2017-2018

Tecnologie 3d integrate applicate ai Beni Culturali per la realizzazione di repliche (ICAR/06)

Responsabile scientifico: Caterina Balletti

Il percorso che dal modello per punti porta alla sua rappresentazione fisica, passando per modello digitale racchiude tre passaggi che implicano un modo diverso di rappresentare un oggetto. Queste tre rappresentazioni hanno finalità differenti e di conseguenza differenti caratteristiche.

Il modello per punti è legato al mondo del rilievo. Viene acquisito tramite tecniche proprie della fotogrammetria, del laser scanning e della topografia, che sono strettamente connesse ad un modo di rappresentare la realtà legato ai concetti di precisione e accuratezza. Attraverso queste metodologie si ottengono dati numerici che mimano la forma di un oggetto e che garantiscono sempre un controllo metrico sull’affidabilità del risultato.

Diverso è lo scopo dei modelli digitale e fisico, che sono tradizionalmente legati al concetto di fruibilità di un oggetto. Essi consentono all’utente di visualizzare in maniera chiara ed immediata la realtà, in particolare laddove questa non è più direttamente fruibile. Alcuni esempi possono essere l’anastilosi virtuale di un edificio in crollo, oppure applicazioni pensate per rendere possibile il contatto diretto con l’oggetto, che spesso non è consentito, soprattutto nel campo dei Beni Culturali. Si pensi, ad esempio, alle sezioni dei musei dedicate a ciechi e bambini, due casi in cui il contatto fisico con gli oggetti è necessario. In entrambi i casi, infatti, il tatto è un mezzo per conoscere la realtà, da una parte sotto forma di gioco, dall’altra come senso che supplisce alla mancanza della vista.

In architettura, questi modelli sono solitamente creati a seguito di due processi differenti. Il primo prevede la creazione di superfici chiuse unendo tra loro i vertici che compongono la nuvola di punti, con diverse metodologie. Il secondo, invece, è un processo di interpretazione, che passa attraverso dei software di tipo CAD, dove la quasi continuità del dato rilevato viene discretizzata in una serie di linee che rappresentano gli elementi necessari a caratterizzarne la struttura architettonica.

Questo passaggio, appunto, tra un tipo di rappresentazione per punti (che possiamo chiamare modello numerico) ad un tipo di rappresentazione per linee o superfici (ad esempio un modello matematico al CAD) fino a un tipo di rappresentazione fisica implica spesso la necessità di un processo molto lungo di elaborazione dei dati.

Il dato numerico è spesso ridondante rispetto agli scopi del modello finale, sia in termini di quantità di dati acquisiti che in termini di precisione e accuratezza.

Spesso, d’altro canto, ci si trova di fronte a modelli numerici in cui alcune parti significative per la descrizione del monumento sono mancanti, a causa di aggetti o sottosquadri, che provocano le cosiddette “zone d’ombra”, molto frequenti negli oggetti rilevati.

Del resto, il rilievo è requisito imprescindibile per conoscere e rappresentare la forma e la geometria di un oggetto, in termini di dimensioni e proporzioni tra le parti ed è fondamentale, quindi, per la riproduzione fedele di un oggetto, qualsiasi sia la sua forma.

La ricerca si propone, quindi, di analizzare e ottimizzare il processo che dal rilievo porta alla rappresentazione fisica di un oggetto.

Integrated 3D technologies applied to Cultural Heritage for the production of replicas

The path that from the point cloud leads to its physical representation, passing through a digital model contains three steps that imply a different way of representing an object. These three representations have different purposes and consequently different characteristics.

The point cloud model is part of the surveying world. It is acquired through photogrammetric, laser scanning and topographic techniques, which are strictly connected to a way of representing reality linked to the concepts of precision and accuracy. Through these methodologies we obtain numerical data that imitate the shape of an object and that always guarantee a metric control on the reliability of the result.

The purpose of digital and physical models is different, as they both are traditionally linked to the concept of usability of an object. They allow the user to view reality in a clear and immediate way, in particular where it is no longer directly accessible. Some examples may be the virtual anastylosis of a collapsing building, or applications designed to allow a direct contact with the object, which is often prohibited, especially in the field of Cultural Heritage. For example, we could think about the sections of museums dedicated to children or visually impaired, two cases in which physical contact with objects is necessary. In fact, in both cases touch is a means to experience and acknowledge reality. On the one hand as a game, on the other as a sense that compensates for the lack of sight.

In architecture, these models are usually the result of two different processes. The first one involves the creation of closed surfaces by joining together the vertices of the point cloud, with different methodologies. The second one is a process of interpretation, which passes through CAD software products, where the quasi-continuity of the detected data is discretized into a series of lines that represent just the elements necessary to characterize its architectural structure. This transition from a type of representation by points (which we can call a numerical model) to a type of representation by lines or surfaces (for example a mathematical CAD model) up to a type of physical representation often implies very long data processing.

The numerical data is often redundant compared to the purposes of the final model, both in terms of the amount of data acquired and in terms of precision and accuracy. On the other hand, we often deal with numerical models in which some significant parts for the description of the monument are missing. Protrusions or undercuts on the objects could cause this phenomenon on the point cloud model. Nonetheless, surveying is an essential requirement for knowing and representing the shape and geometry of an object, in terms of dimensions and proportions of its parts. Therefore it is necessary for a faithful reproduction of an object, regardless of its shape.

In the light of these considerations, the research aims to analyse and optimize the process that leads to the physical representation of an object from the surveyed model.