili.

f. Strategia di ricostruzione.

V. La modellazione tridimensionale.

i. La modellatone tridimensionale nel campo dei Beni Culturali.

a. Generatone della superficie

b. Tecniche di allineamento delle nuvole di punti

a. Terminologia e definizioni

b. Problemi fondamentali del Image Matching.

c. Soluzioni al problema fondamentale di riduzione dello spazio di ricerca.

d. Soluzioni del problema dell’unicità dell’entità di matching.

e. Area based matching.

f. La correlazione ai minimi quadrati

g. Multi - foto least square matching geometricamente vincolato.

h. Feature based matching.

VI. Rappresentazione basata sull’immagine

i. Restituzione dell’apparenza visiva.

a. Estrazione e mapping delle texture.

b. Ritocco grafico texture.

ii. lui strutturatone della rappresentazione.

a. Strutturazione della geometria.

b. Strutturazione delle texture

iii. Tecniche di Rendering.

a. Rendering delle linee caratteristiche.

b. Rendering dei volumi.

c. Rendering dell’apparenza visiva.

d. Elaborazione di rappresentazioni mutli-layers.

iv. Ibridazione Reale Virtuale.

VII. Sotware di applicazione.

i. Visual SFM.

ii. 3DReshaper.

iii. Pointools.

iv. Agisoft Photoscan Pro.

5. Caso studio: La Stanca dei Gigli del Castello del Valenti di Torino

I. Fotomodella^ione della Stanca dei Gigli.

6. Caso Studio: la Chiesa di Lorenzo in Montiglio.

I. La Pieve di S. Lorenzo

II. I capitelli.

III. Il processo di fotomodellazione.

i. Acquisitone delle fotografie.

ii. Riordino e pulita delle immagini.

iii. Structurefrom motion.

iv. Creatone della mesh

v. Elaborati tra di tonali.

IV. Fotomodellazione capitelli.

7. Conclusioni.

8. Bibliografìa.

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