Scuola di Architettura Urbanistica e Ingegneria delle Costruzioni
Corso di laurea in Ingegneria dei Sistemi Edilizi
Dalla nuvola di punti al modello BIM:
conservazione e divulgazione dei dati dei beni
storico-culturali
Caso studio: la Villa medicea di Poggio a Caiano
Relatore: P
ROF.
B
OLOGNESIC
ECILIACorrelatore: P
ROF.
G
ARAGNANIS
IMONETESI DI LAUREA DI:
Eleonora Ferraretti Matr. 852623
Alessandro Mai Matr. 854685
Yuri Seiti Matr. 875874
INDICE DEI CONTENUTI ... V INDICE DELLE FIGURE ... IX INDICE DELLE TABELLE ... XIX
ABSTRACT... 1
CAPITOLO 1 DEFINIZIONI ... 5
1.1BIM ... 6
Vantaggi offerti dal BIM ... 8
1.2HBIM ... 10
1.3TERMINI TECNICI DEL SOFTWARE MODELLATORE ... 11
Famiglie e categorie ... 11 Etichette ... 13 Abachi ... 13 Parametri... 14 1.4RILIEVO 3D ... 15 Laser scanning ... 15 Fotogrammetria ... 17
CAPITOLO 2 CASO STUDIO: VILLA MEDICEA DI POGGIO A CAIANO ... 21
2.1IMPORTANZA STORICA RIVESTITA DALLA VILLA AL POGGIO ... 22
VI Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
CAPITOLO 3 RILIEVO DELLA VILLA ... 29
3.1RILIEVO LASER SCANNER ... 30
3.2RILIEVO FOTOGRAMMETRICO ... 31
Progetto dei principali punti di presa della Villa ... 33
Fase di acquisizione ... 40
Elaborazione dei dati per la generazione della nuvola densa ... 44
3.3CONCLUSIONI DEL PROCESSO DI RILIEVO DIGITALE ... 60
CAPITOLO 4 MODELLAZIONE BIM ... 65
4.1PROCESSO DI MODELLAZIONE ... 66
Background informativo necessario ... 68
Importazione della nuvola di punti nel software di modellazione ... 68
Realizzazione delle geometrie principali dell’edificio ... 71
Utilizzo delle famiglie di sistema ... 71
Definizione e inserimento delle famiglie caricabili ... 73
Limiti del software modellatore nella creazione dei particolari architettonici ... 75
Le famiglie locali nel modello ... 77
Modello finale della Villa ... 79
Problematiche inerenti la modellazione ... 80
4.2CONFRONTO TRA IL MODELLO SEMANTICO E LA NUVOLA LASER SCANNER ... 87
PARTE A AFFINAMENTO DEL MODELLO ... 93
CAPITOLO 5 GESTIONE DEL FILE BIM IN UN GRUPPO DI LAVORO ... 95
5.1METODI DI CONDIVISIONE ADOTTABILI ... 96
5.2SOLUZIONE ADOTTATA ... 97
CAPITOLO 6 CLASSIFICAZIONE E IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO DIGITALE ... 101
6.1VANTAGGI DI UN LIVELLO DI DETTAGLIO ELEVATO DEGLI ELEMENTI ... 102
6.2CASO STUDIO ... 110
PARTE B ANALISI AGGIUNTIVE... 127
CAPITOLO 7 INTRODUZIONE DELLA VARIABILE TEMPO NEL MODELLO BIM ... 129
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti VII
7.1IMPORTANZA DELLA VARIABILE TEMPORALE PER I BENI CULTURALI ... 130
7.2VALUTAZIONE DELL’APPROCCIO OPERATIVO PER L’INSERIMENTO DEI DATI NEL MODELLO BIM ... 131
7.3ACQUISIZIONE E SINTETIZZAZIONE DELLE INFORMAZIONI STORICHE DEL CASO STUDIO134 7.4REALIZZAZIONE DELLA SOLUZIONE ADOTTATA NEL MODELLATORE 3D... 142
Descrizione FASE 1 ... 142
Descrizione FASE 2 ... 146
Descrizione FASE 3 ... 147
Descrizione FASE 4 ... 148
Descrizione FASE 5 ... 149
7.5COLLEGAMENTO FILE ESTERNI A COMPLETAMENTO DELLE INFORMAZIONI ... 154
CAPITOLO 8 ANOMALIE E DEGRADI ... 161
8.1FINALITÀ DELL’INDIVIDUAZIONE DELLE ANOMALIE E DEGRADI IN UN MODELLO BIM . 162 8.2WORKFLOW DEL PROCESSO DI CATALOGAZIONE ... 165
Rilievo delle anomalie visibili ... 165
Modellazione delle famiglie delle anomalie ... 167
Estrapolazione dei dati ... 168
Schede delle modalità di guasto ... 169
Conclusioni possibili del workflow ... 174
8.3CASO STUDIO ... 175
Rilievo delle anomalie visibili ... 175
Modellazione delle famiglie delle anomalie ... 180
Famiglie parametrica “Fessurazione” ... 180
8.3.2.1.1 Limiti e utilizzi della famiglia “Fessurazione” ... 189
Famiglia parametrica “Degrado” ... 192
8.3.2.2.1 Famiglia Degrado con geometria non regolare ... 192
8.3.2.2.2 Famiglia Degrado da profilo ... 197
8.3.2.2.3 Famiglia Degrado rettangolare ... 200
8.3.2.2.4 Limiti e utilizzi della famiglia “Degrado” ... 201
Inserimento nel modello delle famiglie di anomalie ... 203
Creazione dei parametri condivisi ... 203
Texturizzazione delle famiglie ... 205
Verso l’abaco delle anomalie ... 210
Considerazioni sui dati estrapolati ... 210
VIII Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Abaco delle mancanze di intonaco ... 212
Abaco delle fessurazioni ... 214
Schede delle modalità di guasto ... 216
Mancanza parziale e totale di intonaco ... 217
Fessurazione ... 225
Conclusioni sul lavoro svolto ... 232
PARTE C FRUIBILITÀ DEL MODELLO BIM ... 235
CAPITOLO 9 UTILIZZO DELLA VIRTUAL REALITY ... 239
9.1RENDERIZZAZIONE IN TEMPO REALE ... 240
9.2IMMAGINI A 360° ... 245
CAPITOLO 10 UTILIZZO DELL’AUGMENTED REALITY ... 251
10.1FUNZIONAMENTO DELLA AR ... 252
10.2VISUALIZZAZIONE DEL MODELLO BIM IN AR ... 256
Modello di prova ... 256
Modello Villa medicea di Poggio a Caiano ... 259
CAPITOLO 11 STANDARD IFC E SUA POSSIBILE CONDIVISIONE ... 265
11.1INDUSTRY FOUNDATION CLASSES (IFC) ... 267
11.2CONDIVISIONE DEL LAVORO VIA INTERNET ... 274
Modello di prova ... 274
Modello della Villa ... 280
CONCLUSIONI ... 287
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI ... 289
SITOGRAFIA... 293
INDICE DEGLI ALLEGATI ... 295
Capitolo 1
Figura 1.1Aree di interesse del BIM (http://biblus.acca.it). 7
Figura 1.2 Collaborazione BIM (http://biblus.acca.it). 7
Figura 1.3 Esempio di clash-detection tra impianti e strutture
(http://www.bimservicesindia.com). 8
Figura 1.4 Le dimensioni progettuali del BIM (https://www.digital4.biz). 9
Figura 1.5 Curva di MacLeamy raffigurante i benefici della modellazione BIM in termini
di incidenza sui costi ed ottimizzazione delle procedure. 10
Figura 1.6 Esempio di ramificazione delle tipologie di famiglie presenti nel software
modellatore utilizzato. 12
Figura 1.7 Etichetta “H_fessura” il cui valore si aggiorna automaticamente con la
geometria o può essere modificato dall’utente. Si è utilizzata questa etichetta per creare un parametro istanza, in modo tale da poter essere modificata per
ogni singola fessurazione. 13
Figura 1.8 Principio di misura della distanza con un laser scanner a differenza di fase, a
sinistra, ed un esempio di laser scanner a differenza di fase (FARO Focus S
350), a destra. 16
Figura 1.9 Schema della geometria della presa fotografica per quanto riguarda la
fotogrammetria terrestre (http://www.camilab.unical.it). 17
Figura 1.10 Posizione di un punto A definito univocamente dall’intersezione dei raggi
omologhi di due fotografie con diversi centri di presa
(http://rilievo.stereofot.it). 18
Figura 1.11 Relazione fra le coordinate di punti immagini e punti oggetto. 19
X Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Capitolo 2
Figura 2.1 Veduta della Villa e del terreno circostante, circa 1599 (Giusto Utens Bruxelles
… - Carrara 1609). 22
Figura 2.2 F. Fontani, scorcio della Villa medicea, viaggio pittorico della Toscana. 24 Figura 2.3 Planimetria generale, immagine e documento conservato nell’archivio storico
del comune di Firenze. 25
Figura 2.4 Particolare del timpano posto al primo piano della facciata principale,
immagine presa da "The Museums of Florence". 26
Figura 2.5 Fotografia dal rilievo fotogrammetrico svolto, particolare del portico del
prospetto 4. 27
Capitolo 3
Figura 3.1 Ambiente lavoro software “faro scene 5.0” riprendente in alto a sinistra le
anteprime delle stazioni di presa, alto a destra le stazioni di presa in pianta e in basso la nuvola di punti. 31
Figura 3.2 Schema di presa per la restituzione dei prospetti della Villa di Poggio a Caiano,
particolare pianta e prospetto. 35
Figura 3.3 Schema dei punti di presa del portico al piano terra. 36
Figura 3.4 Esempio punto di presa a livello pavimento effettuato tramite l’utilizzo di
skateboard. 37
Figura 3.5 Fotografia del portico perimetrale con inserimento dei punti fissi,
markers. 38
Figura 3.6 Fotografia della balaustra a fuseruola posta al piano primo della Villa. 39 Figura 3.7 Schema dei punti di presa delle balaustre al primo piano, pianta e prospetto.
40
Figura 3.8 Esempio acquisizione delle fotografie per il prospetto 1 (sopra) e nicchia al
primo piano del prospetto 1 (sotto). 42
Figura 3.9 Esempi dell’ambiente di lavoro di PhotosScan Pro 1.4.1. particolare d’angolo
e interno del portico perimetrale della Villa di Poggio a Caiano. 43
Figura 3.10 Schermata di lavoro con allineamento immagini per la generazione della
nuvola di punti sparsa del Core Centrale. 46
Figura 3.11 Esempio impostazione dei key e tie point limits. 47
Figura 3.12 Esempio ambiente di lavoro PhotoScan Pro con individuazione dei markers.
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti XI
Figura 3.13 Esempio fotografia eseguita durante il rilievo della Villa di Poggio a Caiano
con individuazione dei punti fissi, markers. 49
Figura 3.14 Ottimizzazione delle camere ed errore sul posizionamento markers e
immagini allineate. 50
Figura 3.15 Allineamento dei chinks della Villa. 51
Figura 3.16 Generazione della Sparce Cloud di tutta la Villa. 52
Figura 3.17 Viste della nuvola densa di punti finale e inserimento nel software
ReCap. 56
Figura 3.18 Generazione della mesh poligonale dell’angolo sud-est della Villa. 57
Figura 3.19 Tessitura dell’angolo sud-est della Villa. 58
Figura 3.20 Ortofoto angolo sud-est della Villa. 58
Figura 3.21 Generazione della mesh poligonale, particolare scalone principale lato ovest.
59
Figura 3.22 Tessitura della mesh poligonale, particolare scalone principale lato
ovest. 59
Figura 3.23 Comparazione tra la nuvola di punti laser scanner e fotogrammetrica,
software CloudCompare. 61
Figura 3.24 Grafico degli scostamenti assoluti tra le nuvole di punti. 61
Capitolo 4
Figura 4.1 Modellazione standard. 67
Figura 4.2 Fasi della modellazione. 67
Figura 4.3 Nuvola di punti fotogrammetrica importata sul software Autodesk® ReCap
Pro. 69
Figura 4.4 Prospetto principale con tracciamento livelli e assi verticali. 70
Figura 4.5 Posizionamento della famiglia di un infisso all’interno del modello seguendo
il riferimento dato dalla nuvola. 70
Figura 4.6 Vista di modifica del pavimento usato per la modellazione delle volte del
portico sul prospetto principale. 72
Figura 4.7 Vista di modifica della famiglia di sistema ringhiera, tratto in ferro
battuto. 72
Figura 4.8 Vista 3D della porta interna degli scaloni della Villa medicea. 74
XII Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Figura 4.10 Impossibilità di inserimento delle nuvole di punti all'interno dell'Editor
delle famiglie. 76
Figura 4.11 Definizione della geometria della famiglia di una finestra della Villa
medicea di Poggio a Caiano a partire dalla sua nuvola di punti importata in un software
CAD. 76
Figura 4.12 Studio delle proporzioni del profilo di perimetro e vista di modellazione
della famiglia e caricamento sul modello. 77
Figura 4.13 Vista di modellazione delle riseghe come vuoto creato all’interno di
un 78
79 79 modello locale (famiglia locale).
Figura 4.14 Modello digitale tridimensionale della Villa medicea. Figura 4.15 Prospetto Est del modello digitale della Villa medicea.
Figura 4.16 Spaccato del modello digitale tridimensionale della Villa medicea. 80
Figura 4.17 Interfaccia di dialogo estratta dal software “Autodesk® 3D
Studio MAX”. 87
Figura 4.18 Mappe tematiche tridimensionali della comparazione tra la nuvola di punti
laser scanner e il modello mesh della Villa. 89
Figura 4.19 Diagrammi degli scostamenti assoluti tra la nuvola di punti laser scanner
e il modello mesh della Villa. 90
Capitolo 5
Figura 5.1 Condivisione del lavoro basata su server (https://www.autodesk.it/). 97
Figura 5.2 Barra dei comandi per la collaborazione tra più utenti. 98
Figura 5.3 Creazione workset per condivisione del lavoro. 99
Capitolo 6
Figura 6.1 Digitalizzazione del settore costruzioni: UNI11337:2017 dal BIM
alla piattaforma di filiera, A. Pavan, UNI. 109
Figura 6.2 Comparazione point cloud e modello 3D rampa scala curva, PRIMA e DOPO.
112
Figura 6.3 Modellazione scalone principale – PRIMA. 113
Figura 6.4 Modellazione scalone principale – DOPO. 113
Figura 6.5 Esempio aumento di dettaglio della balaustra dello scalone principale
semicircolare, PRIMA, DOPO e dettaglio fotografico a confronto. 114
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti XIII
Figura 6.7 Dettaglio porta, scalone principale – DOPO. 115
Figura 6.8 Dettaglio pilastro di chiusura balaustra in ferro – PRIMA. 116
Figura 6.9 Dettaglio pilastro di chiusura balaustra in ferro – DOPO. 116
Figura 6.10 Comparazione: realtà - modello 3D. 117
Figura 6.11 Dettaglio stilobate. 118
Figura 6.12 Vista del modello, comparazione nuvola di punti. 118
Figura 6.13 Prospetto principale, confronta nuvola / modello. 119
Figura 6.14 Ortofoto arco in muratura. 125
Figura 6.15 Esempio di texturizzazione del modello al fine della individuazione delle
patologie. 125
Capitolo 7
Figura 7.1 Esempio FASE 3 con applicazione del filtro di fase: stato di fatto,APPLICATO/
NON APPLICATO. 134
Figura 7.2 Taccuino Senese - Sangallo - Villa medicea. 137
Figura 7.3 Sangallo schizzo GDSU 1640_A. 137
Figura 7.4 Villa Medici di Poggio a Caiano, spigolo prospetto Nord – Est,
rilievo fotografico. 139
Figura 7.5 Villa Medici di Poggio a Caiano, nicchia prospetto Ovest, particolare ballatoio,
rilievo fotografico. 140
Figura 7.6 Villa Medici di Poggio a Caiano, particolare facciata principale, rilievo
fotografico. 142
Figura 7.7 FASE 1a con applicazione del filtro fase “stato di fatto”. 143
Figura 7.8 Modello 3D, Vista Fase 1. Ipotesi a) Rampe Sangallo. 145
Figura 7.9 Modello 3D, Vista Fase 1. Ipotesi b) Scala Sangallo. 145
Figura 7.10 Vista Fase 2. Modifica Copertura. 147
Figura 7.11 Confronto Fase 3. Modifica ballatoi, prima e dopo intervento. 148
Figura 7.12 Vista Fase 4. Modifica Orologio. 149
Figura 7.13 Vista Fase 5. Modifica scaloni. 151
Figura 7.14 Particolare ringhiera e corrimano, Modello 3D. 152
Figura 7.15 Particolare parapetto in ferro, Modello 3D. 153
Figura 7.16 Esempio di visualizzazione modello con aggiunta di informazioni,
XIV Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Figura 7.17 Esempio di visualizzazione modello con aggiunta di informazioni. Vista FASE
2. 156
Figura 7.18 Esempio di visualizzazione modello con aggiunta di informazioni.
Vista FASE 5. 156
Capitolo 8
Figura 8.1 Esempio di rilievo delle anomalie eseguito su un prospetto con un
software 2D. 163
Figura 8.2 Nuvola densa di punti della Villa medicea di Poggio a Caiano ripresa da più
angolazioni. 165
Figura 8.3 Nuvola densa di punti della nicchia del prospetto ovest della Villa medicea di
Poggio a Caiano. 166
Figura 8.4 Interrogabilità della restituzione tridimensionale digitale della Villa
medicea di Poggio a Caiano da remoto. 166
Figura 8.5 Vista di un dettaglio del prospetto ovest della nuvola di punti in cui si
176
la famiglia del degrado modellata e il rilievo della nuvola di punti. 179
Figura 8.10 Schermata di scelta delle famiglie preimpostate di Revit. 181
Figura 8.11 Illustrazione della funzione Spline
(https://docs.derivative.ca/index.php?title=Spline). 181
Figura 8.12 Vista 3D dell’estrusione su percorso con il profilo rettangolare della famiglia
Fessurazione. 182
Figura 8.13 Vista del piano di riferimento della famiglia Fessurazione in cui si vedono i
quattro piani di riferimento, i parametri H_fessura e B_fessura e l’estrusione
costituente la fessura. 183
Figura 8.14 Cambiamento dei parametri H_fessura e B_fessura. Si noti come la famiglia
si adatti automaticamente al cambiamento dei parametri. 184 178 notano le numerose anomalie e degradi.
Figura 8.6 Ortofoto ricavata dalla nuvola di punti del particolare del prospetto
ovest del corpo scala.
Figura 8.7 Fase di inserimento dell'ortofoto nell'Editor famiglia.
Figura 8.8 Fase di modellazione della famiglia basandosi sull'ortofoto. 178
Figura 8.9 Vista del modello di progetto in cui si può notare la perfetta coincidenza
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti XV
Figura 8.15 Finestra di visualizzazione della famiglia Fessurazione con i parametri che la
caratterizzano. Si può notare come il parametro “Angolo_degrado_lesione” e
“Lung_fessura” siano calcolati tramite formule. 185
Figura 8.16 Estrapolazione del prospetto della Villa analizzato in un file DWG.
All’interno di un software di disegno 2D si carica l’ortofoto e si procedere a
ricalcare le fessurazioni. 187
Figura 8.17 Modellazione della famiglia “Fessurazione”. Il prospetto con il rilievo delle
fessurazioni viene caricato all’interno dell’Editor famiglie. Il percorso dell’estrusione viene disegnato modificando la curva Spline che segue la linea disegnata
sul fronte. 187
Figura 8.18 Porzione del prospetto del fronte principale con l’inserimento delle
fessurazioni presenti nella visualizzazione “Colori omogenei”. 188
Figura 8.19 Porzione del prospetto del fronte principale con l’inserimento delle
fessurazioni presenti nella visualizzazione “Realistico”. 188
Figura 8.20 Ortofoto per il rilievo della geometria delle fessurazioni. 189
Figura 8.21 Fessura n°3 per cui la misura della lunghezza ha un buon grado di
approssimazione. Si nota che la fessura è all’interno della rettangolo con lati “H_fessura” e “B_fessura” ed è approssimabile alla diagonale (linea
azzurra). 190
Figura 8.22 Fessura n°2 in cui il valore della lunghezza non può considerarsi attendibile.
La fessura a un andamento troppo discontinuo rispetto alla diagonale del
rettangolo. 190
Figura 8.23 Finestra di visualizzazione della famiglia “degrado_generale” con
l’inserimento dei piani di riferimento e dei parametri di base per la
modellazione. 193
Figura 8.24 Profilo della famiglia “degrado_generale”. 194
Figura 8.25 Particolare di una delle quattro curve Spline con i suoi vertici di
controllo. Si noti che la curva è vincolata agli assi che inscrivono il profilo. 194
Figura 8.26 Vista laterale in cui si può notare il parametro “Sp_degrado” con cui è
possibile stabilire la profondità di penetrazione all’interno della oggetto host
della famiglia. 195
Figura 8.27 Vista 3D della famiglia “degrado_generale”. 196
Figura 8.28 Vista di degradi di mancanze di intonaco parziali (colore azzurro) e totali
XVI Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Figura 8.29 Fase di disegno del profilo (linea rossa) ricalcato sull’ortofoto dell’anomalia.
198
Figura 8.30 Scelta del profilo “pr_m_p_1” per la creazione dell’estrusione. Figura 8.31 Scelta del profilo “pr_m_p_1” per la creazione dell’estrusione. Figura 8.32 Vista in pianta della famiglia “degrado_r”.
199 199 200
Figura 8.33 Degrado del rivestimento esterno della muratura di un arco all’angolo
nord-ovest della Villa. 201
Figura 8.34 Ortofoto della pavimentazione della terrazza del prospetto ovest. 202
Figura 8.35 Lista dei parametri condivisi creati. 204
Figura 8.36 Texture di un’anomalia di un pilastro. 205
Figura 8.37 Proprietà della famiglia “degrado_r_1”. 206
Figura 8.38 Creazione del materiale specifico dell’anomalia. 207
Figura 8.39 Inserimento delle misure della texture. 208
Figura 8.40 Inserimento texture ripetibile. 209
Figura 8.41 Vista prospettiva del rilievo delle anomalie del portico del corpo scala sul
fronte principale della Villa medicea di Poggio a Caiano. 209
Figura 8.42 Scheda “Proprietà abaco” attraverso cui si scelgono i parametri da utilizzare
come campi nell’abaco. 211
Figura 8.43 Formula per calcolare l’area della famiglia “Degrado”. 212
Figura 8.44 Formula per calcolare il volume della famiglia “Degrado”. 213
Figura 8.45 Scheda “Proprietà abaco” con indicati sulla destra i campi di abaco usati per
la famiglia “Fessurazione”. 215
Capitolo 9
Figura 9.1 Navigazione all’interno del modello con modalità di simulazione
stereoscopica, tramite Enscape. 242
Figura 9.2 Navigazione all’interno del portico piano terra, tramite Enscape. 243
Figura 9.3 Navigazione all’interno del modello con vista del fronte principale, tramite
Enscape. 243
Figura 9.4 Navigazione all’interno del modello con vista su una nicchia al piano primo,
tramite Enscape. 244
Figura 9.5 Visore ottico per smartphone utilizzato per la fase di test. 245
Figura 9.6 Bottone cinepresa. 246
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti XVII
Figura 9.8 Vista 3D relativa alla cinepresa posizionata. 247
Figura 9.9 Scheda impostazioni rendering in cloud. 248
Figura 9.10 Condivisione dell’immagine a 360° dalla pagina personale del server. 248 Figura 9.11 Stereo panorama in VR attraverso smartphone e visore. 249
Capitolo 10
Figura 10.1 Modello di prova per test. 257
Figura 10.2 Finestra di selezione del modello di esportazione. 257
Figura 10.3 Codice sorgente senza alcun riferimento 2D al modello esportato,
inquadrare con l’applicazione AUGmentecture per visionare il modello. 258
Figura 10.4 Visualizzazione del modello di prova in realtà aumentata tramite
smartphone. 259
Figura 10.5 Pianta piano terra con realtà aumentata. 260
Figura 10.6 Restituzione grafica della sezione in corrispondenza del piano terra in realtà
aumentata. 260
Figura 10.7 Pianta piano primo con realtà aumentata. 261
Figura 10.8 Planimetria con realtà aumentata. 261
Figura 10.9 Prova spaccato tridimensionale con realtà aumentata. 262
Figura 10.10 Restituzione grafica dello spaccato tridimensionale con realtà
aumentata. 263
Capitolo 11
Figura 11.1 Modello flussi classico SX; Modello flussi con interoperabilità BIM
DX. 266
Figura 11.2 Time line evoluzione standard IFC. 268
Figura 11.3 Struttura formato IFC
(http://www.buildingsmart-tech.org/IFC/IFC4/Add2/html/link/introduction.html). 269
Figura 11.4 Esportazione modello prova in formato IFC. 276
Figura 11.5 Elenco formati IFC disponibili in fase di output dal modellatore. 276
Figura 11.6 Pagina iniziale IFCWebServer. 277
Figura 11.7 Pagina dedicata all’utente di IFCWebServer. 278
Figura 11.8 Pagina di navigazione del modello attraverso il BIMviewer presente in
XVIII Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Figura 11.9 QR-code associato al modello visualizzabile tramite il BIMviewer presente
in IFCWebServer. 279
Figura 11.10 Pagina di navigazione del modello attraverso l’uso di uno smartphone
dotato di connessione internet. 280
Figura 11.11 Errori rilevati durante l’apertura del file IFC. 281
Figura 11.12 prova data roundtrip con relativi errori geometrici e informativi. 282
Figura 11.13 Modello della Villa medicea di Poggio a Caiano in formato IFC visualizzato
via web. 283
Figura 11.14 Suddivisione del modello in piani. 284
Figura 11.15 Piano terra Villa medicea tramite visualizzatore BIM IFCWebServer. 285 Figura 11.16 Tetto Villa medicea tramite visualizzatore BIM IFCWebServer. 285
Capitolo 3
Tabella 3.1 Tabella dei parametri di presa per il rilievo dei prospetti della Villa di
Poggio a Caiano, (Bovi, M., & Pennacchio, G., (2018). Dalla nuvola di punti al BIM. Tesi di Laurea. Milano: Politecnico di Milano). 34
Tabella 3.2 Tabella dei parametri di presa del portico della Villa di Poggio a Caiano,
(Bovi, M., & Pennacchio, G., (2018). Dalla nuvola di punti al BIM. Tesi di
Laurea. Milano: Politecnico di Milano). 37
Tabella 3.3 Proprietà delle macchine fotografiche digitali utilizzate per svolgere il
rilievo fotogrammetrico della Villa medicea di Poggio a Caiano. 41
Tabella 3.4 Tabelle riassuntive dei problemi riscontrati e delle soluzioni adottate
64 durante le fasi di rilievo del caso studio, (Bovi M. & Pennacchio G. (2018) Dalla nuvola di punti al BIM Tesi di Laurea Politecnico di Milano)
Capitolo 4
Tabella 4.1 Tabella riassuntiva problemi-soluzioni modellazione (Bovi, M., &
Pennacchio, G. (2018). Dalla nuvola di punti al modello BIM. Tesi di laurea. Milano: Politecnico di Milano). 86
XX Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Capitolo 6
Tabella 6.1 Descrizioni LOD, paragone tra AIA G202-2013, BS e PAS 1192-4:2007 e UNI
11337-4:2017. 107
Tabella 6.2 Esempio Catalogazione elementi e livelli LOD. 123
Capitolo 7
Tabella 7.1 Regesto storico FASE 1. 158
Tabella 7.2 Regesto storico FASE 2. 159
Tabella 7.3 Regesto storico FASE 3. 159
Tabella 7.4 Regesto storico FASE 4. 159
Tabella 7.5 Regesto storico FASE 5. 160
Capitolo 8
Tabella 8.1 Schermata dell’abaco delle mancanze di intonaco. 213
Tabella 8.2 Schermata dell’abaco delle fessurazioni. 214
Capitolo 11
Tabella 11.1 Elenco software certificati IFC .
(https://www.buildingsmart.org/compliance/certified-software/). 273
Tabella 11.2 Elenco versioni disponibili formato IFC in fase di output
L’Italia ha un vastissimo patrimonio storico la cui gestione può essere affidata a tecnologie informative per garantirne la sua conservazione. Lo scopo di questa tesi è quello di mostrare le potenzialità dell’utilizzo della modellazione BIM in ambito storico-culturale. Per avvalorare questo tipo di approccio, si è scelto come caso studio la Villa medicea di Poggio a Caiano (Prato, Toscana, Italia). Per la ricostruzione del modello HBIM si è deciso di abbandonare l’approccio tradizionale che prevede come dato di partenza le misure ricavate da un rilievo metrico. In questo caso si è stabilito di effettuare un rilievo fotogrammetrico e laser scanner in modo da ottenere una nuvola di punti con caratteristiche di risoluzione, dettaglio, accuratezza geometrica adeguate al suo utilizzo in ambiente BIM. Partendo da questo dato di input è stato realizzato il modello semantico della Villa. Per dimostrare quanto un modello di questo tipo, possa essere d’aiuto per la conservazione dei beni storico-culturali, si è deciso di sfruttarlo per ricostruire l’andamento storico delle geometrie della Villa. Un ulteriore approfondimento è stata la mappatura delle anomalie presenti sull’edificio con la contemporanea creazione di famiglie realizzate ad hoc, generando uno strumento utile ai restauratori. È stata inoltre investigata la possibilità di rendere immersiva l’esperienza di visualizzazione dell’edificio, utilizzando le informazioni elaborate durante la progettazione su una più ampia scala e sfruttando ambienti a realtà virtuale e aumentata. Queste tecnologie, sempre più in crescita, se utilizzate correttamente, favoriscono un interesse crescente verso i beni storici. Non si è voluto tralasciare l’aspetto normativo riguardante la condivisione dei file in formato non proprietario e la loro applicabilità su mobile devices. In particolare si è approfondita la conoscenza del formato IFC essendo lo standard maggiormente diffuso.
2 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti In conclusione, si può affermare che i lavori svolti costituiscono una solida base di partenza da sviluppare e migliorare, nonostante alcune difficoltà riscontrate durante le fasi di modellazione e di implementazione per esperienze immersive.
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 3
In Italy the great quantity of historical heritage has led to numerous reflections regarding the information technologies currently available to guarantee their conservation. The purpose of this thesis is to show the potentials of using BIM modeling in historical cultures. To validate this type of approach it was decided to use the Villa medicea of Poggio a Caiano as a case study (Prato, Tuscany, Italy). For the reconstruction of the HBIM model it was decided to abandon the traditional approach that provides as a starting point the measurements obtained from a metric survey. In this case it was decided to perform a photogrammetric survey and laser scanner to obtain a cloud of points with resolution, detail, geometric and dimensional accuracy suitable for use in the BIM environment. Starting from this input, the semantic model of the Villa was created. To demonstrate how much it can help in preservation of cultural historical heritage, it was decided to exploit it to reconstruct the historical trend of the geometry of the Villa. A further study was the mapping of anomalies on the building with the simultaneous creation of families made ad hoc, creating a useful tool for restorers. Moreover, it has been studied the possibility to use Virtual and Augmented reality environment. These could be a great support both during the design of the model and the visualisation of it by users. These technologies are constantly growing and this can lead to more interest in historical assets if used correctly. We did not want to leave out the normative aspect concerning the sharing of files in non-proprietary format and their applicability on mobile devices. In particular the IFC format was studied being the most widespread format.
In conclusion, despite some difficulties encountered during the modeling and implementation phases for immersive experiences, it is believed that this may be the right path to follow and continue to develop.
6 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti Questo capitolo introduttivo ha lo scopo di esplicitare al lettore alcuni concetti e termini specifici utilizzati durante lo svolgimento della tesi.
Il lavoro si è sviluppato impiegando prevalentemente tecniche di rilievo non tradizionali e software specifici del settore dell’edilizia, che di seguito saranno illustrati brevemente. Parte della terminologia è stata descritta nei capitoli inerenti il rilievo e la modellazione specifica del caso di studio, per facilitarne la comprensione.
BIM
Il NIBS (National Institutes of Building Science) definisce il BIM come “la rappresentazione digitale di caratteristiche fisiche e funzionali di un oggetto”. BIM è l’acronimo di “Building Information Modeling” ovvero Modello di Informazioni di un Edificio.
Possiamo definire il BIM come la rappresentazione di un manufatto edilizio tramite un modello digitale semantico1, in cui sono presenti le caratteristiche funzionali e fisiche dell’edificio. Questo modello è privo di ambiguità e permette la condivisione delle informazioni in esso inserite. Il modello BIM di un edificio segue l’intera vita di quest’ultimo, in quanto raccoglie informazioni che riguardano tutta la durata della costruzione, dalla sua ideazione fino alla dismissione (vedi Figura 1.1) consentendone la gestione per tutte le fasi di vita.
Il BIM è una metodologia operativa e non uno strumento e spesso viene confuso con i software che permettono la modellazione BIM.
Nel campo delle costruzioni il BIM è uno strumento di fondamentale importanza per garantire la comunicazione e la cooperazione tra tutti gli attori coinvolti durante tutta la vita utile di un edificio (architetti, ingegneri, geometri, periti, costruttori, clienti, ecc). Grazie a questa caratteristica il BIM permette ad ogni operatore di inserire, estrarre, aggiornare o modificare le informazioni all’interno dei suoi modelli (vedi Figura 1.2).
1 Semantica: […] ramo della linguistica che studia il significato degli enunciati di una lingua o di un dialetto,
come rapporto tra il significante e il significato di ciascun elemento e come relazioni reciproche tra i varî significati di una determinata fase cronologica (Treccani). Nella modellazione BIM indica la capacità dei singoli elementi di poter dialogare tra loro per via delle proprietà ad essi attribuite.
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 7 Figura 1.1 Aree di interesse del BIM (http://biblus.acca.it).
8 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Vantaggi offerti dal BIM
La tecnologia BIM ha iniziato ad imporsi nel mondo dell’edilizia negli ultimi anni grazie ai numerosi vantaggi che essa offre rispetto alle rappresentazioni CAD. Di seguito ne elenchiamo i principali:
• risparmio di tempo: si passa dal disegnare forme geometriche o linee all’inserimento di oggetti dotati di proprietà e informazioni di vario genere (materiali, costi, capacità termiche, manutenzione, ecc);
• riduzione degli errori: una qualsiasi modifica al modello BIM si ripercuote su tutte le viste generate come piante, prospetti, sezioni. Nel disegno CAD questo non è possibile;
• maggiore semplicità: grazie alla semplificazione della modellazione e agli strumenti proposti dai software è possibile creare rappresentazioni di edifici impensabili utilizzando software CAD;
• clash-detection: l’individuazione automatica delle interferenze presenti all’interno del modello tra le parti afferenti a diverse discipline. Questo è possibile grazie alle correlazioni esistenti tra i vari elementi semantici costituenti il modello, non presenti nei software CAD (vedi Figura 1.3).
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 9 • maggior raccolta di informazioni: grazie alla possibilità di inserimento di
informazioni all’interno del modello, il BIM permette di (vedi Figura 1.4): o analizzare l’evoluzione spaziale del progetto (3D);
o analizzare l’evoluzione temporale del progetto, ovvero delle fasi di costruzione, potendo eseguire analisi di interferenze (clash-detection) anche su diverse basi temporali (4D);
o analizzare i costi di costruzione per stime finanziarie e per la gestione dei pagamenti durante la costruzione (5D);
o dirigere e programmare gli interventi futuri di manutenzione per gestione ordinaria o straordinaria dell’immobile;
o gestire la costruzione e la collaborazione tra i diversi attori della costruzione.
Figura 1.4 Le dimensioni progettuali del BIM (https://www.digital4.biz).
• diminuzione dei costi: i costi per le modifiche progettuali crescono sempre più con l’avanzamento del processo di progettazione. Un modello BIM consente di effettuare verifiche in tempo reale e permette di apportare modifiche e di correggere errori. In questo modo si abbassano i costi e si evitano variazioni in corso d’opera (vedi Figura 1.5).
10 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti Figura 1.5 Curva di MacLeamy raffigurante i benefici della modellazione BIM in termini di incidenza sui
costi ed ottimizzazione delle procedure.
HBIM
Il termine HBIM è l’acronimo di Historical Building Information Modeling e la sua diffusione è relativamente recente. HBIM è la disciplina che si occupa dell’applicazione della tecnologia BIM per gli edifici esistenti, concentrandosi in particolar modo sugli edifici di carattere storico.
La tecnologia BIM nasce nel mondo anglosassone il cui patrimonio storico rappresenta una bassa percentuale del totale. Essa non è stata pensata per la modellazione del costruito, in cui ha grosse lacune o difficoltà di gestione, ma è stata sviluppata per la progettazione di nuove opere. Per questo motivo nasce l’HBIM, che punta ad ottenere dei modelli digitali semantici in grado di poter ospitare tutte le informazioni, di carattere sia storico-architettonico che meramente tecnico, appartenenti ad edifici esistenti con l’utilizzo di software BIM oriented.
Lo scopo dell’HBIM è quello di creare modelli che sfruttino tutti i vantaggi che la tecnologia BIM fornisce. Tra essi possiamo elencare:
• la parametrizzazione e la semantica degli elementi; • l’interoperabilità dei modelli;
• la possibilità di condurre svariate analisi sul modello creato; • il miglioramento dei processi di manutenzione e/o intervento.
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 11 La differenza sostanziale per la realizzazione di modelli BIM e HBIM è il processo standard che quest’ultimo segue per la sua realizzazione, chiamato “reverse engineering”. La creazione del modello avviene attraverso l’analisi dei dati raccolti, per esempio da un rilievo 3D dell’edificio.
Termini tecnici del software modellatore
Si illustrano ora dei particolari parametri che si sono utilizzati all’interno del software modellatore utilizzato per la nostra tesi, cioè “Autodesk® Revit”. Essi sono stati fondamentali per svolgere il lavoro di tesi riguardante l’analisi dei degradi e delle anomalie oltre la modellazione della Villa.
Famiglie e categorie
La famiglia è un insieme di elementi che condividono delle proprietà denominate “parametri” ed una rappresentazione grafica associata. I parametri, che saranno discussi in dettaglio nel paragrafo §1.3.4, consentono di specificare proprietà caratteristiche degli oggetti modellati.
Le famiglie sono degli elementi intelligenti che contribuiscono a definire in modo concreto e completo il modello digitale semantico di un organismo edilizio.
Nel software modellatore utilizzato ne esistono tre diverse categorie (vedi Figura 1.6): • famiglie di sistema: comprendono tutti gli elementi base utilizzati nelle
costruzioni e realizzati “in opera” in cantiere, come muri, tetti, pavimenti, scale e rampe. Esse includono anche tutti gli elementi presenti all’interno dell’ambiente di progetto come livelli, griglie strutturali, quote, impostazioni del sistema, parametri di progetto e modalità di calcolo di aree e volumi.
Le famiglie di sistema sono predefinite e non è possibile modificarle o utilizzarle in alcun modo all’esterno del progetto corrente.
• famiglie caricabili: sono famiglie che non sono presenti nell’ambiente di progetto, ma che vanno caricate (inserite) all’interno di quest’ultimo da librerie esterne. La creazione e modifica di questo tipo di famiglie avviene all’esterno dell’ambiente di progetto, cioè nell’Editor delle famiglie.
Quest’ultimo permette di personalizzare le famiglie con un numero illimitato di parametri e relazioni tra gli stessi. Tutti gli elementi necessari alla completa
12 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti definizione dell’architettura di un edificio sono realizzabili tramite questa categoria di famiglie.
Gli oggetti modellati attraverso famiglie caricabili sono quelli che arrivano in cantiere già assemblati in stabilimenti aziendali, e nel cantiere vengono solo posati in opera; tra questi i più comuni sono serramenti, travi, pilastri e arredi.
• famiglie locali: sono elementi unici creati appositamente per componenti univoci, specifici di un determinato progetto, per cui l’utilizzo delle famiglie caricabili risulterebbe sconveniente. Solitamente le famiglie locali servono per rappresentare oggetti invariabili nel corso delle fasi progettuali e quindi una loro parametrizzazione risulterebbe inutile. Per esempio nelle famiglie locali possiamo trovare cornicioni marcapiano, luminarie, ecc.
Il software classifica le varie famiglie in categorie, a loro volta divisibili in sottocategorie. Le categorie distinguono le famiglie all’interno del modello digitale, fornendo loro un’identità ed un significato univoco, in modo che esse possano conservare la semantica che assumono in un edificio reale.
Ad esempio, quando si modella un oggetto per ricreare una porta con il software e si associa a quest’ultimo la categoria porte, il software identificherà e gestirà tale oggetto come una porta all’interno del modello.
Grazie alle categorie ogni elemento all'interno del modello può essere definito un “oggetto
intelligente”, dotato di un'identità e una semantica.
Figura 1.6 Esempio di ramificazione delle tipologie di famiglie presenti nel software modellatore
utilizzato. Famiglia Sistema Categoria muri Famiglia muro di base Perimetral e 60 cm Istanza Interno 30 cm Istanza Caricabile Categoria finestre Famiglia finestra Finestra piano primo Istanza Finestra piano secondo Istanza Categoria porte Famiglia porta Porta piano primo Istanza Porta piano terra Istanza Locale Categoria modello generico Cornice piano primo Nessun tipo Istanza
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 13
Etichette
Le etichette sono simboli di annotazione o identificativi applicati ad una famiglia per specificarla in maniera univoca all’interno del progetto.
Per creare i simboli di annotazione è necessario scegliere la categoria di famiglia a cui si desidera associare il simbolo, disegnare il simbolo e immettere i valori per le relative proprietà. Alcune famiglie di annotazioni hanno funzione di etichetta, altre sono annotazioni generiche utilizzate per vari scopi.
Figura 1.7 Etichetta “H_fessura” il cui valore si aggiorna automaticamente con la geometria o può essere
modificato dall’utente. Si è utilizzata questa etichetta per creare un parametro istanza, in modo tale da poter essere modificata per ogni singola fessurazione.
Abachi
Un abaco è una raccolta di dati che vengono estratte dalle proprietà degli elementi presenti in un progetto e visualizzate in una tabella.
Negli abachi è possibile visualizzare le informazioni utili all’utente derivanti da tutte le tipologie di famiglie o da altri elementi presenti nel modello.
Il software permette di far interagire tra loro i dati attraverso formule e permette un’ampia formattazione dell’abaco per soddisfare ogni tipo di esigenza.
14 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Parametri
I parametri sono uno strumento che il software mette a disposizione per memorizzare e comunicare informazioni su tutti gli elementi di un modello. Essi consentono di definire e modificare elementi, nonché di comunicare informazioni sul modello nelle etichette e negli abachi.
È possibile creare parametri personalizzati per un progetto e per qualsiasi categoria di elementi o componenti presente al suo interno.
I parametri creati dall'utente vengono visualizzati all’interno del software modellatore nella tavolozza “Proprietà” con i valori specificati.
I parametri che si sono utilizzati sono:
• parametri di famiglia: controllano i valori variabili della famiglia, quali le quote o i materiali. Sono impostazioni specifiche per la famiglia. Ad esempio nella famiglia “porte” i parametri “larghezza” e “altezza” sono parametri famiglia che gestiscono le quote dei diversi tipi di porte;
• parametri condivisi: sono definizioni di parametri utilizzabili in più famiglie e progetti. Dopo l'aggiunta di un parametro condiviso ad una famiglia o un progetto, è possibile utilizzarlo come parametro al suo interno. Se è necessario aggiungere ad un abaco o fornire ad un’etichetta un parametro di una famiglia o di un progetto, tale parametro dovrà essere condiviso e caricato sia nel progetto (o famiglia di elementi), sia nella famiglia di etichette. I parametri condivisi possono inoltre essere utilizzati quando elementi di due famiglie differenti vengono inseriti insieme in un abaco. Se ad esempio è necessario creare due differenti famiglie di plinti e il parametro “spessore” di entrambe le famiglie deve essere inserito nella stessa colonna dell'abaco, “spessore” deve essere un parametro condiviso che viene caricato in entrambe le famiglie di plinti.
Questi due diversi parametri hanno un’ulteriore suddivisone:
o parametri tipo: l’insieme delle caratteristiche necessarie per costruire l’oggetto. Le combinazione di differenti parametri tipo, e quindi dei relativi valori, definiscono i vari tipi all’interno di una famiglia. Combinazioni di differenti parametri tipo danno luogo a diverse famiglie appartenenti alla stessa categoria, (per esempio famiglia armadi e famiglia letto che appartengono alla
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 15 categoria arredi) differenti valori dei parametri tipo all’interno della medesima famiglia, costituiscono i vari tipi di contenuti in quest’ultima.
o parametri istanza: riguardano le specifiche proprietà di ogni singolo elemento inserito nel disegno, considerato individualmente. Le modifiche al valore di un parametro istanza hanno effetto solo sull’elemento selezionato lasciando inalterati tutti gli altri oggetti dello stesso tipo (vedi Figura 1.7).
Rilievo 3D
Il rilievo rappresenta un complesso di indagini e operazioni avente come scopo la rappresentazione di un oggetto esistente, in genere architettonico.
Per eseguire un rilievo di un edificio è possibile sfruttare diverse tecniche e strumentazioni, dalle tradizionali a quelle più innovative. Le tecniche di rilievo vengono classificate in base al loro principio di funzionamento e all’eventuale necessità di un contatto fisico tra l’oggetto da misurare e lo strumento di misura.
Le tecniche di rilievo tradizionali richiedono la misura manuale delle coordinate spaziali dei punti notevoli dell'edificio. Le tecniche digitali, grazie all'utilizzo di strumentazioni elettroniche e informatiche, permettono la creazione di modelli tridimensionali di oggetti e manufatti in maniera semplice e rapida. Il risultato è una rappresentazione dell'oggetto molto più completa e accurata, ottenuta in tempi più brevi rispetto alle tecniche tradizionali.
In questo paragrafo verranno descritte le due tecniche e metodologie di rilievo digitale utilizzate per il rilievo e la generazione del modello tridimensionale della Villa medicea di Poggio a Caiano, cioè il laser scanning e la fotogrammetria digitale.
Laser scanning
Il laser scanning è una tecnica che consente la mappatura completa di un oggetto attraverso l'uso di un laser scanner, un sistema attivo di rilievo basato sull'emissione di segnali elettromagnetici (luce laser).
Il laser scanner permette l’acquisizione di una nuvola di punti in scala che rappresenta l’oggetto rilevato. Essa è costituita da milioni di punti con coordinate spaziali nelle tre dimensioni (X,Y,Z), grazie al supporto della strumentazione GPS.
16 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti L’integrazione di macchine fotografiche nei moderni laser scanner permette inoltre di associare informazioni cromatiche a tutti i punti della nuvola.
La misura della distanza di ogni punto viene ripetuta più volte, ottenendo un risultato medio che riduce sensibilmente l'errore nella collocazione spaziale.
I limiti di presa del laser scanner sono dovuti alla distanza massima di presa, alle superfici non visibili dalla strumentazione e alla zona d’ombra. Quest’ultima corrisponde alla base del laser stesso, cioè al treppiedi che lo sorregge.
Per ovviare a queste problematiche si eseguono le rilevazioni con il laser scanner in punti diversi in modo da avere un buon margine di ricoprimento per ogni nuvola e da rendere visibile allo scanner tutte le aree dell’edificio.
Figura 1.8 Principio di misura della distanza con un laser scanner a differenza di fase, a sinistra, ed un
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 17
Fotogrammetria
“La fotogrammetria è quella tecnica di rilievo che consente di definire la posizione, la forma e le dimensioni degli oggetti, utilizzando informazioni contenute in opportune immagini fotografiche degli stessi oggetti, riprese da punti diversi.” 2
La fotogrammetria sfrutta le informazioni contenute all'interno di immagini fotografiche per definire posizione e forma degli oggetti studiati. Essa si basa sul principio della visione stereoscopica, ovvero la visione simultanea di un oggetto da più punti di vista.
Considerando la fotografia come una prospettiva centrale si presuppone che tutti i segmenti congiungenti i punti dell'oggetto reale con i loro equivalenti sul piano della lastra (fotografia) si intersechino in un punto O, chiamato centro di presa (vedi Figura 1.9).
Figura 1.9 Schema della geometria della presa fotografica per quanto riguarda la fotogrammetria
digitale (http://www.camilab.unical.it).
Questo particolare punto fa parte dell'obiettivo della camera e la sua distanza dal piano della lastra può essere supposta congruente con la distanza focale dell'obiettivo della camera.
Il funzionamento della tecnica stereometrica può essere illustrato attraverso un semplice esempio (vedi Figura 1.10). Dato un punto A sulla superficie di un oggetto, una prima immagine fotografica lo riporta nella posizione A'. Nota la posizione del punto di presa O1 è possibile ricostruire la retta che collega A e A', ma non la posizione assoluta di A.
In una seconda fotografia, scattata da una posizione differente, l'immagine del punto A è visualizzata in A''. La retta passante per A e A'' è ricavabile grazie alla posizione del secondo punto di presa, O2.
2 (7) Cannarozzo, R., Cucchiarini L., & Meschieri W. (2003). Misure Rilievo Progetto - Ambiti applicativi
18 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti Conoscendo la posizione dei punti omologhi A' e A'' sulle due fotografie e la posizione spaziale dei due punti di presa, il punto A viene definito univocamente dall'intersezione delle rette AA' e AA''.
Figura 1.10 Posizione di un punto A definito univocamente dall’intersezione dei raggi omologhi di due
fotografie con diversi centri di presa (http://rilievo.stereofot.it).
Come si è precedentemente detto, la fotogrammetria sfrutta il principio della visione stereoscopica, cioè la visione di un oggetto da due diversi punti di vista. Grazie ad esso è possibile ricavare la posizione dei punti omologhi3 di uno stesso elemento su due fotografie differenti.
Dal lato software le coordinate dei punti dell'oggetto sono ottenute dalla risoluzione di un sistema di equazioni, dette di collinearità. Queste equazioni sono ottenute da relazioni di geometria analitica (fotogrammetria analitica) e rappresentano le relazioni fra le coordinate (ξ, η) del punto immagine P’, le coordinate (X, Y, Z) del corrispondente punto
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 19 oggetto P e le coordinate (X0, Y0, Z0) del punto di presa O. Si assume come condizione ideale che al momento dello scatto (presa) il punto oggetto, il centro di presa e il punto immagine risultano allineati lungo la stessa retta.
Figura 1.11 Relazione fra le coordinate di punti immagini e punti oggetto. 4
Figura 1.12 Equazioni di collinearità. 5
Si nota come le equazioni di collinearità dipendano da 9 parametri indipendenti: • tre parametri di orientamento interno, che definiscono la posizione del centro di
proiezione relativamente al piano dell’immagine:
- c = distanza focale, o distanza principale (costante della camera); - ξ0, η0 = coordinare del punto immagine;
4 (6) Kraus, K. (1994). Fotogrammetria. Torino: Libreria universitaria Levrotto & Bella. 5 (6) Kraus, K. (1994). Fotogrammetria. Torino: Libreria universitaria Levrotto & Bella.
20 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti • sei parametri di orientamento esterno, che definiscono la posizione e l’assetto delle
camere nel sistema di coordinate oggetto:
- X0, Y0, Z0 = coordinate oggetto del punto di presa; - ω, Φ, κ = tre angoli di rotazione del fotogramma.
Per il rilievo della Villa medicea di Poggio a Caiano si è utilizzata la fotogrammetria digitale. Questa particolare tecnica fotogrammetrica rientra nel campo delle “tecniche passive” in quanto non richiede l’emissione di raggi luminosi da parte della strumentazione (il laser scanning è invece una tecnica attiva).
Per l’acquisizione dei dati si sfruttano i sensori posti all’interno delle macchine fotografiche, che catturano la luce ambientale per l’acquisizione delle immagini.
Successivamente alla fase di rilievo, si procede alla fase di restituzione, in cui si elaborano le immagini per ricostruire l’oggetto rilevato come modello tridimensionale.
Attualmente sono disponibili sul mercato diversi software specifici per la fotogrammetria che sono accessibili a tutti e di facile utilizzo, rispetto ai precedenti restitutori analogici. L’utilizzo dei software permette di sfruttare le grandi capacità di calcolo dei computer moderni, velocizzando e rendendo più precisa la restituzione.
Il risultato è la creazione di una nuvola di punti che contengono informazioni spaziali e cromatiche e ricostruiscono l’oggetto rilevato.
Il processo utilizzato è quello dell’“Image Matching”, cioè l’accoppiamento delle foto con pixel in comune, con delle foto effettuate all’oggetto e della risoluzione delle equazioni di collinearità.
Nello specifico la creazione della nuvola di punti, o point cloud in inglese, avviene attraverso l’identificazione dei punti omologhi nelle immagini digitali al fine di orientarle nello spazio.
Anche se l’evoluzione e perfezionamento dei software li ha resi più accessibili, persiste ancora una forte componente di lavoro da parte dell’utente per ottenere delle restituzioni precise ed accurate.
22 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti
Importanza storica rivestita dalla Villa al Poggio
La Villa di Poggio a Caiano è stata un grande esempio di innovazione per le architetture del tempo, introducendo in Italia l’epoca Rinascimentale. Fu commissionata da Lorenzo De Medici a Giuliano da Sangallo.Osservando le architetture antecedenti alla costruzione della Villa di Poggio a Caiano, si osserva come esse rispecchiassero appieno l’umore di forte insicurezza che aveva contrassegnato fino ad allora l’intero corso dell’epoca medioevale. Difatti sia architetture cittadine che rurali, avevano forme e caratteri simili a fortificazioni militari, con impianti planimetrici di tipo centripeto, chiusi verso l’esterno e con corti interne. Il messaggio che suscitavano tali architetture, con murature massicce e compatte, nei confronti dell’esterno era inequivocabilmente l’esigenza di protezione e chiusura.
Quando nel XV secolo il clima politico che caratterizzava il Medioevo iniziò a distendersi, la rivoluzione dell’umanesimo e la rinascita delle arti e delle scienze si tradusse in una vera e propria apertura verso il mondo esterno, preludio all’era rinascimentale.
La realizzazione della Villa si colloca proprio in questo periodo storico (inizio dei lavori 1 giugno 1483) con architetture rivoluzionarie. Tra queste il porticato esterno che funge da collegamento tra interno ed esterno e gli scaloni frontali che sembrano vogliano invitare ad entrare ed esplorare l’interno, introducono una nuova filosofia di pensiero.
Figura 2.1 Veduta della Villa e del terreno circostante, circa 1599 (Giusto Utens Bruxelles …
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 23 L’apertura al mondo esterno ebbe un riflesso tipologico immediato nelle architetture, le quali abbandonarono gli assetti planimetrici centripeti e si aprirono verso l’ambiente esterno che doveva essere goduto e dal quale non era più necessario difendersi.
La Villa di Poggio a Caiano è una prima testimonianza di tale cambiamento e può essere considerata come un prototipo della Villa rinascimentale al quale anche il Palladio farà riferimento nelle sue opere architettoniche.
Ciò che contraddistingue questa Villa dalle costruzioni coeve dello stesso genere è proprio l’assetto planimetrico. In questo progetto, Giuliano da Sangallo, sotto la spinta innovatrice di Lorenzo De Medici, “Lorenzo fece far di quello che aveva in animo […] un modello a Giuliano, il quale lo fece tanto diverso e vario dalla forma degli altri, e tanto secondo il capriccio di Lorenzo, che egli cominciò subitamente a farlo mettere in opera […]” I, volle
sperimentare un impianto planimetrico centrifugo che, partendo dal nucleo rappresentato dal salone centrale, si aprisse verso il territorio circostante. Piero di Lorenzo de’ Medici, figlio di Lorenzo, poco prima della morte del Magnifico attribuì l’invenzione della Villa proprio a suo padre e diede merito a Giuliano da Sangallo di aver tradotto in termini architettonici il “capriccio” di Lorenzo, come lo definì successivamente il Vasari.
Descrizione ed evoluzione storica della Villa
La Villa di Poggio a Caiano sorge sull’omonimo colle in Toscana, nella provincia di Prato. L’edificio risulta essere ruotato di circa 30° in senso orario rispetto all’asse nord-sud, con il prospetto frontale orientato verso sud-ovest.
Oggi è un museo, visitabile, e l’edificio è sotto la tutela dei Beni Culturali.
La costruzione della Villa fu iniziata il 1 giugno 1485 da Giuliano da Sangallo e commissionata da Lorenzo De Medici detto Il Magnifico. Fonti autorevoliII affermano che sull’altura, oggi dominata dalla costruzione esistente, sorgesse un ospizio medioevale, di proprietà della famiglia aristocratica pistoiese Cancellieri, di cui si hanno le tracce della vendita a Palla Strozzi nel 1420. La costruzione allora esistente si chiamava Villa Ambra. Nel 1474 avviene l’acquisto del casamento da parte di Lorenzi De Medici, che restaura ed usa con la famiglia6.
Dal 1490 la costruzione della Villa ebbero un notevole progresso. Nel 1492, con la morte di Lorenzo il Magnifico si ebbe una drastica battuta d’arresto dei lavori, inoltre, ci fu la
24 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti cacciata della famiglia de’ Medici da Firenze nel 1494. Un documento catastale dell’epoca afferma che fino ad allora furono realizzate le fondamenta, il portico di base, le scale rettilinee a doppia pendenza e un terzo della Villa, quella di rappresentanza, cioè frontale.7 L’intero complesso, dopo la morte di Piero de Medici, figlio di Lorenzo, fu ereditato nel 1513 dalla moglie Alfonsina Orsini. Dal 1513 al 1521, anno in cui morì Giovanni De Medici, ovvero Papa Leone X, quartogenito di Lorenzo de Medici, il completamento della Villa fu affidata a Bartolomeo di Giovanni Lippo, detto Baccio Bigio8. A lui sono attribuiti i lavori finali che portarono a compimento la Villa, presumibilmente intorno al terzo decennio del XVI secolo; taluni individuano nel 1520 il termine di essi.III Giuliano da Sangallo morì nel 1516 e non vi sono testimonianze che attestino il suo coinvolgimento nella seconda ripresa dei lavori alla Villa.
Figura 2.2 F. Fontani, scorcio della Villa medicea, viaggio pittorico della Toscana.
7 (14) Frommel, S. (2014). Giuliano da Sangallo. Firenze: Ente Cassa di risparmio di Firenze, Firenze. 8 (5) Bardazzi, S., & Castellani, E. (1981b). La Villa di Poggio a Caiano vol. 2. Prato: Cassa dei risparmi e
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 25 L’esterno della Villa, come si presenta a noi oggi, è frutto di continui lavori e mutamenti. L’ultimo sostanziale ha visto trasformare profondamente il prospetto principale risalente ai primi anni dell’Ottocento, nel quale furono erette le due scalinate gemelle semicircolari. Esse conducono al terrazzo del primo piano in sostituzione a quelle dritte e perpendicolari al corpo volute da Giuliano da Sangallo; tuttavia l’edificio conserva ancora intatta l’impostazione planimetrica originale, vera peculiarità dell’opera.
Il piano terra dell’edificio ha una pianta quadrata, il perimetro più esterno indica il limite del portico, mentre il quadrato più interno costituisce il perimetro dell’edificio. Il piano primo e secondo presentano una pianta simmetrica ad H, inscritta all’interno del quadrato del piano sottostante. Al centro è collocato il salone principale, ambiente a doppia altezza, coperto da una volta a botte ed interamente affrescato e decorato; questo spazio funge da collegamento tra la parte frontale e retrostante della Villa.
Figura 2.3 Planimetria generale, immagine e documento conservato nell’archivio storico del comune di
26 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti L’edificio si sviluppa su tre piani fuori terra, più un piano interrato e un piano sottotetto. Il rilievo eseguito è stato svolto unicamente sui volumi esterni dei piani fuori terra.
La facciata principale, denominata in questo elaborato “prospetto 2”, è caratterizzata da un timpano in stile greco-romano sostenuto da colonne ioniche. Il Sangallo infatti, si ispira a singoli elementi di opere antiche, ricomponendole liberamente, come citato nel libro di Philp Foster (vedi nota a piè pagina precedente numero 6). In tutta la Villa è possibile
osservare chiari rimandi a epoche passate. Il timpano è inserito all’interno della facciata e gli spioventi del frontone triangolare stesso richiamano le originali scale di accesso, a doppia inclinazione progettate da Sangallo. Il timpano è decorato da un fregio in terracotta invetriata, quello presente oggi una copia eseguita nel 1986 dalla manifattura Richard Ginori, mentre l’originale si trova in una sala della Villa, restaurato e conservato in un luogo protetto.
Figura 2.4 Particolare del timpano posto al primo piano della facciata principale, immagine presa da
"The Museums of Florence".
Il portico inferiore, con archi su pilastri, è un intenzionale riferimento all’antichità classica e realizza una piattaforma, che accentua la posizione predominante della Villa sulla cima del Poggio. Largo all’incirca 4,7 m e alto 5,3 m, formato da archi su pilastri in laterizio a vista e sormontato da volte a crociera intonacate, crea un collegamento tra l’esterno e
Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti 27 l’interno, ulteriore innovazione per il tempo. Il portico avvolge la costruzione su ogni lato, ed insieme alla balaustra traforata che lo sovrasta, crea un gioco di chiaro scuro che attenua la consistenza del blocco dell’edificio.
Figura 2.5 Fotografia dal rilievo fotogrammetrico svolto, particolare del portico del prospetto 4. I due prospetti laterali, “prospetto 1 e 3”, sono pressoché identici e presentano una disposizione simmetrica dei volumi rispetto alle nicchie centrali. Le due rientranze sono state studiate da Giuliano da Sangallo per permettere un’illuminazione naturale al salone principale, punto centrale dell’assetto planimetrico della Villa. La simmetria trovata nelle volumetrie non trova riscontro nella disposizione delle aperture presenti nelle facciate, infatti, sono disposte in modo che ciascuno spigolo della Villa abbia una finestra vicina ed una lontana. Nelle rientranze sono presenti due ballatoi, ad oggi coperti; intervento eseguito nella seconda metà del ‘700, che costituiscono l’unico collegamento del secondo piano tra la parte frontale e quella retrostante della Villa
La facciata retrostante, “prospetto 4” presenta caratteristiche diverse rispetto alla facciata principale, infatti le aperture sono addensate verso il centro, mentre sul prospetto principale sono posizionate in modo più regolare. Si suppone che la parete retrostante, fu
28 Eleonora Ferraretti, Alessandro Mai, Yuri Seiti eseguita tra il 1515 e il 1520, infatti, come citato in precedenza, un’interruzione dei lavori della Villa fu nel 1495 quando ancora non era terminata.
Nel 1575 con l’intervento di Alfonso Parigi fu innalzata la linea di gronda di due braccia fiorentine9, che ha modificato l’aspetto terminale della facciata originale che si presentava con una gronda meno sporgente e posta più in basso rispetto all’attuale.
In precedenza, infatti, al di sopra della gronda continuava un tratto di muratura fino al tetto che ne era sprovvisto. Originariamente la doppia linea continua, costituita dalle due linee di gronda, poteva richiamare l’estetica del portico di base.
Le trasformazioni attuate nel XIX secolo hanno alterato la chiarezza del progetto originale, che non è più visibile in tutti i suoi valori nella visione diretta, pur restando intuibile attraverso la lettura delle planimetrie.
9 Il braccio fiorentino, detto anticamente braccio a panno, si divide in 20 soldi, il soldo in 12 denari, il denaro
in 12 punti. Un braccio fiorentino equivale a 0,58 m.
I (2) Vasari, G., & (A cura di) Milanesi, G. (1878-1885). Le vite dei più eccellenti architetti, pittori e scultori
ecc. Firenze, IV, 270.
II (1) Repetti, E. (1846). Dizionario geografico fisico storico della Toscana. Firenze, IV, 488. III (5) Cfr. Bardazzi, S., & Castellani, E.. Op. cit.,II , 647.
