nometrici
Gli scanner laser cosiddetti a triangola-
zione sono molto diffusi e presentano
due aspetti di particolare interesse: il primo relativo al forte consolidamento che questa tecnologia ha avuto da che è stata sviluppata ad oggi; il secondo inerente invece la notevole precisione che questo tipo di misurazione per- mette di ottenere. In alcuni modelli il margine di errore sulla posizione del punto misurato può aggirarsi attorno al centesimo di millimetro e questo rende questo tipo di apparecchiature particolarmente indicate per la mi- surazione di oggetti da cui si voglia ottenere un elevato dettaglio di resa o su cui si vogliano compiere analisi non alterate da un livello di errore troppo alto. Inoltre le caratteristiche dei laser normalmente impiegati in queste stru- mentazioni sono tali da rendere molto semplice misurare elementi di quasi qualunque materiale e con qualsiasi trattamento di superficie.
La mancanza di contatto tra mac- china misuratrice e oggetto misurato e la possibilità, in alcuni modelli, di posizionare l’apparecchiatura ad una distanza significativa, rendono parti- colarmente appetibile questo tipo di strumentazione per il rilievo di scultu- re, reperti archeologici, fossili, elementi
di particolare fragilità, dipinti. Il sistema di misurazione adottato non è comunque lo stesso per tutti i sistemi che basano il processo di rilie- vo su principi trigonometrici: i sistemi prevalentemente impiegati sono quel- lo della triangolazione attiva (Active
Triangulation) e della striscia di luce
(Lightstripe). Nel caso del sistema ba- sato su triangolazione, questo è simile al processo di proiezione in avanti della topografia; in pratica una sorgente laser e un sensore CCD capace di recepirne la posizione sono posti nell’apparec- chiatura ad una distanza nota e non
modificabile; il segnale del laser viene quindi emesso secondo un angolo noto e viene registrato da un CCD che trasferisce i dati ad un software. Quest’ultimo, sulla base dei dati noti, permette di posizionare nello spazio il punto rilevato individuandone le coor- dinate secondo i valori di X, Y e Z. In altre apparecchiature il sistema di misurazione a triangolazione è invece basato sul Lightstripe, dove una striscia orizzontale di luce viene generata sul- l’oggetto facendo passare l’emissione del laser attraverso una lente cilindrica. La luce riflessa dall’oggetto è ricevuta
dal CCD dell’apparecchiatura e, per triangolazione, convertita in un’infor- mazione di distanza. Il processo viene quindi ripetuto facendo passare una seconda striscia di luce, questa volta orizzontale sulla stessa parte misurata per mezzo di uno specchio di Galvano, in maniera tale da ottenere un’infor- mazione metrica tale da poter generare un modello tridimensionale della parte misurata.
Questo genere di sistema è molto ac- curato, e permette di rilevare oggetti di varia dimensione da distanze corte e medie con una qualità elevatissima
Fig. 15 - Schema del funzionamento di un sistema laser di rilevamento basato sulla triangolazione attiva.
Fig. 16 - Schema del funzionamento di un sistema laser di rilevamento basato sul sistema Lightstripe.
di risultato. Si deve comunque tenere conto dell’effettiva capacità di misu- razione che questo tipo di tecnologia permette di effettuare; infatti, in virtù del fatto che il sistema è comunque basato su un sistema di triangolazio- ne, perché un qualunque punto possa essere misurato, deve essere visibile e raggiungibile sia dall’emissione del laser, che dal CCD che percepisce la posizione di quest’ultimo. Di con- seguenza, elementi con profonde cavità o con fori di piccolo diametro, risulteranno difficilmente misurabili, e potrebbe verificarsi la condizione per
direttamente dipendente dal livello di performance del laser e del CCD, i tem- pi risentono del numero di operazioni che devono essere compiute dall’ope- ratore e dal numero di scansioni che devono essere eseguite, soprattutto in virtù del campo, in genere modesto, di copertura offerto da questo genere di apparecchiature.
Inoltre si tenga presente che qui come in altri casi, all’aumentare della velo- cità di acquisizione dei dati, il livello di precisione ottenibile tende a ridursi significativamente, a prescindere dalle specifiche tecniche della machina: il massimo livello di precisione non sarà mai conseguibile in combinazione
con la massima velocità operativa dello strumento. È quindi compito dell’operatore pianificare il rilievo in modo da ottenere un corretto rapporto tra i tempi richiesti per la scansione e la qualità delle misurazioni effettuate, che incideranno sulle caratteristiche del modello che si dovrà successiva- mente sviluppare.
A contribuire alla notorietà di questi sistemi di rilievo ha fortemente con- tribuito il Digital Michelangelo Project
della Stanford University4, che nel
19995 ha eseguito il rilievo della statua
cui alcune parti dell’oggetto riman- gano comprese entro uno spazio di occlusione a prescindere dal numero di scansioni effettuate.
Non si tratta inoltre di sistemi velo- cissimi di misurazione; certo, il tempo necessario per rilevare un oggetto varia a seconda delle sue dimensioni e del
modello si scanner in uso3, ma tra le
varie tecnologie di rilievo a distanza, non sono certo gli scanner basati su processo trigonometrico a raggiungere i valori più alti di prestazione. Oltre all’effettiva velocità di acquisizione relativa ad una singola scansione,
Fig. 17 - Sistema per la misurazione di oggetti Picza sviluppato dalla Roland, si tratta di un'apparecchiatura fissa, non utilizzabile fuori da un laboratorio, ma la filosofia del prodotto prevede una maggior facilità d'uso. Fig. 18 - Il Minolta Vivid 700, forse uno degli scanner Laserstripe più diffusi.
Fig. 19 - Il Minolta Vivid 900, lo scanner laser di punta della ditta giapponese, rappresenta l'evoluzione del modello 700.
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del David di Michelangelo6 utilizzando
uno scanner laser appositamente pro-
dotto dalla Cyberware7.
Il modello digitale del David8 è stato
acquisito secondo una maglia di punti
di 0,29 millimetri9, e da questo sono
stati successivamente elaborati vari modelli, alcuni completi, con maglie poligonali ridotte a uno e a due milli- metri, e alcuni modelli parziali a piena risoluzione.
Al di la delle applicazioni di par- ticolare rilevanza, gli scanner laser in commercio sono comunque for- temente orientati per proporre un impiego con un campo di copertura che raramente supera i due metri di distanza, con una copertura massima di poco più di un metro quadro. Di
Figg. 20/21 - The Large Statue Scanner, lo scanner laser appositamente approntato dalla Cyberware per l'Università di Stanford per i rilievi eseguiti nell'ambito del Digital Michelangelo Project. Veduta di insieme e particolare dell'unità di acquisizione. Fig. 22 - Uno dei modelli per superfici ottenuti dal rilievo della statua del David, parte degli obiettivi del Digital Michelangelo Project.
Fig. 23 - Lo scanner della Cyberware all'opera sulla testa della statua del David.
Fig. 24 - Sistema di gestione di un modello a risoluzioni multiple dei dati del rilievo della statua del David eseguito dalla Stanford University.
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Fig. 25 - Due scanner a triangolazione Mensi, il SOISIC 25 e il SOISIC 10, hanno la particolarità di eseguire una scansione con elevata accuratezza a grande distanza (il codice del modello corrisponde alla massima distanza raggiungibile in metri). Tutti e due i modelli permettono inoltre la scansione panoramica con una rotazione di 320°. Fig. 26 - Visualizzazione spaziale del campo di ripresa di un modello Mensi SOISIC.
conseguenza i tipi di oggetti rilevabili sono di dimensioni contenute, oppure devono essere rilevati per parti per poi essere ricomposti nelle fasi successive di elaborazione del rilievo.
Il limite operativo è ad oggi difficil- mente superabile per i sistemi basati su Lightstripe, in virtù del sistema di illuminazione che non può mantenere la propria affidabilità a distanze elevate, mentre, con particolari accorgimenti, i sistemi a triangolazione attiva possono essere spinti ad operare anche a distan- ze medie su ampie aree di copertura. E’ il caso di due modelli sviluppati
dalla ditta francese Mensi, nella serie SOISIC, dove il modello S-10 e il modello S-25 raggiungono distanze, rispettivamente, di dieci e venticinque metri. Questi due scanner permettono inoltre di coprire un’area ampissima, in virtù della motorizzazione del cor- po dello scanner che fa compiere una rivoluzione al gruppo di misurazione secondo un angolo di trecentoventi gradi. In questo modo l’area scan- sionata corrisponderà ad un volume corrispondente ad una rivoluzione quasi completa, eseguita sul vertice di una piramide di altezza dieci metri e
con angolo di campo di quaranta gradi (il campo operativo effettivo del siste- ma a meno della rotazione).
Questo modello di scanner, partico- larmente versatile, permette quindi di rilevare spazi molto ampi ed oggetti molto estesi, con una particolare vo- cazione per il rilievo di spazi interni molto articolati, in virtù della funzione di ripresa panoramica.
Ovviamente la funzionalità pano- ramica deve essere ben considerata e pianificata dall’operatore, perché, se da un lato riduce il numero delle postazioni di scansione che si devono
eseguire, dall’altro produce degli spa- zi di occlusione molto ampi e dalla
forma, a volte, molto strana10, che pos-
sono risultare molto difficili da saturare senza produrre, al tempo stesso, delle
sovrapposizioni della scansione11.
Oltre alle macchine che cercano di espandere il proprio campo ope- rativo dagli oggetti agli interni e a all’architettonico, esistono modelli che, sacrificando la mobilità dell’ap- parecchiatura, cercano di semplificare il processo di acquisizione riducendo al minimo le operazioni a carico del- l’operatore.
Figg. 27/30 - Impiego del Minolta Vivid 700 per la creazione del modello tridimensionale digitale di un capitello. Da un intervento di rilievo del NubLab di Ferrara.
Figg. 31/35 - Impiego del Minolta Vivid 700 per la creazione del modello tridimensionale digitale di un ammonite. Da un intervento di rilievo del NubLab di Ferrara.
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In questo senso esistono varie mac- chine “fisse”, simili ai tastatori citati nel paragrafo precedente ma operanti con sistemi a triangolazione attiva o Lightstripe. Sono macchine normal- mente composte di una piattaforma mobile, il più delle volte rotante, e da un’unità misuratrice posta su un braccio motorizzato. In alcuni casi la piattaforma può mancare o non avere alcun movimento e tutti gli spostamenti sono compiuti dall’unità di misurazione. Il funzionamento è completamente automatico, l’opera- tore, pone l’oggetto sulla piattaforma o comunque nel raggio di azione del-
l’unità e avvia il processo di scansione. Il sistema di gestione del rilievo prov- vederà a far ruotare o a movimentare la testa dello scanner e ad eseguire tutte le misurazioni richieste secondo i valori richiesti dall’operatore.
Il limite principale di questo genere di apparecchiatura consiste nel rap- porto che inevitabilmente si crea tra la massima dimensione dell’oggetto scansionabile e le dimensioni della macchina stessa. Infatti modelli ca- paci di eseguire la misurazione di un oggetto piuttosto voluminoso, come, per esempio una statua dalle dimen- sioni umane, possono richiedere un intera stanza per poter essere messe in opera, mentre i modelli più compatti, che pur sempre hanno l’ingombro di una grossa fotocopiatrice, permettono la misurazione di oggetti di modeste dimensioni offrendo un volume ope-
rativo limitato12.
In definitiva, la famiglia di questo genere di scanner ha soprattutto a suo vantaggio la grande precisione e l’affidabilità del processo, mentre, di contro, ha una possibilità operativa limitata e una versatilità contenuta, e pur coprendo, nel suo complesso, un campo di applicazione che va dagli og- getti molto piccoli a rilievi piuttosto voluminosi, rimane per lo più appeti- bile negli impieghi architettonici legati al rilievo di oggetti, statue ed ornati,
nonché agli interventi di lettura delle patologie dei materiali, permetten- do solo nel caso dei modelli Mensi SOISIC l’utilizzo per rilievi completi di interni e di ambienti urbani.