Nel settembre 2009 la UIA ( International Union of Architects), in collaborazione con Il Ministero della Cultura e della Comunicazione Francese, il Centro Nazionale per la Ricerca scientifica Francese (UMR 694 MAP-Gamsau Laboratory), Docomomo e Autodesk, hanno indetto un concorso internazionale riservato agli studenti di architettura dal titolo “A fresh look at 20th century architectural heritage”.
L’obiettivo del concorso era quello di rappresentare un edificio del XX secolo di particolare valore storico-architettonico, meglio se in stato di degrado, attraverso tecniche di rappresentazione digitale, impiegando due software prodotti da Autodesk: ImageModeler per la parte di “Image-based-model” (IBM) e Stitcher per la parte “panoramic-images”.
La Casa del Balilla di Forlì
La Casa del Balilla di Forlì (oggi nota come EX-GIL), progettata nel 1932 e ultimata nel 1936, è stata considerata particolarmente adatta ai fini del concorso per le sue caratteristiche intrinseche riguardanti il valore storico e culturale, lo stato di degrado e le geometrie dei volumi.
L’edificio dell'architetto Cesare Valle rappresenta, infatti, un emblematico esempio di architettura di regime: una composizione funzionalista dai volumi chiari e definiti, in grado di tradurre, in modo inequivocabile, la volontà della dittatura di fare della propaganda l’arma principale del processo di “fascistizzazione”, rivolta in questo caso alle fasce più giovani della popolazione.
L’edificio divenne ben presto uno dei simboli dell’ ”Opera Nazionale Balilla”, la cui missione era quella di avvicinare e coinvolgere i giovani italiani agli ideali della politica fascista, in maniera da poter diventare “obbedienti soldati per le battaglie del Duce”. Risale a quell’epoca, infatti, il motto “libro e moschetto, fascista perfetto” con cui si voleva indicare come la cultura e l’istruzione, congiuntamente alle attività fisiche e militari, dovessero contribuire alla formazione di persone “migliori”.
Perfettamente inserito in questo alveo è il messaggio scolpito in cima alla torre della Casa del Balilla:
“Nel nome di Dio e dell’Italia giuro di eseguire gli ordini del Duce e di servire con tutte le mie forze e se necessario col mio sangue la causa della rivoluzione fascista”.
Da un punto di vista planimetrico la Casa del Balilla si caratterizza per la presenza di tre nuclei/volumi tra loro collegati (la palestra, il cinema-teatro e la piscina) che danno luogo a loro volta a due blocchi funzionali distinti ed indipendenti: quello sportivo e quello culturale.
Il trascorrere degli anni, l’abbandono delle sue funzioni originarie e il successivo adattamento a nuove destinazioni d’uso, così come l’incuria e la mancanza di una manutenzione ordinaria programmata hanno portato l’edificio allo stato attuale di degrado. Una parte dell’edificio risulta ancora agibile ed è destinata ad attività sportive, mentre una seconda è attualmente in corso di restauro.
L'insieme di tali aspetti fa sì che l'edificio si presti in maniera particolare ad essere modellato per mezzo di un IBM, riuscendo tale tipo di software a restituire in maniera fedele il complesso costituito da volumi ben definiti e a documentarne lo stato di conservazione delle superfici murarie.
Introduzione alla foto modellazione
La modellazione architettonica da rilievo di edifici esistenti è, per sua natura, un’operazione complessa.
Rilevare e rappresentare l’esistente attraverso un modello digitale tridimensionale, o bidimensionale, prevede necessariamente una semplificazione, dettata innanzitutto dalla scala della rappresentazione, dagli strumenti e dalle tecnologie impiegate oltre che dagli obiettivi e dalle finalità che il rilievo si prefigge e che ad ogni modo non potrà mai gestire la complessità della realtà. Pensiamo ad esempio alle moderne tecnologie di rilevazione con Laser Scanner: la risultante nuvola di punti viene interpolata e semplificata per permettere la gestione di un modello digitale, che in caso contrario avrebbe un numero sovrabbondante di triangoli, e ad ogni modo non rappresenterebbe la copia fedele dell'originale.
Questo discorso è sicuramente valido su edifici in evidente stato di degrado, in cui il rilievo al fine della conservazione assume un’importanza fondamentale. Rilievi geometrici, fotopiani e modelli tridimensionali, forniscono al progettista gli strumenti indispensabili per poter compiere un lavoro rispettoso dell’identità culturale di tali edifici.
Ottenere un modello digitale con elevata qualità e fedeltà dei suoi contenuti, e che al tempo stesso possa fornire un modello gestibile su più piattaforme (anche online), rappresenta da sempre un traguardo difficile da raggiungere. Si prenda ad esempio un modello di edificio classico: la corretta modellazione delle modanature e degli ordini architettonici comporterà inevitabilmente un aumento del numero dei triangoli, al contrario una modellazione con un basso livello di dettaglio comporterà una migliore gestione del modello ma con una rappresentazione lacunosa ed approssimativa.
Una soluzione valida che si pone tra questi due estremi è data dai cosiddetti IBM (Image-Based-Model).
Le peculiarità di questi modelli consistono essenzialmente in due aspetti: la costruzione della geometria attraverso la referenziazione di immagini e l’estrapolazione delle texture direttamente dalle foto.
Il risultato è un modello costituito, in linea di massima, dai volumi principali dell’edificio con un basso numero di poligoni, ma che al tempo stesso presenta una elevata qualità di dettaglio, ricavata dalla texturizzazione di tali superfici direttamente dalle fotografie, e quindi dal suo stato di fatto.
Uno dei campi in cui questi software possono trovare largo impiego è quello del rilevo e del restauro, in cui un modello IBM, affiancato agli strumenti propri del rilievo, può fornire un ottimo pacchetto di informazioni per eseguire al meglio la fase conoscitiva del progetto.
I limiti nell’utilizzo di tale tecnologia derivano essenzialmente dalla complessità del modello da costituire e dal livello di dettaglio che si vuole raggiungere. Un'altra problematica può derivare dalle cosiddette “zone d’ombra”, ovvero parti di edificio che non possono essere rappresentate in quanto impossibili da fotografare. In altri casi la referenziazione di un numero elevato di fotografie può risultare difficile, o può portare ad errori nella geometria.
Questi limiti non possono però nascondere i vantaggi derivanti da questo tipo di rappresentazione, che non possono essere eguagliati da nessun altro strumento.
Le fasi di cui si compone tale tecnica sono scomponibili essenzialmente in cinque parti:
1. Repertorio fotografico dell’edificio;
2. Referenziazione delle immagini;
3. Foto-modellazione;
4. Texturizzazione;
5. Eventuale esportazione e visualizzazione in altri ambienti.
La realizzazione del Modello – Il repertorio Fotografico
La procedura per la realizzazione del modello della Casa del Balilla ha preso avvio con l'acquisizione di un repertorio fotografico dell’edificio.
Sottovalutare l’importanza di questa fase è sicuramente un errore, in quanto avere una raccolta incompleta preclude la possibilità di avanzare nelle successive fasi di realizzazione del modello, mentre immagini di qualità possono garantire, nei confronti dell'esito finale, la massima attendibilità del lavoro.
Un problema tipico riguarda, ad esempio, l’illuminazione diurna con conseguenze di notevole importanza dovute alla presenza di ombre portate sull’edificio. Queste, riportate sulle texture applicate alle superfici, provocano una visualizzazione non corretta ed alterata dei fotopiani e dei rendering: nei primi potrà risultare difficile la lettura delle informazioni; nei secondi si potrebbe riscontrare una sovrapposizione tra ombre artificiali, create dalle luci nella scena, e quelle naturali, presenti nelle textures.
Una possibile soluzione a questo problema consiste nell’acquisizione delle foto in una giornata nuvolosa, in cui la luce è di tipo diffuso e non diretto.
Indipendentemente da questo è preferibile, ove possibile, completare in una sola giornata il set di riprese fotografiche, al fine di evitare o contenere le inevitabili differenze radiometriche tra porzioni di foto mosaicate.
Nella scelta dei punti di vista bisogna considerare fin da subito in che modo le foto andranno a referenziarsi tra loro, scegliendo posizioni e angolazioni che abbiano in comune almeno 4 punti noti, come ad esempio spigoli, finestre, elementi architettonici. Nel caso risultasse impossibile referenziare tra loro le fotografie sarà necessario recarsi nuovamente sul sito per ovviare alle lacune.
Per luoghi interclusi, come le corti interne agli edifici, possono essere risolutive le immagini panoramiche a 360°, create con Stitcher e importabili direttamente all’interno di ImageModeler.
Infine, se è possibile, è bene dotarsi di foto da un punto di vista sopraelevato, ad esempio dall’ultimo piano di un edificio circostante, in questo modo avremo più dettagli al fine della texturizzazione delle immagini.
La realizzazione del Modello – La referenziazione delle immagini
Il secondo passo è quello della referenziazione delle immagini, che avviene attraverso i locator (punti noti nelle foto). In generale due foto sono referenziate con un minimo di 8 punti noti, ovvero 4 locator in comune tra più foto.
In base all’esperienza accumulata in vari progetti di foto modellazione per edifici complessi e con un notevole sviluppo perimetrale, come la casa del Balilla, da un punto di vista operativo è consigliabile partire da un angolo e girare attorno all’edificio, referenziando le foto una per volta.
Appena avvenuta la calibrazione, il programma ci indicherà autonomamente le posizioni dei punti comuni tra le varie fotografie.
Nel progetto della Casa del Balilla sono state referenziate 30 foto, di cui una panoramica.
L’utilizzo di foto panoramiche ai fini della modellazione si è dimostrata una delle qualità più apprezzabili di ImageModeler ai fini della calibrazione delle immagini relative alla corte interna presente nell’edificio. Riuscire ad individuare un numero sufficiente di locator a partire dalle sei immagini che ricomponevano questo spazio intercluso risultava impossibile per la mancanza di un numero adeguato di punti noti e comuni tra più foto. Con l'impiego di Autodesk Stitcher si è creata un’unica immagine panoramica a 360°; una volta importata all’interno di ImageModeler, la calibrazione è stata accettata, riuscendo, in questo modo, a referenziare la corte con la restante volumetria.
Il programma consente, inoltre, di definire dei vincoli tra i locator tali da rendere più efficiente la calibrazione. Quest’ultimi sono di due tipi, Corner constraint e Define reference distance : il primo permette di stabilire un vincolo d’angolo retto tra tre punti noti; il secondo permette di inserire una distanza nota tra due locator in modo da assegnare una scala metrica all’edificio. Entrambi i vincoli sono stati ampiamente utilizzati nella calibrazione delle foto della Casa del Balilla, grazie al fatto che essa è composta prevalentemente da figure geometriche regolari.
Una volta completata la calibrazione delle immagini si può procedere alla modellazione dei volumi e delle forme dell’edificio.
La realizzazione del Modello – La Modellazione
La modellazione all’interno di ImageModeler rappresenta uno degli aspetti più interessanti del programma.
Alcuni software del medesimo tipo permettono la creazione di volumi e superfici solo attraverso il ricorso a meshes, mentre il programma di casa Autodesk offre un pacchetto di modellazione completo assimilabile a qualsiasi programma di creazione tridimensionale.
Come già detto in precedenza, la Casa del Balilla si caratterizza per una composizione di volumi semplici e definiti, facilmente riproducibili con le primitive geometriche disponibili nel programma.
Tale metodologia di modellazione, che in genere si adatta alla realizzazione di forme architettoniche, permette, attraverso la creazione di figure base parametriche (parallelepipedi, cilindri, sfere), di ottenere oggetti che successivamente possono essere editati tramite le classiche operazioni di modifica poligonale, ai fini del risultato desiderato.
Un esempio in cui questi strumenti sono risultati di sostanziale aiuto, è stata la modellazione della scala all’ingresso della sezione sportiva. La sua geometria è scomponibile in due sub-oggetti, un parallelepipedo e un quarto di cerchio estruso. Unendo le due istanze si ottiene la geometria di un gradino della scala.
Quest’ultimo deve essere clonato, scalato e traslato verticalmente, per ottenere la geometria completa della scala, non prima però di aver modificato il pivot del gradino, che deve trovarsi non al centro bensì in un angolo, al fine di permettere il corretto scaling dell’oggetto.
Un’operazione simile realizzata attraverso meshes, avrebbe comportato, oltre che tempi notevolmente più lunghi, un risultato di dubbia correttezza formale.
Un altro strumento di editing usato in diverse situazioni sulla geometria dell’Ex-Gil, è lo split face che permette di “disegnare”, sulle superfici poligonali, una sub-superficie complanare alla precedente.
Quest’ultima potrà poi essere estrusa per creare incavi come quelli di finestre o modanature.
Infine le funzioni di Snap e Selezione Poligoni, perfettamente integrate nel programma, hanno permesso di ottimizzare la creazione della geometria ed ovviare i problemi dati dalla calibrazione delle immagini.
La realizzazione del Modello – La Texturizzazione ed esportazione
L’ultima fase di lavoro sulla “Casa del Balilla” di Forlì è stata dedicata alla texturizzazione del modello estrapolando le texture map direttamente dalle foto.
Tale operazione risulta un po’ “laboriosa” in ImageModeler e articolata in due fasi: nella prima ad ogni oggetto viene assegnata una mappatura (cilindrica, cubica, planare etc); nella seconda è necessario indicare da quali foto acquisire le texture. Questo approccio è sicuramente il migliore nell’ottica di un risultato finale di qualità, tuttavia una texturizzazione automatica, anche di anteprima, avrebbe i suoi vantaggi.
Per la “Casa del Balilla” questa fase del procedimento è stata la più complessa e lunga, a causa delle condizioni oggettive in cui si trovava al momento delle operazioni di rilievo fotografico. La parte di edificio in fase di restauro era un cantiere aperto, con elevatori e installazioni da lavoro; questo ha fatto sì che nelle immagini e di conseguenza anche nelle texture applicate nel modello comparissero inevitabilmente anche tali attrezzature.
In alcuni casi questi problemi possono essere risolti con l’utilizzo del comando pattern, che permette di creare una texture ripetibile su altre superfici, ad esempio per finestre ripetute. Quando ciò non è possibile l’unica soluzione rimane quella di modificare le texture in un programma di fotoritocco, oppure applicare un colore neutro a quegli elementi che risultano ricoperti in maniera significativa.
Per rimediare infine agli eventuali errori che il programma può creare nella mosaicatura delle texture si è ricorsi all’utilizzo del comando Transform Tool (UV map editor) che permette di avere una visualizzazione planare delle superfici con le relative mappe applicate. Tramite la modifica dei punti e dei lati di tali superfici si riesce a far coincidere perfettamente le texture con la geometria di riferimento.
Ultimate queste correzioni il modello può considerarsi concluso e pronto per l’esportazione al fine di creare le relative immagini di presentazione.
Una carenza riscontrata è quella di non poter esportare, ad esempio, fotopiani o altre visualizzazioni in proiezione ortogonale o assonometrica direttamente da ImageModeler. Il programma infatti permette di effettuare solo degli snapshot della viewport.
Per produrre immagini di presentazione è necessario, pertanto, trasferire il modello finito in un altro ambiente di produzione, quale 3DS Max. L'interoperabilità tra i due programmi di Autodesk è garantita, infatti, attraverso il formato FBX, permettendo in questo modo di creare le viste necessarie dell’edificio con una buona qualità grafica e definizione del dettaglio.
Gli elaborati del concorso
Conclusioni
Il 6 Luglio 2010, la giuria del concorso ha premiato il progetto “La Casa del Balilla” con l’UIA Grand Prize con la seguente motivazione:
“His representation is an accurate reproduction of the original architectural vocabulary of this edifice in danger.”.
La partecipazione al concorso è stata una preziosa esperienza formativa e di crescita personale, a prescindere da quello che è stato il risultato finale.
Durante le varie fasi di realizzazione del modello, infatti, ho cercato di pormi nei confronti di quella esperienza con uno spirito critico, costruttivo e di approfondimento, cercando di testare i punti di forza del programma così come le carenze o limiti e confidando nel fatto che queste valutazioni possano essere utili al fine di apportare modifiche migliorative alle successive release.
Le esperienze accumulate con questa tecnica di modellazione dell'esistente testimoniano come la foto modellazione resti un metodo tra i più efficaci e rapidi ai fini del rilievo e della restituzione del patrimonio architettonico, nonostante le potenzialità di tali software sia ancora sottovalutata, preferendo tecniche di rilievo e modellazione più complesse e laboriose, ma con risultati spesso inferiori per certi aspetti rispetto a quelli che si possono ottenere con la foto modellazione.
Valutare preventivamente le finalità e gli obiettivi del rilievo, dei modelli digitali e della qualità che si possono ottenere porta ad una scelta maggiormente consapevole delle potenzialità che le singole tecniche di modellazione offrono.
Ringraziamenti
Ringrazio Angelica Di Fabio e Francesca Gasperini per aver condiviso con me questa impresa, lavorando con me con grande entusiasmo.
Un ringraziamento speciale al prof. Fabrizio Apollonio, cui devo il suggerimento di partecipare al concorso, per il suo prezioso e costante aiuto.
Aggiungo i miei più sinceri ringraziamenti per la prof.ssa Maristella Casciato, il cui incoraggiamento non è mai mancato.
A Maria, che mi ha aiutato nelle traduzioni in francese e mi è stata sempre accanto, un pensiero affettuoso.
Infine ringrazio il prof. Livio De Luca per la possibilità che mi ha offerto con la pubblicazione di questo articolo.
Salvatore Corso - January 2011 - Architectural Image-Based Modeling Web Portal
La fotomodellazione della “Casa del Balilla” di Forlì
Concorso Internazionale “A fresh look at 20th century architectural heritage”
UIA Grand Prize
Salvatore Corso Facoltà di architettura «Aldo Rossi», Alma Mater Studiorum, Università di Bologna, sede di Cesena
salvo4d@gmail.com
