Rilievo 3D della Basilica di Tolentino by Paolo Mondino

COMUNE DI TOLENTINO

BASILICA DI SAN NICOLA A TOLENTINO

INQUADRAMENTO TERRITORIALE

REGIONE MARCHE

A - Vista aerea (h. 100 m) Sud-Ovest realizzata con l’utilizzo del drone phantom 4 Pro.

B- Vista ad altezza uomo del prospetto Ovest della basilica di San Nicola a Tolentino.

A Estratto della Carta tecnica della Regione Marche, sezione numero 302160, Tolentino; sistema di riferimento Monte Mario / Italy zone 2. Localizzazione Regione Marche. DTM della Regione Marche, con indicazione del comune di Tolentino; sistema di riferimento Monte Mario / Italy zone 2.

POLITECNICO DI TORINO • Corso di Laurea Magistrale in ARCHITETTURA PER IL RESTAURO E VALORIZZAZIONE DEL PATRIMONIO • A.A . 2016 - 2017 Workshop “Fotogrammetria digitale e scansioni 3D per il rilievo di beni culturali Proff.: Antonia Teresa Spanò • Filiberto Chiabrando

C. Blangetti • V. Dutka • A. Martina • P. Mondino

GRUPPO

TOLENTINO

Estratto della Carta tecnica della Regione Marche, sezione numero 302160, Tolentino, con ortofoto georiferita secondo il sistema di riferimento Monte Mario / Italy zone 2.

Georeferenziazione dell’ortofoto dell’area oggetto d’intervento secondo il sistema di riferimento Monte Mario / Italy zone 2.

NAVIGATORE - Estratto della Carta tecnica della Regione Marche. Scala nominale 1:5000.

TAVOLA

100 m

UAV

USO DEL DRONE PER IL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO L’uso degli APR (Aeromobili di Plottaggio) sfruttando un processo fotogrammetrico, come gli aerei, hanno consentito di ottenere misure molto più attendibili rispetto ai tradizionali sistemi di misurazione, coprendo aree ben circoscritte. Dopo aver analizzato l’area da rilevare, si sono inseriti dei vertici che hanno delimitato l’area d’interesse. Sono state prese, successivamente, le coordinate dei vari punti posizionati su tutta l’area da rilevare con il GPS indicati con un segno a terra (target) facilmente visibile dalle foto aeree, mediante le quali è stato possibile georeferenziare il rilievo con il drone (Phantom 4 PRO). E’ stato effettutato, quindi, il volo del drone a strisciate (o serpentina) ad una quota stabilita, sull’area di interesse, grazie al quale sono stati effettuati una serie di scatti (80 fotografie). Sono stati utilizzati voli nadirali (a serpentina e con camera rivolta verso il basso, perpendicolare al terreno) per avere la massima sovrapposizione delle immagini.

LIDAR

STAZIONE LIDAR I sistemi a scansione laser sono strumenti di misura di nuova generazione grazie ai quali si opera l’acquisizione, indistinta ed in tempi rapidissimi, di un enorme quantità di informazione metrica, e nella fase successiva di processamento dei dati, si opera la selezione dell’insieme informativo significativo.

La zona di sovrapposione si chiama ricoprimento longitudinale. La distanza tra due successivi punti di presa è detta base di presa.

0,4 L

C. Blangetti • V. Dutka • A. Martina • P. Mondino

SEZIONE DELLA NUVOLA DI PUNTI Una volta ottenuta la nuvola di punti è stato possibile estrarre le sezioni orizzontali e verticali mediante il software (POINTCAB). In seguito si sono ricavate le quote dei punti a terra, delle linee di gronda e di colmo. Inoltre, è stata estratta dal programma la planimetria del contesto urbano dell’area di interesse.

Percorso drone.

Scatti effettuati dal drone - 84 scatti.

SEZIONE ARCHITETTONICA DELLA NUVOLA DI PUNTI Una volta ottenuta la nuvola di punti completa sono state estratte le sezioni e le piante mediante il software (POINTCAB). In seguito è stata digitalizzata la planimetria del piano terra del Chiostro e le due sezioni verso il prospetto Sud della manica Nord. I risultati ottenuti sono in scala 1:50.

Nuvola di punti completa.

SINTESI

Schema in sezione delle camere fotografiche.

Schema strisciate fotografiche.

Ortofoto del contesto, elaborata con il software PIX4D.

Nuvola di punti del contesto, elaborata con il software PIX4D.

Sezione della nuvola di punti.

DIGITALIZZAZIONE Il piano terra è stato rilevato tramite scansioni laser e rilievi fotografici. Il prospetto e la pianta sono state digitalizzate a seguito di elaborazione delle scansioni unite tramite software SCENE. Utilizzando il software POINTCAB è stata esportata la nuvola di punti del prospetto e successivamente ridisegnato con il software AUTOCAD. Anche se il dettaglio laser è compatibile con una scala 1:50 si è deciso di non rappresentare la pavimentazione completamente, ma soltanto alcune porzioni significative come superfici integrate oppure quelle che creano un disegno planimetrico. Vista la presenza di informazioni dettagliate è stato fatto lo studio delle pendenze dei pavimenti. In particolare, sono state eseguite, con il software POINTCAB, sei sezioni nelle quali dopo che si è stabilita una quota relativa di 0,00 metri, sono stat calcolate le quote dei punti a intervallo di 4 metri. (TAV. 11, 12 )

Per documentare gli affreschi presenti nelle maniche porticate sono state elaborate le ortofoto del prospetto con il software fotogrammetrico (PHOTOSCAN) a seguito del rilievo fotografico con supporto della macchina Canon. In particolare per quanto riguarda il prospetto Sud della manica Nord del chiostro sono state utilizzate 101 fotografie ricavate con due strisciate parallele con centri di presa a diverse altezze. La prima, più bassa con asse della camera orizzontale, mentre la seconda, più alta, con asse inclinato.

GRUPPO

DIGITALIZZAZIONE DEL CONTESTO URBANO Grazie all’estrazione della planimetria del contesto urbano, e all’integrazione con l’otofoto, è stato possibile digitalizzare a livello architettonico l’area di intervento mediante il software AUTOCAD. (TAV. 8, 9 )

Sezione della nuvola di punti elaborata con il software POINTCAB.

0,6 L

UNIONE NUVOLE DI PUNTI Per unire le singole nuvole di punti ottenute con le stazioni LIDAR si è utilizzato il software SCENE, progettato per gestire i dati di scansione in modo efficiente e semplice utilizzando il riconoscimento automatico degli oggetti, il posizionamento e la registrazione delle scansioni. Per effettuare la rototraslazione delle singole scansioni si sono utilizzati, come già detto in precedenza, i target posizionati sulle facciate del chiostro.

Schema in pianta delle camere fotografiche.

Proff.: Antonia Teresa Spanò • Filiberto Chiabrando

MONOGRAFIE STAZIONI LIDAR Le 30 stazioni Lidar sono state posizionate all’interno del Chiostro e sotto le maniche porticate. I target distribuiti sui prospetti interni sono serviti in primo luogo per georiferire le singole nuvole di punti tra loro e in secondo luogo per georiferirle in un unico sistema di riferimento definito dalla rete GNSS.

SOFTWARE FOTOGRAMMETRICO Una volta ottenute le foto aeree grazie all’utilizzo del drone, si è utilizzato un software fotogrammetrico (PIX4D) che ha permesso di generare la nuvola di punti, la superficie digitale e il modello del terreno. Successivamente è stato possibile realizzare l’ortofoto dell’area di interesse.

Ciascuna porzione del terreno da rilevare viene fotografata da due punti di presa successivi ed appare quindi su due fotogrammi continui.

Schema delle scansioni laser all’interno del chiostro.

FOTOGRAMMETRIA

Il lavoro è stato impostato su una prima base topografica definita dalla rete GNSS alla quale si sono collegati il volo aereo UAV (drone), le stazioni Lidar e le fotografie. l droni in fotogrammetria creano rappresentazioni di porzioni del territorio al fine di avere un’immagine dell’area ovvero, l’ortofoto. Per georeferenziare il rilievo aereo sono state utilizzate le coordinate dei target a terra posizionati sull’area in questione. Per quanto riguarda le stazioni Lidar all’interno del chiosto i target posizonati sulle facciate sono stati rilevati dalla stazione totale sempre secondo il sistema di riferimento GPS.

RILIEVO METRICO 3D

RETE GNSS

INQUADRAMENTO RETE GNSS Inquadramento del rilievo mediante il servizio di posizionamento GNSS (Global Navigation Satellite System) con riferimento ai sistemi di geo-radiolocalizzazione e navigazione terrestre e aerea utilizzando una rete di satelliti artificiali in orbita e pseudoliti. In questo modo, con la strumentazione GPS con rilevatori a doppia frequenza e la stazione totale Leyca Geosystem, si è potuto determinare la coordinata geografica di ciascun target a terra elaborando i segnali trasmessi da tali satelliti. In particolare i target a terra sono stati rilevati mediante la stazione totale con l’utilizzo del prisma secondo il sistema di riferimento definito dalla rete GNSS. Mentre i target posizionati all’interno del chiostro, sulle facciate, sono stati misurati senza riflettore.

Sequenza di elaborazioni.

Schema sezioni per lo studio delle pendenze.

Alcune porzioni della nuvola di punti sono sovraesposte e non visibili visibili nelle scansioni laser. Per questo motivo, per completare il disegno architettonico, la parte alta del loggiato è stata integrata con l’ortofoto verticale ottenuta con i fotogrammi ricavati durante il volo effettuato dal drone e elaborate con il software fotogrammetrico (PHOTOSCAN). Il contesto a Nord del complesso è stato disegnato sulla base di fotografie, voli effettuati con il drone e dalla nuvola di punti ottenuta tramite fotogrammi acquisiti durante il volo. Questi ultimi, esportati dai video, sono stati utilizzati per realizzare una parziale nuvola di punti che ha consentito, tramite incrocio di tutti i dati, di contestualizzare le sezioni del chiostro. Il primo piano è stato digitalizzato sulla base degli elementi visibili dalle scansioni effettuate nel Chiostro. È evidente la mancanza di molti elementi presenti sul piano che non sono stati disegnati per non ingannare chi consulta gli elaborati con dati soggettivi di chi ha effettuato il disegno e non oggettivi delle scansioni laser. Il pavimento, il soffitto e le murature verticali sono rappresentate tramite linee tratteggiate in quanto non si conosce la loro esatta posizione.

Sezione digitalizzata.

Digitalizzazione del contesto.

MODELLO 3D E’ stata inserite nel programma 3DRESHAPER, la nuvola di punti complessiva ricavata dal programma SCENE, per procedere con le elaborazioni. Ritagliata la nuvola di punti in base all’area interessata, è stata ricavata la mesh di una porzione del Chiostro. Essa è stata editata, lisciata e pulita dalle parti di disturbo (vegetazione rampicante, elementi di arredo etc.) e dalle imperfezioni. In seguito, è stata inserita la texture nella parte interna utilizzando l’ortofoto elaborata precedentemente (PHOTOSCAN). Per quanto riguarda la parte esterna, invece, sono stati utilizzati i fotografie aquisiti con il drone. Nel modello alcune parti presentano lacune della texture: - l’ angolo: non è stato possibile inserire la texture poichè i fotogrammi erano coperti dalla vegetazione; - il pavimento e superficie voltata: non è stato possibile inserire la texture data la mancanza di fotografie. (TAV. 23 )

Elaborazione mesh.

Mesh texturizzata.

TAVOLA

MODELLO 3D

Nuvola di punti sezionata della parte d’analisi

Elaborazione finale: mesh texturizzata tramite ortofoto e fotografie

Esportazione delle viste

VISTA 1: vista della parete interna del portico.

Creazione e pulitura della mesh

VISTA 2: vista laterale della mesh.

POLITECNICO DI TORINO • Corso di Laurea Magistrale in ARCHITETTURA PER IL RESTAURO E VALORIZZAZIONE DEL PATRIMONIO • A.A . 2016 - 2017 Workshop “Fotogrammetria digitale e scansioni 3D per il rilievo di beni culturali Proﬀ.: Antonia Teresa Spanò • Filiberto Chiabrando

C. Blangetti • V. Dutka • A. Martina • P. Mondino

GRUPPO

MODELLO 3D

VISTA 3: viste esterne della parte d’analisi.

TAVOLA