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UNITÀ DI RICERCA
Politecnico di Milano-Facoltà del Design. (F. Brevi, M. Gaiani et al.). ANNO
2003-2004. DESCRIZIONE
La Sala delle Cariatidi venne realizzata alla fine del Settecento su progetto di Giuseppe Piermarini, il quale da vita all’ambiente di rappresentanza più ampio e sfarzoso di Palazzo Reale, nonché uno dei più grandi saloni d’Europa. La sala, delle dimensioni di 40x15x18m, era – originariamente – coperta a volta e scandita da 40 lesene arricchite da altrettante cariatidi a sorreggere – fittiziamente – la balconata, non più esistente, disposta lungo tutto il perimetro. Tale suddivisione delle pareti dell’ordine inferiore, si prolunga sino a quello superiore, scandito da semicolonne corinzie a sorreggere il cornicione di coronamento. Le lesene e le semicolonne impongono una rigida partitura delle pareti, nella quale si organizzano le finestre alternate a specchi (nel primo ordine) e finestre, vere o finte, alternate a 18 statue. La sala fu bombardata nell’agosto del 1943. L’incendio conseguente fece crollare il tetto, la volta, la balconata e danneggiò fortemente gli stucchi. Per due anni la sala, senza alcuna copertura, restò esposta alle intemperie che ne hanno accentuato lo stato di degrado. I lavori di ricostruzione iniziarono nel 1947 e terminarono nel 1951. OBIETTIVO
Modellazione tridimensionale della sala per simulare un cantiere virtuale di restauro e visualizzazione semi-immersiva in real-time di parte della sala.
KEYWORD
Range camera a triangolazione, fotogrammetria digitale, integrazione di tecniche
attive e passive, modello 3D, realtà virtuale semi-immersiva, real-time rendering. STRUMENTI E METODO
− Range camera a triangolazione MINOLTA-Vivid 910 (Konica Minolta) con lente da 8 mm (wide):
sensore CCD: 640x480 pixel (24 bit);
volume di misura: da 100x80x40 mm (tele) a 1200x900x750 mm (wide); profondità di campo: da 60 cm a 250 cm
(range di misura ottimale: da 60 cm a 120 cm); precisione: x= ±0,22 mm, y= ±0,16 mm, z= ±0,10mm (tele);
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illuminazione ambientale: inferiore a 500 lux.
− Fotogrammetria digitale
fotocamera Fuji FinePix S2 Pro con obiettivo Nikkor 24 mm 1:2:8;
sistema d’illuminazione: 2 flash da 2000 kW con diffusore bank e 2 torce da 1200 kW;
Realviz Image Modeler.
− Teatro virtuale:
schermo piatto di 5x2,2 m retroproiettato;
sistema di retroproiezione con 2 CTR BarcoReality 909; strumentazione Active Stereo;
sistema Motion Tracking; sistema Cluster Windows;
sistema Realtà Virtuale Stereo portatile.
L’idea di base è quella di abbinare al tradizionale cantiere di restauro (necessariamente limitato ad una parte del salone e legato alla sua disponibilità fisica, invasivo e costoso), un cantiere virtuale imperniato sulla ricostruzione di un modello tridimensionale di una porzione della sala, al fine di sperimentare varie ipotesi d’intervento.
Il progetto completo è stato articolato in tre fasi. Nella prima è stata rilevata la sala, cioè sono stati acquisiti i dati geometrici dello stato di fatto, usati nella seconda fase per costruire modelli tridimensionali fotorealistici con diversi livelli di accuratezza (derivando anche i modelli per la visualizzazione real-time). La terza fase è stata quella più propriamente progettuale, in cui si sono state simulate e valutate varie situazioni progettuali.
La parte della sala di cui è stato ricostruito il modello 3D coincide con il cantiere di restauro tradizionale ed ha dimensioni di 6x12x1,5 m.
Per la modellazione si è scelto di integrare tecniche attive (range camera a triangolazione) con tecniche passive (fotogrammetria); le sculture (le cariatidi e le statue) e gli elementi a geometria complessa (i capitelli delle semicolonne, …) – in sostanza gli elementi che presentano geometrie freeform – sono stati acquisiti con la
range camera a triangolazione Minolta Vivid 9101, mentre il resto dell’architettura è stato ottenuto mediante tecniche di modellazione feature-based. La distanza di ripresa è stata limitata tra 60 e 120 cm, mentre per il passo di campionamento è stato usato uno step di 1 mm con un’incertezza lungo la z di circa 0,8 mm (un sigma), mentre la tolleranza della fotomodellazione è pari a 4 mm.
La fotogrammetria digitale, da un lato, permette di ottenere velocemente ampie superfici che non hanno geometrie complesse e quindi definibili con un numero limitato di dati; dall’altro, attraverso la definizione di una serie punti di controllo,
fornisce la “griglia” su cui assemblare, sia gli elementi a geometria complessa scanditi con la range camera, che quelli ottenuti tramite modellazione feature-based2. Un metodo efficiente, sia dal punto di vista dei tempi, che dal punto di vista della “pesantezza” in termini di megabyte.
RISOLUZIONE
cariatidi, statue e capitelli delle semicolonne risoluzione (in xy): ±1 mm; in profondità (lungo z): 0,8 mm; tutto il resto dell’architettura risoluzione: ±4 mm. SOFTWARE
Polyworks™ Modeler e Rapidform (allineamento e meshing); Realviz Image Modeler (fotogrammetria digitale).
PRODOTTI
Modelli poligonali 3D (mesh) della parte di salone in oggetto, con differenti livelli di dettaglio e mappata con texture fotografica ad alta risoluzione.
PUBBLICAZIONI
F. BREVI, N. CECCARELLI, L.L. MICOLI, A. PIGNATEL, M. RUSSO, Realtà Virtuale e
Restauro: il caso della Sala delle Cariatidi, in atti del convegno “La Sala delle
Cariatidi di Palazzo Reale: il cantiere di studio”, Milano Direzione Regionale per i Beni Culturali e Paesaggistici della Lombardia-Edizioni Et, 2006.
M. GAIANI, L.L. MICOLI, M. RUSSO, The Monuments Restoration Yard: a Virtualization
Method and the Case of Study of Sala delle Cariatidi in Palazzo Reale, Milan, in
Proceedings of “ISPRS Meeting (3D-ARCH), 3D Virtual Reconstruction and Visualization of Complex Architectures”, Venezia 22-24 Agosto 2005, Vol. XXXVI parte 5/W17, pp. 191-202.
F. BREVI, N. CECCARELLI, M. GAIANI, Un cantiere di restauro virtualizzato, in
“Disegnare, Idee, Immagini” n. 29/2004, pp. 64-79. PUBBLICAZIONI CORRELATE
S. F. EL-HAKIM, J.-A. BERALDIN, M. PICARD, G. GODIN, Detailed 3D reconstruction of
large-scale heritage sites with integrated techniques, in “IEEE Computer Graphics
and Applications”, Vol. 24, n. 3, 2004, pp. 21-29.
G. GUIDI, J.-A. BERALDIN, S. CIOFI, C. ATZENI, Fusion of range camera and
photogrammetry: a systematic procedure for improving 3D models metric accuracy,
in “IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics”, Part B, Vol. 33, n. 4, 2003, pp. 667-676.
F. BERNARDINI, H. RUSHMEIER, The 3D model acquisition pipeline, in “Eurographics
2000 State of the Art Report” (STAR 2000), 2000. SITOGRAFIA
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L. L. MICOLI, M. RUSSO, Il rilievo digitale di complessi architettonico-scultorei come
base per il progetto di restauro. L’esperienza della Sala delle Cariatidi al Palazzo Reale di Milano, La documentazione on-line dei Beni Culturali, Il Rilievo di
Architettura, 2004;
http://rilievo.stereofot.it/convegno04/interventi/relazioni/06Polimi. (consultato il 6-8- 2009)
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Sono stati acquisite tutte le tre cariatidi e la statua comprese nella parte di sala di cui si è ricostruito il modello 3D, mentre uno solo dei tre capitelli è stato scandito.
2 Per la fotogrammetria sono state usate 4 immagini (4256x2848 pixel) che hanno richiesto un
tempo di presa di mezza giornata. Mentre con il laser scanner sono state acquisite 300 range map, per un tempo di acquisizione effettivo di 15 ore.
LA CRIPTA DI SANTA CRISTINA