Il portale d’ingresso

La tecnica di fotomodellazione è stata applicata al portale di ingresso di Palazzo Fortuny prospiciente su campo San Beneto a Venezia.

Come prima operazione è stata effettuata l’acquisizione fotografica e il modello informatico 3d è stato ottenuto da dieci fotografie.

La seconda operazione è stata la calibrazione delle camere, avvenuta inserendo tredici locator, numero sufficiente per la calibrazione di tutte e dieci le fotografie.

Successivamente durante la fase di costruzione del modello informatico, si è deciso di adottare la modellazione per mesh o superfici, questo perchè provando ad adattare forme pure come l’insieme di primitive “cubo”, emergevano diverse difficoltà di adattamento, infatti per un elemento architettonico come il portale in esame, interessato da degrado e disallineamenti, diventava necessario ricostruirlo considerando tutte le sue irregolarità.

Di seguito viene riportata l’immagine del modello in modalità di visualizzazione “Shade”, si può così osservare il livello di approfondimento del modello informatico, in particolare sulla decorazione in basso a destra (fig. 03) si è deciso di non portarla fino al livello della soglia di ingresso proprio perché erano presenti forti mancanze e la texture estratta, avrebbe dato l’informazione necessaria.

In ultima analisi quando il modello è stato completato, corredato di textures, il risultato è stato soddisfacente, sia dal punto di vista metrico, sia dal punto di vista estetico, infatti presentava dimensioni corrispondenti a quelle reali registrate con rilievo diretto;

ovvero b x h 227 x 370 cm.

Finestra tipo di facciata

Alcune premesse ci hanno portato a scegliere una finestra tipo per verificare se, attraverso la fotomodellazione, fosse possibile produrre un modello informatico ricco di particolari visto che la finestra presa in esame presentava un arco acuto, cornici, ma in particolare sorretta da mensole con motivi a testa di leone.

Il modello informatico prodotto è stato il risultato dell’acquisizione di sei fotografie. Una condizione particolare è stata dettata dal fatto che la mappatura del modello poteva risultare incompleta visto che l’acquisizione era stata effettuata a quadro inclinato, ovvero dal basso, quindi già anticipatamente, sapevamo che la finestra vista dall’alto  poteva presentare parti non mappate in corrispondenza del piano del davanzale.

In questo caso la totale calibrazione delle camere è stata effettuata dopo l’inserimento di tredici locator.

La modellazione è stata eseguita dall’unione di mesh o superfici, per mantenere le irregolarità.

Un aspetto abbastanza interessante, è emerso dal trattamento del volume dei motivi a testa di leone, infatti vista la complessità della forma e dal tipo di acquisizione fotografica effettuata, si rendeva necessaria la sua approssimazione, la procedura è stata quella di realizzare ed adattare un parallelepipedo, su questo sono state apportate delle ulteriori suddivisioni di una faccia, queste ultime sono state traslate fino al raggiungimento di un sufficiente adattamento al modello finale, successivamente dopo la mappatura del volume, il risultato è sembrato soddisfacente.

In questo caso c’è da dire che l’approssimazione del modello è da considerare un fattore abbastanza importante, la modellazione della parte poteva risultare molto lunga e laboriosa, ma anche volendo, come detto prima, dal tipo di acquisizione fotografica effettuata non era possibile approfondire tale operazione, si doveva attivare una successiva operazione, fotografando su una sequenza di 180° solo  suddetta parte, e trattarla come particolare. A questo punto il ruolo più che fondamentale lo ha rivestito la texture, infatti è proprio grazie a questa, che tale operazione si può considerare soddisfatta.

In conclusione, in questa operazione è stato osservato come nella tecnica di fotomodellazione, il rapporto tra modello informatico ed estrazione delle textures sia un dato fortemente legato al fine di mantenere una completezza nelle operazioni di rappresentazione, tra l’altro difficilmente divisibile per poter comprendere operazioni di modellazione di forme complesse.

Vera da Pozzo in Campo San Beneto

Una Ulteriore applicazione della tecnica di fotomodellazione è stata effettuata nel rilevamento della vera da pozzo presente in Campo San Beneto, tale scelta è stata animata dal fatto che un elemento tanto degradato poteva confermare le potenzialità di tale tecnica. Inoltre la ripresa fotografica in questo caso è stata eseguita su un percorso circolare di 360° , proprio per il tipo di oggetto in esame, e quindi un caso diverso da quelli studiati in precedenza.

Le fasi operative, come descritte anche nei paragrafi precedenti sono state le medesime, ovvero la prima operazione è stata l’importazione nel software (ImageModeler) delle fotografie, questa volta in numero di otto. Le camere sono state calibrate dopo l’inserimento di trentanove locator.

Un aspetto che vale la pena sottolineare è quello emerso durante le operazioni di scelta dei punti significativi per il posizionamento dei locator. In presenza di oggetti, dove non è sempre possibile individuare degli spigoli significativi, si incontrano non poche difficoltà per il corretto avanzamento della procedura, in questo caso, diverse volte ci si è scontrati con tale problema, che comunque si è risolto con l’ attenta cura, nel selezionare punti poco visibili ma significativi. L’operazione poteva fallire se non ci fossero stati tali punti, in quel caso bisognava fare un passo indietro e prima ancora dell’acquisizione fotografica bisognava inserire fisicamente dei punti in posizioni strategiche al fine di poter modellare l’oggetto in esame.

Per la fase di modellazione si è scelto di operare con delle mesh, per mantenere tutte le deformazioni.

Una particolare attenzione è stata data alle forti mancanze che  interessavano l’oggetto in esame, infatti per queste, una volta completata l’operazione di modellazione si è fatto una sorta di salto di scala, nel senso che, grazie ad alcuni strumenti messi a disposizione dal software (ImageModeler), si è potuta “ritagliare” la superficie nelle parti che lo richiedevano e in un secondo step, si sono potute “ricucire” le “facce”, in maniera tale da adattarsi all’oggetto interessato da degrado.

Una ulteriore considerazione è rivolta alla modellazione dell’elemento di chiusura.

Per la sua realizzazione è stata adattata una forma cilindrica sul suo piano dominante, a sua volta suddivisa in più facce e per mezzo di strumenti di controllo come “point” ed “edge”, è stata traslata verso la dovuta direzione, per far si di adattarsi alla forma desiderata.

In conclusione, l’operazione nel suo complesso si è potuta concludere con successo.

Conclusioni

Volendo riassumere tutto il lavoro svolto si evidenzia che l’utilizzo dell’alta tecnologia come laser scanner 3d nei confronti del patrimonio architettonico è utile ai fini della comprensione, manipolazione e registrazione di modelli informatici prodotti con altissimo dettaglio, molto validi proprio in situazioni dove nei vari momenti della vita di un edificio il susseguirsi di importanti interventi di restauro porta alla perdita di informazioni sul precedente stato di conservazione.

Una prima parte del lavoro inquadrava ad una certa scala l’approccio all’architettura costruita e quindi al rilevamento servendosi esclusivamente della fotografia, il risultato è stato lo studio di modelli informatici di tipo semplificato ma corredati da textures  realistiche, questo processo ha dato importanti informazioni sull’aspetto cromatico, infatti la tecnica di fotomodellazione è molto apprezzata proprio per le interessanti operazioni di estrazione delle textures partendo da modelli semplificati.

Tra i classici approcci che riguardano il trattamento della nuvola di punti ci siamo basati sull’estrazione di profili significativi e costruzione di modelli stereometrici, metodo validissimo, ma con una enorme perdita di dati di entrata, al contrario quando quest’ultima viene trattata in forma integrale abbiamo una completa e soprattutto reale rappresentazione delle parti analizzate, proprio a questo fanno riferimento le rappresentazioni basate sui punti, come possono essere la carta di profondità e la resezione spaziale, la ricerca risiedeva proprio nello scrivere e rappresentare codici di codifica basati direttamente sui punti.

Dopo questa analisi si è arrivati alla conclusione che in un contesto storico per avere una completa panoramica in termini di rappresentazione si debba operare congiuntamente con più metodi di rilievo, inoltre si rende necessario avvalersi della fotografia e dei laser scanner 3d, tra l’altro proprio grazie a quest’ultima tecnologia si è potuti arrivare fino alla produzione di reali modelli fisici dove è stato possibile leggere sulle parti in maniera approfondita osservando anche il degrado superficiale.

Pietro Clemente - April 2009 - Portal of Architectural Image-Based Modeling

La fotomodellazione applicata a differenti
scale di rappresentazione
Palazzo Fortuny, Venezia
tesi di Laurea IUAV - Venezia in collaborazione con UMR 694 MAP equipe GAMSAU  Marseille

Pietro Clemente
pclemente@hotmail.it

La fotomodellazione è una tecnica che ricorre all’utilizzo di immagini bidimensionali per la ricostruzione tridimensionale di oggetti reali. Il problema di una restituzione architettonica consiste nello stabilire una relazione tra la realtà e il modello teorico da ricostruire sulla base di operazioni di rilievo, modellazione e rappresentazione.

La fotomodellazione considera la fotografia come il principale mezzo di rappresentazione della realtà, come supporto unico di misura, di elaborazione ed esposizione di un problema di restituzione o di rappresentazione architettonica.

Perché questa tecnica sia uno strumento valido, è necessario stabilire con precisione la relazione tra l’oggetto d’indagine e la posizione delle camere nello spazio al momento dello scatto; si tratta dunque di assumere dei punti di vista che abbiano caratteristiche adeguate.

Esistono software che sfruttano le proprietà della geometria epipolare realizzati proprio per la rappresentazione tridimensionale a partire da immagini fotografiche.

Si utilizzano le fotografie ottenute dai punti di vista scelti in precedenza e si selezionano in maniera interattiva i punti (locator) coniugati su due o più immagini, cercando di coprire una larga zona nell’immagine e nelle tre direzioni dello spazio.

Individuati un numero sufficiente di corrispondenze fra punti, il software, mediante una procedura di calcolo, permette di stabilire le relazioni tra i centri ottici delle camere, i punti sulle immagini e le coordinate tridimensionali. In questo modo le camere sono calibrate, cioè è nota la relazione tra le coordinate dell’immagine e le direzioni relative al centro ottico. Si possono aggiungere dei punti coniugati allo scopo di rafforzare la calibrazione delle camere minimizzando i margini di errore e favorire la successiva fase di modellazione aggiungendo vertici di riferimento. Il software preso in considerazione è Autodesk “Image Modeler”;
Una volta calibrate le camere e stabilito un sistema di assi di riferimento, si passa alla fase di modellazione utilizzando le primitive geometriche e gli strumenti forniti dal software.

Uno dei vantaggi della tecnica di fotomodellazione è la possibilità dell’estrazione delle textures a partire dalle fotografie.

Sfruttando l’allineamento tra i centri ottici, si estraggono delle porzioni di immagine che vengono proiettate  sul modello secondo i parametri di una o più camere.

Le immagini sono dunque utilizzate sia come supporto per la modellazione geometrica sia come fonte per rendere l’aspetto visivo reale dell’oggetto da rappresentare.

La fotomodellazione è una tecnica vantaggiosa per la sua flessibilità; necessita semplicemente di una comune camera fotografica digitale ad alta risoluzione e poche misure rilevate manualmente, possibilmente prese sui tre assi spaziali x,y,z, da associare alla ripresa fotografica come riferimento e verifica.

Riuscire ad utilizzare le immagini dell’oggetto da rappresentare, permette di restituirne anche i particolari e gli aspetti (legati anche ad imperfezioni e degrado) difficili da riprodurre con altri strumenti, (ne saranno prova le applicazioni riportate di seguito).