ANTONIO ACITO, ANTHONY BRADLEY, ANNAMARIA BUCCARELLA
Abstract
L’AESSE Progetti, da anni impegnata nel settore dei rilievi di alta precisione, ha sempre puntato sulla qualità quale elemento di distinzione della propria attività, individuando nella competenza professionale e nell’innovazione tecnologica gli strumenti strategici per raggiungere risultati di elevato livello. Alla base di ogni intervento su un bene di interesse culturale è fondamentale che ci sia un percorso di conoscenza; un intervento sbagliato può, infatti, risultare più pericoloso del non intervento, con il rischio di causare gravi danni al bene che si vorrebbe, invece, tutelare. Conoscere non è solo documentare da un punto di vista storico-artistico ma anche determinare con la massima accuratezza le caratteristiche di posizione, forma, geometria, materia e colore. Ogni dettaglio può risultare fondamentale nella successiva definizione dell’intervento di restauro. Questa convinzione ha spinto l’AESSE Progetti ad affiancare alle tradizionali metodologie di rilievo, tecniche più innovative, incentrando negli ultimi anni l’attività sul Laser Scanner 3D che abbina a risultati di eccellente qualità, la possibilità di intervenire in siti molto complessi, quali ad esempio ambienti ipogei, monumenti, chiese, opere di particolare complessità costruttiva dove le altre tecniche evidenziano notevoli limiti. Le molteplici applicazioni eseguite in vari contesti ipogei del territorio materano (Chiesa di Cristo la Selva, Chiesa della Palomba, Chiesa della Vaglia, ecc.) hanno permesso di fare un bilancio degli aspetti tecnici e logistici connessi con l’uso di questa tecnica di rilievo. Se, infatti, da un lato sono innegabili le potenzialità di questa tecnologia a livello di acquisizione, restituzione e rappresentazione dei dati, dall’altra non ne vanno sottovalutate le implicazioni logistiche. Il Laser Scanner 3D oltre ad essere di per se un’apparecchiatura scomoda e delicata da trasportare, necessita di tutta una serie di attrezzature accessorie e di supporto (custodia, batterie, treppiedi, computer, strumentazione topografica, cavi e accessori vari) che in ambienti isolati, difficilmente raggiungibili con automezzi nonchè privi di fonti di energia, potrebbero rappresentare una difficoltà da non sottovalutare.
Parole chiave: Matera, rilievo, laser scanner.
Fig. 1 Pianta e prospetto della Chiesa della Palomba
RILIEVO DEL COMPLESSO ARCHITETTONICO DELLA CHIESA DI S. MARIA DELLA PALOMBA E ANALISI DETTAGLIATA DELL’AFFRESCO DA MONITORARE
Il rilievo e la rappresentazione del Santuario della Palomba quale atto conoscitivo del patrimonio architettonico da conservare, preservare e restaurare è un esempio significativo per poter sperimentare i più recenti strumenti nel campo della documentazione, della forma e del colore e per studiare delle forme di rappresentazione alternative o complementari a quelle tradizionali al fine di costruire un sistema di documentazione e conoscenza mirato e strutturato in funzione alle caratteristiche dell’opera rilevata.
Conoscere non è solo documentare da un punto di vista storico-artistico, ma anche determinare con la massima accuratezza le caratteristiche di posizione, forma, geometria, materia e colore, in quanto ogni dettaglio può risultare fondamentale nella successiva definizione dell’ intervento di restauro.
Diventa fondamentale, per la sua rappresentazione, nel caso in cui l’opera possa aver subito fenomeni di degrado tali da necessitare di interventi conservativi oltre che della normale manutenzione, l’elaborazione tridimensionale realizzabile attraverso lo sviluppo dei dati 3D. La tecnologia del laser 3D consente di acquisire digitalmente posizione e forma di oggetti secondo le tre dimensioni tramite un raggio laser generato ed inviato direttamente dallo strumento. Ciascun punto è individuato nella sua posizione spaziale secondo le
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Fig. 2 Unione delle nuvole di punti rilevate mediante laser scanner. Nuvola di punti “colorata” con il valore RGB delle immagini orientate
Fig. 3 Assonometria e sezione della Chiesa rupestre della Palomba
Fig. 4 Sezione longitudinale della Chiesa rupestre con le misure degli spessori tra la volta e il terreno esterno retrostante
coordinate x, y e z ed aventi come origine del sistema proprio la posizione dello scanner. A questo si aggiunge un valore di riflettanza tipico a secondo dei materiali rilevati ed identificato da un parametro cromatico RGB, quest’ultimo acquisibile attraverso l’interazione di una fotocamera digitale incorporata allo strumento di rilevazione o anche esterna ad esso. La descrizione geometrica dell’oggetto rilevato è discreta in quanto relazionata alla parametratura di risoluzione impostata per l’acquisizione dei dati, a cui corrisponderà un grado di dettaglio nella rappresentazione grafica. Rispetto ad altre tecniche di rilievo, la presente non ha carattere soggettivo, non vengono cioè prescelti soltanto alcuni punti caratteristici dell’oggetto da rilevare, ma oggettivo riferendosi quindi a tutto quanto risulti presente nel range d’azione del segnale inviato dallo strumento laser scanner 3D.
Questa applicazione si rivela particolarmente adatta per il rilievo e la rappresentazione spaziale di manufatti particolarmente complessi o situazioni altrimenti difficilmente documentabili, in ragione della loro complessità o estrema irregolarità, difficilmente raggiungibili o addirittura inaccessibili nonché particolarmente fragili o sensibili al contatto.
Ciascuna scansione produce una nuvola di punti che descrive parzialmente l’oggetto. Come ogni proiezione luminosa, il segnale laser colpisce la superficie da rilevare secondo l’angolo dettato dal punto di vista, creando come effetto immediato le inevitabili zone d’ombra.
Per una opportuna e completa rappresentazione dell’oggetto si procede alla pianificazione delle diverse scansioni, operate secondo angolature che consentano una adeguata sovrapposizione delle diverse immagini ottenute. Le registrazioni così prodotte sono riferite ad una rete di target fortemente riflettenti e posizionati strategicamente sulla superficie dell’oggetto in osservazione.
Qualora la particolare conformazione del sito non consenta il posizionamento di un numero sufficiente di target, i riferimenti ripiegano su punti caratteristici naturali quali spigoli, punte, fessure, buchi e qualsiasi altro elemento fisso possa essere presente entro l’ambito di interesse. Tali riferimenti vengono a loro volta ancorati, attraverso un rilievo topografico di alta precisione, alla rete di inquadramento che permette di assegnare a ciascun target le coordinate riferite al sistema prescelto. Da quanto detto si desume che, per l’applicazione del sistema di rilevamento laser scanner 3D, si rende necessaria l’applicazione del metodo di rilevamento di tipo tradizionale a mezzo di stazione totale elettronica, necessaria per l’individuazione topografica dei target, nonchè di un rilievo satellitare Gps che ne consenta l’inquadramento cartografico. Il modello tridimensionale ricavato (la stessa nuvola di
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Fig. 5 Spaccato assonometrico della Chiesa della Palomba, della Chiesa rupestre e dei locali annessi
Fig. 7 Fase di calibrazione fotografica
punti è in fondo un modello tridimensionale discreto della superficie dell’oggetto) consente di:
• ottenere in automatico da qualsiasi piano di sezione e di proiezione, gli elaborati tradizionali, piante, prospetti ed innumerevoli sezioni, assonometrie e prospettive; (la possibilità di “affettare” letteralmente il modello tridimensionale in ogni suo punto permette innumerevoli indagini, consentendo di interrogare l’oggetto del rilievo soprattutto in situazioni critiche, con la capacità di ottenere uno stato di fatto di alta precisione, difficilmente ottenibile con metodologie di rilievo di tipo tradizionale);
• redigere fotopiani digitali applicando la documentazione fotografica direttamente sul modello, con una resa grafica eccellente;
• elaborare il modello matematico per la costruzione della mesh o l’applicazione della texture, fino alla navigazione virtuale;
• simulare interventi, modifiche, variazione di luce e colori;
• analizzare lo stato di conservazione e degrado dei materiali.
UNIONE DELLE NUVOLE DI PUNTI
Procedura esecutiva:
• individuazione di un unico sistema di riferimento ed allineamento delle singole scansioni mediante l’individuazione di punti omologhi presenti su coppie di nuvole
• unione complessiva delle scansioni ed ottimizzazione del modello con verifica dell’errore medio.
ELABORAZIONI DELLE NUVOLE DI PUNTI
Procedura esecutiva:
• tracciamento di profili di sezione orizzontali dell’intero complesso della Palomba
• tracciamento di profili di sezione verticali della Chiesa rupestre della Palomba
• tracciamento di piani di sezione all’interno della Chiesa rupestre in corrispondenza dell’affresco da monitorare • realizzazione delle mesh relative alle singole nuvole di punti e loro unione
• proiezione delle immagini fotografiche sulle nuvole di punti
• applicazione delle texture al modello tridimensionale.
TEXTURE MAPPING
Si è posta la necessità di avere delle immagini in cui sia garantito un certo grado di fedeltà cromatica oltre a quella metrica, e l’esigenza di acquisire colori calibrati che diventano per l’affresco da monitorare una specifica analisi tematica: il cromatismo che deve
Fig.6 Particolare dell’affresco da monitorare con valore di riflettenza ed RGB
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Fig. 8 Proiezione fotografica sul modello tridimensionale poter essere verificato oltre che nello spazio anche
nel tempo. La fase di calibrazione fotografica e di mappatura (texturing) conclude la fase di restituzione e consiste principalmente nell’ancoraggio delle foto scattate, attraverso apparati digitali, che con particolari parametri ed elaborati algoritmi di calcolo permettono una completa copertura fotografica del monumento rilevato, direttamente sul modello tridimensionale. E’ possibile muoversi direttamente all’interno o all’esterno dell’oggetto rilevato, in un ambiente tridimensionale completamente autogestito, dove la nostra curiosità trova ampia libertà di espressione. Allontanarsi e avvicinarsi ad un oggetto, godere di punti di osservazione inediti, analizzarne i dettagli e richiedere in tempo reale informazioni di qualsiasi genere e forma (fotografie, schede tecniche, documenti audiovisivi, disegni tecnici, relazioni di indagini non invasive), sono le caratteristiche salienti di uno strumento e di una procedura capaci di rispondere alle più svariate esigenze e a molteplici possibilità di utilizzo. Sarà possibile, attraverso una corretta pianificazione, monitorare lo stato di conservazione e successive trasformazioni dell’affresco, dimostrando come il metodo di rilievo laser costituisca, non solo un eccezionale mezzo di conoscenza, ma anche uno strumento indispensabile per rispondere alle esigenze di tutela del patrimonio artistico e monumentale nazionale. La metodologia di rilievo su esposta, particolarmente evocata a rilievi complessi come il Santuario della Palomba, è stata condotta unitamente all’azienda Labortechna con lo scopo di trasferire il know-how, acquisito dall’Aesse Progetti nel corso degli ultimi cinque anni, ai partner del progetto. L’attività di rilievo, infatti, ha previsto vari step che vanno dalla pianificazione del rilievo laser in sede all’acquisizione delle nuvole di punti sul campo, dalla documentazione fotografica all’elaborazione del modello digitale, ottenendo i risultati sopradescritti. Naturalmente, poiché la metodologia di rilievo laser scanner 3D è in forte evoluzione, occorre una formazione continua ed un aggiornamento costante.
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