Il modello 3D della Stele di Tilmen Höyük

La Stele ritrovata nel corso della campagna di scavo del 2004 nel sito di Tilmen Höyük, è probabilmente il reperto più importante dell’intero sito; attualmente si trova custodita nel Museo Archeologico di Gaziantep, in Turchia, e dell’originale sono disponibili solo alcune immagini digitali acquisite dagli archeologi della cui calibrazione si è discusso nel paragrafo 4.3.4.

Da queste immagini è stato estratto con il software dell’ETH di cui si è parlato nel paragrafo precedente un modello 3D, non completo ai bordi a causa dell’eccessiva convergenza delle immagini; nonostante questo, il buon risultato ottenuto permette di affermare che, se da un lato è oggi possibile utilizzare camere digitali a basso costo per la produzione di modelli 3D da immagini acquisite anche da personale non esperto, è altresì importante sottolineare che sono indispensabili per raggiungere accuratezza geometrica e affidabilità dei risultati procedure e strumenti software dedicati allo scopo, sia per la fase di calibrazione che per quella di estrazione dei punti della superficie, che permettano di ridurre l’influenza di una cattiva geometria delle prese e della

Capitolo 6. La modellazione tridimensionale

mancanza di certificato di calibrazione della camera.

Nell’anno 2004 è stato fatto con una resina speciale un calco fedele dell’oggetto, prima della sola parte superiore per mancanza di tempo, poi completato nel 2005.

Dell’intero è stato eseguito un rilievo fotogrammetrico con camera Canon EOS350D da 8 Mpixel (Figura 6.4.3-1), con focale da 22 mm e fuoco a 1 m, calibrata in laboratorio con procedura di Bundle Adjustment con Self Calibration tramite reticolo piano (vedi paragrafo 4.3.2).

Figura 6.4.3-1 La stereocoppia del calco della Stele. I modelli ottenuti sono mostrati in figura 6.4.3-2.

Figura 6.4.3-2 I modelli 3D image – based della Stele:

In alto quello prodotto da immagini amatoriali in modalità shaded (destra) e color shaded (sinistra); in basso quelli dalle immagini del calco in modalità shaded (destra) e foto –

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Un modello 3D della parte superiore del calco è stato prodotto anche da dati acquisiti da un laser a scansione terrestre.

Come già menzionato, i sensori attivi terrestri sono divenuti comuni e pratici in differenti situazioni di modellazione 3D. Inoltre i moderni software di elaborazione dati consentono di eseguire in modalità automatica molte delle fasi classiche di elaborazione ed in particolare l’allineamento delle scansioni, permettendo di raggiungere un errore finale globale inferiore ai 100 µm.

Il rilievo della metà superiore del calco della Stele (il rilievo dell’intero è in fase di elaborazione) è stato realizzato con un prototipo di slit laser ottico a triangolazione. Il sensore BIRIS ha una camera, la Twinline Vitana range camera, sviluppata dal gruppo V.I.T. (Visual Information Technology) del Consiglio Nazionale delle Ricerche del Canada, in Ottawa. Il dispositivo permette di misurare l’informazione 3D con una precisione di circa 50µm per distanze che vanno dai 30 ai 50 cm.

Figura 6.4.3-3 Il sensore BIRIS.

Figura 6.4.3-4 Particolare della fase di scansione.

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sono state acquisite 25 nuvole da differenti punti di presa intorno all’oggetto, da una distanza di circa 35 cm, settando i parametri del laser in modo da ottenere una spaziatura dei punti di circa 1mm.

L’allineamento delle nuvole è stato eseguito con il software PolyWorks (InnovMetric), applicando l’algoritmo ICP; l’operazione ha portato ad un errore residuo di registrazione di 74 µm.

La nuvola di punti ottenuta, dopo le operazioni di ripulitura, riduzione e filtraggio nelle aree di sovrapposizione, consta di circa 2.000.000 di punti.

Anche in questo caso l’elaborazione della nuvola è stata eseguita con il software RapidForm; la superficie generata, dopo un ulteriore filtraggio necessario per gestire la mole di dati, comprende circa 1.000.000 di mesh; il modello finale texturizzato è mostrato nella Figura seguente.

Figura 6.4.3-5 Un particolare dello shaded model (sinistra) e il modello finale texturizzato a destra. Allo scopo di valutare i modelli 3D ottenuti coi diversi approcci, è stata condotto un confronto e un’analisi fra i modelli. In particolare è stato confrontato il modello ottenuto dal laser col modello ottenuto dalle immagini amatoriali, ovviamente considerando assolutamente fedele al reperto il calco.

Già da una prima analisi visuale, appare evidente che il laser è più adatto per la ricostruzione di tutti i piccoli particolari e dettagli dell’oggetto, come per esempio i piccoli buchi caratteristici della superficie (Figura 6.4.3-6). Ma è evidente dai risultati mostrati nella Figura 6.4.3-2, che la modellizzazione tramite metodi fotogrammetrici, se supportata da algoritmi di calibrazione e

matching sviluppati ad hoc e da alta risoluzione delle immagini, è capace di

produrre accurati modelli 3D di oggetti.

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Figura 6.4.3-6 Un particolare del modello 3D da laser con in evidenza piccoli dettagli della superficie. Per eseguire un confronto quantitativo, considerando il diverso sistema di riferimento dei due modelli, è stato eseguito con il software RapidForm un allineamento globale delle due nuvole, usando lo stesso principio che permette la registrazione di due scansioni. In seguito è stata mappata la differenza nella componente Z fra le due shells, mostrata in Figura 6.4.3-7. I residui sono risultati nell’ordine di 1 mm nell’area in comune e considerando che la fotogrammetria ha nel caso in esame una precisione teorica di 0.7 mm, il 70 % dei punti è in un range di accettabilità. I punti con discrepanze elevate giacciono per lo più lungo i bordi.

Figura 6.4.3-7 Mappa dei residui (mm) tra laser e fotogrammetria (laser-fotogrammetria).

Gli esperimenti condotti confermano che laser scanner e fotogrammetria sono entrambi approcci validi per questo tipo di applicazioni. È evidente che

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l’uso di un laser non è realistico direttamente sugli scavi, sia per questioni logistiche che economiche. In questo senso l’uso della fotogrammetria diventa fondamentale, ma come mostrato nei casi studiati, l’uso di camere non metriche e di geometrie di acquisizione non totalmente adatte, presuppone l’utilizzo di procedure e software specifici, in quanto persino software commerciali di fascia alta possono non riuscire in questi casi ad ottenere prodotti accettabili, soprattutto se lo scopo va oltre la semplice documentazione, ma si spinge fino alla possibilità di studi strutturali e di generazione di repliche degli oggetti in esame.