1Evoluzione dellarappresentazionegrafica degli oggetti

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Le prime rappresentazioni tecnicheIl disegno funzionale, inteso come elaborazione grafica finaliz-zata a qualche forma di realizzazione, ha avuto per molto tempoun ruolo di secondo piano rispetto al disegno artistico desti-nato alle rappresentazioni pittoriche o grafiche. Ciò è dovuto auna particolare concezione dell’attività umana formatasi aitempi della cultura classica greca, che teneva in gran conto le co-siddette arti “libere”(o liberali), ossia le attività di pensiero svin-colate da ogni interesse materiale, mentre considerava di rangoinferiore quelle mirate a scopi più utilitaristici.Nel corso dei secoli il disegno funzionale ha dato vita a svariateforme grafiche, che si sono poi evolute fino agli attuali sistemidi rappresentazione tecnica.

Sebbene il patrimonio della produzione grafico-pittorica del-l’antichità sia molto vasto, le testimonianze di disegno geome-trico e tecnico sono molto scarse. Questa scarsità di esempi didisegno funzionale dipende soprattutto da due ragioni: la na-tura stessa di tali disegni, che terminano la loro funzione conil compimento dell’opera, e i fragili supporti usati (tavole diargilla, fogli di papiro), che certo non furono di aiuto a pre-

servare i disegni dal degrado. Restano però alcuni reperti equalche testimonianza scritta.Gli esempi di forme di rappresentazione architettonica assiro-babilonesi giunti fino a noi si riducono ad alcuni tentativi,piuttosto elementari, di disegnare le piante di edifici. Tecnichedi raffigurazione in pianta, prospetto frontale e prospetto late-rale erano certamente impiegate dagli Egizi sin dalla XVIII di-nastia (1500-1200 a.C.) per la costruzione degli edifici piùimportanti, come testimoniano alcuni disegni ritrovati su pa-piri dell’epoca [figura 1]. È interessante notare da questi esempicome la rappresentazione dei progetti, essendo esclusivamentefinalizzata a operazioni pratiche, non fosse sottomessa ai con-dizionamenti e alle regole dell’iconografia tradizionale delleopere figurative-pittoriche [figura 2].Nell’antichità pre-classica, in Mesopotamia e in Egitto, si ri-correva invece a convenzioni che privilegiavano la comunica-zione simbolica a scapito della rappresentazione oggettiva dellarealtà. Anche la rappresentazione della profondità avveniva at-traverso sistemi artificiosi [figura 3].

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1.1 Il periodo antico

IconografiaInsieme dei motivi formali e dei criteri culturali che determinanol’immagine in un dato periodo storico.

Ritratto del re Amenofi Idalla tomba dei Ramessididi Kynebu a Deir-el-medina(XX dinastia, 1140 a.C. circa).Nell’iconografia tradiziona-le egizia tutto doveva esse-re rappresentato dal puntodi vista più caratteristico:il volto era visto di profilo,l’occhio era frontale, il bustoappariva frontalmente, men-tre il movimento delle brac-cia e delle gambe era piùevidente se raffigurato diprofilo.

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Prospetto frontale e laterale di un tempio egizio disegnato su papiro (XVIII dinastia,1500-1200 a.C.) (Londra, University College Petrie Museum of Egyptian Archeology).

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La rappresentazione idealizzata in GreciaLa civiltà greca determina il passaggio dalla rappresentazionesimbolica della realtà a una forma di rappresentazione descrit-tiva, basata sulla riproduzione del soggetto così come lo si vede,con le deformazioni dovute alla posizione del punto di vista ri-spetto al soggetto.Il disegno inteso come mezzo di comunicazione pratico-ope-rativa non fu tenuto in gran conto, poiché la cultura greca eratesa all’astrazione e alla razionalizzazione puramente intellet-tuale: tutto ciò che aveva a che fare con il quotidiano era con-siderato di secondaria importanza.La concezione del bello si riferiva a un sistema di regole e rap-porti armonici; la matematica e la geometria erano conside-rate la base di ogni espressione artistica e attraverso di essevennero definiti dei canoni di proporzione ai quali si adegua-rono tutte le opere di architettura e scultura [figura 4].Si era già posto però il problema della rappresentazione pro-spettica ed Euclide, oltre ad aver gettato le basi della geometriaclassica, con il trattato intitolato Ottica, aprì la strada allo stu-dio razionale delle modalità della visione. Le sue intuizioni fu-rono applicate nella costruzione dei templi per correggere ledeformazioni visive.Non ci sono giunti esempi della pittura greca murale e su ta-vola, ma disponiamo di un’abbondante documentazione rica-vabile dalla pittura vascolare che, sebbene il tipo di decorazionenon si presti a rappresentare scene con visioni spaziali, con-sente di constatare come la profondità venga rappresentata at-traverso l’uso dello scorcio e il sovrapporsi delle figure su pianidiversi [figura 5].

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ScorcioRappresentazione di un oggetto posto su un piano obliquorispetto all’osservatore.

Operai egizi trasportano un’enorme statua del faraone trascinan-dola su una slitta (il rilievo è di una tomba di Saqqara, 2400 a.C.circa). La rappresentazione della profondità è evidenziata simbo-licamente dalla sovrapposizione delle file di operai.

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Nel Partenone e negli altri templi greci del periodo classico, le di-mensioni del prospetto sono basate su precisi canoni di propor-zione.

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Un esempio di pittura vascolare greca in cui si vede nella raffigurazione degli scu-di come veniva utilizzato lo scorcio.

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In epoca romana un contributo fondamentale per la com-prensione dello stato delle conoscenze fino ad allora acqui-site nel campo della rappresentazione e della costruzionedelle opere ci viene dall’ingegnere e architetto Vitruvio(I secolo a.C.), il cui trattato De Architectura diventerà unimportante punto di riferimento per gli ingegneri-artisti delRinascimento.Sono frequenti nella pittura parietale romana rappresentazioni

di edifici e ambienti di tipo prospettico [figura 1], ma la loroesecuzione presenta caratteri piuttosto approssimativi, chefanno dubitare dell’esistenza di un sistema rigoroso di regole dirappresentazione.Il disegno fu invece ampiamente utilizzato per il rilevamento degliedifici dei centri abitati e del territorio a scopi sia civili siamilitari:nella realizzazione dellemappe si fece ricorso alle scale di propor-zione e a una grande varietà di simboli grafici [figura 2].

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1.2 Tecniche di disegno nell’epoca romana

In questo affresco di epoca romana si può notare la ca-pacità di rappresentare in forma tridimensionale un edi-ficio anche complesso, con l’applicazione di regole pro-spettiche intuitive (dipinto della Casa di Augusto, stan-za delle Maschere, Roma).

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Frammento lapideo, risalente al periodo di SettimioSevero, in cui è riportata una pianta dettagliata di unaparte della città di Roma.

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La nascita del progettoNel Medioevo i sistemi di rappresentazione grafica a supportodelle costruzioni usati dai Greci e dai Romani caddero parzial-mente in disuso.Gli edifici romanici erano relativamente semplici e probabil-mente la loro realizzazione non comportava il ricorso a moltidisegni perché era affidata a maestranze che,migrando da unalocalità all’altra, utilizzavano sempre lo stesso bagaglio di espe-rienza costruttiva.Più tardi, con lo sviluppo dell’architettura gotica, dal XIII secoloin poi, cominciò a rendersi necessario un progetto sia dell’in-sieme sia delle singole parti degli edifici più importanti; la com-plessità strutturale, la trasparenza delle pareti vetrate, laricchezza dell’ornamento non potevano che essere il risultatodi una progettazione particolarmente attenta e precisa.Fu così che nei centri culturali più vivi della Francia settentrio-nale, dove il Gotico ebbe grande sviluppo, e nella Toscana pre-ri-nascimentale, la pratica del progetto rappresentato in pianta e inprospetto fu gradualmente ripresa e sviluppata [figura 1].

Gli ingegneri-artistiVerso la metà del 1300, con il rifiorire della vita cittadina, si fecestrada l’attività di artigiani pieni di iniziativa che ricostruivano,adattavano e diffondevano accorgimenti, sistemi e meccanismivecchi e nuovi prendendoli dalla tradizione classica e dal bagagliodi conoscenze giunto con le invasioni barbariche. Si diffuserograndemente i mulini ad acqua, seguiti poi dai mulini a vento,utilizzati come generatori di energia meccanica nelle più svariateattività: dalmacinare il grano, almuovere imagli dei fabbri; vennerecuperata l’antica tradizione delle“mirabilia”: inutilima favolosimeccanismi come la testa di un’aquila meccanica che si voltavaverso il diacono alla lettura del Vangelo.Si formava in questo modo il ceto degli ingegneri-artisti, chenon solo si occupava di arti belle e di oscuri processi di pro-duzione, ma sapeva coniugare la meccanica all’arte.Il disegno si libera sempre di più dalle sovrastrutture “rappre-sentative” e cerca di comunicare informazioni nei modi piùadatti alle necessità di chi deve tradurne in opera i contenuti.

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1.3 La rappresentazione tecnica nel Medioevo

Il contributo di GiottoSolo agli inizi del 1300 riemerse in Occidente il problema della“collocazione nello spazio” delle figure nelle rappresentazionifigurative.Determinante a questo proposito fu il contributo di Giotto, cheriuscì a “dare volume” alle sue figure collocandole in paesaggie ambienti spazialmente sempre meglio definiti.Giotto ricorse dapprima ad accorgimenti tecnici intuitivi ed em-pirici, utilizzando linee di fuga non concorrenti verso un puntoben definitoma piuttosto in una direzione, in seguito la sua tec-nica si fece sempre più precisa fino a giungere alla corretta indi-viduazione dei punti di fuga, spesso sistemati in posizionediversa dal centro della rappresentazione [figura 2].

per saperne di più

Architettura e ingegneriaFino agli inizi del XVIII secolo non vi era praticamente differenza al-cuna fra architettura e ingegneria. Nell’antichità classica la figuradi architectus riassumeva in sé tutte le competenze relative all’o-perare nel campo dell’architettura, della costruzione di strade, difortificazioni, di macchine belliche. Il termine ingenerius (dal la-tino ingenium e dal latino medievale ingeniarius) fu usato dal XIIIsecolo per identificare colui che, operando con ingegno, inven-tava e costruiva macchine. Nel Rinascimento le figure di architettoe ingegnere meccanico vennero spesso a coincidere.

Sezione della zona supe-riore della cattedrale diReims (Villard de Hone-court, 1230 circa).

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Nell’affresco Coretto (Padova, Cappella degli Scrovegni, 1304-1306), Giotto simu-la un ambiente con volte a crociera e finestre gotiche con al centro una lampada:è il primo esempio di prospettiva non centrale pura senza figure.

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Il disegno come strumento di lavoroLe ricerche e le sperimentazioni sulle “nuove” (in quanto ri-scoperte) forme di rappresentazione dei disegni di progetto inpianta, prospetto e sezione del periodo tardo-Gotico trovarono,agli inizi del Quattrocento a Firenze, un terreno fertile all’in-novazione figurativa.Si affermava in questo periodo la tendenza a rappresentare vo-lumetricamente gli alzati dei progetti con effetti chiaroscurali,l’uso sempre più frequente di modelli tridimensionali in legno[figura 1] che si affiancavano ai tradizionali strumenti di raffi-gurazione ortogonale, l’acquisizione degli strumenti teorici perla raffigurazione prospettica illusionistica del progetto.Il “motore” del cambiamento fu Filippo Brunelleschi (1377-1446) che, dopo aver teorizzato in merito alla prospettiva, tro-vandosi a dover progettare la cupola del Duomo di Firenze,utilizzò per la prima volta queste sue conoscenze per le rap-presentazioni prospettiche del progetto.Si aprì così un nuovo capitolo nella storia del disegno dell’ar-chitettura: il progettista verifica le proprie idee attraverso pian-te, prospetti, sezioni e, soprattutto, con l’aiuto di schizziprospettici. La propria opera è resa comprensibile al commit-tente mediante viste prospettiche realistiche e modelli tridi-mensionali [figura 2].

Leon Battista Alberti (1404-1471) sviluppò la lezione di Bru-nelleschi con ulteriori importanti contributi alla rappresenta-zione scientifica della prospettiva.Leonardo da Vinci (1452-1519) esemplificò magistralmentenei suoi studi la tecnica di rappresentazione grafica dell’epoca,eseguendo sullo stesso disegno rappresentazioni in pianta,schizzi prospettici, studi di particolari costruttivi.Il disegno divenne un vero e proprio strumento di lavoro e diverifica progettuale [figura 3].

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1.4 La rappresentazione nel Rinascimento

Modello ligneo della lanterna del Duomo di Firenze costruito da Filippo Brunel-leschi (Firenze, Museo dell’opera di Santa Maria del Fiore).

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Dipinto di DomenicoCresti da Passignanoraffigurante Miche-langelo che presentaa papa Paolo IV il mo-dello per il completa-mento della cupola diSan Pietro (Firenze,Casa Buonarroti).

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Studi di architettura di Leonardo da Vinci; in queste immagini di studi diversi com-pare tutta la capacità di rappresentazione dell’epoca: dalla pianta alla vista prospettica.

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Il disegno delle macchineDal Quattrocento in avanti l’ingegneria civile trovò uno spazioautonomo rispetto alla preponderanza di quella militare: nac-que una letteratura tecnica che fece uscire il sapere tecnico etecnologico dal chiuso delle botteghe. Crebbe il rango dei mec-canici: le arti meccaniche quanto più si basavano su nozioniscientifiche tanto meno erano considerate disonorevoli e in-degne rispetto alle arti liberali e i “meccanici” presero progres-sivamente coscienza del loro specifico ruolo di artigianisuperiori o scienziati-artisti.Leonardo è tipico esempio di questo ceto: le sue ricerche sullemacchine sono unite a osservazioni sulla natura, con il precisointento di risalire dall’osservazione alla teoria. Egli non fu unprecursore né un caso isolato [figure 4 e 5].Furono questi gli anni in cui si iniziò a rappresentare ogni sortadi macchina e di congegno; la rappresentazione di questi con-gegni risulta spesso imprecisa e priva di riferimenti dimensio-nali, perché la loro complessità non rende agevole l’uso deglistrumenti di rappresentazione ortogonali usati in architettura(piante, prospetti, sezioni).La forma di rappresentazione più utilizzata è quella generica-mente assonometrica, o prospettica intuitiva, che consente divisualizzare le varie parti; compaiono talvolta rappresentazioni“in esploso” o in sezione prospettica.Dovranno passare ancora due secoli prima che le teorie diMonge sulla geometria descrittiva rendano possibile la rap-presentazione razionale anche degli oggetti più complessi.

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Disegno di Leonardo da Vinci per un congegno diatterraggio morbido per ornitottero (velivolo adali battenti che imitava il volo degli uccelli) conscala e sostegno retrattili.

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Rappresentazione “in esploso” di un’imbarcazione azio-nata da ruote a pale (Anonimo, sec. XV, Firenze, Bi-blioteca Nazionale).

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Le origini del disegno tecnicoNella seconda metà del Settecento il centro dell’interesse per laricerca sulle applicazioni teoriche e pratiche delle regole dellarappresentazione grafica si sposta in Francia. È il momento delmassimo sviluppo dell’Illuminismo: l’esigenza di diffondere leconoscenze in forma razionale trova la sua massima espres-sione nell’Encyclopédie di Diderot e D’Alembert, una grandiosaraccolta di tavole illustrative sulle scienze, sulle arti liberali e learti meccaniche corredata da puntuali spiegazioni, pubblicataa volumi tra il 1745 e il 1772.L’Encyclopédie porta alla totale rivalutazione della meccanica,della tecnica e dei mestieri che per secoli erano stati consideratiattività secondarie e subalterne alle arti liberali.Particolarmente interessanti, dal nostro punto di vista, sono lesoluzioni grafiche utilizzate nelle illustrazioni dell’Encyclopé-die [figura 1] che costituiscono, esse stesse, un compendio delletecniche di rappresentazione dell’epoca: accanto alle viste tra-dizionali in pianta, alzato e sezione, vi sono viste assonometriche,viste prospettiche, sezioni di ogni tipo, spaccati assonometrici erappresentazioni in esploso.La ricerca scientifica applicata alle tecniche di rappresentazioneporta in questo periodo a due fondamentali innovazioni: laformulazione teorica della geometria descrittiva e l’introdu-zione del sistema metrico decimale.Le regole della geometria descrittiva sono elaborate da Ga-spardMonge e rese note verso la fine del Settecento, durante glianni della Rivoluzione Francese.Monge generalizza i metodi grafici introdotti dai trattati delRinascimento, fa tesoro delle ricerche dei matematici francesi

del Seicento quali Cartesio e Désargues, dando forma a varisistemi di rappresentazione, il più importante dei quali è ilmetodo delle proiezioni ortogonali, sistema che consentedi definire esattamente le caratteristiche di qualsiasi oggettotridimensionale sulla superficie piana del foglio di carta.I compiti sempre più estesi e complessi che le nuove strutturesociali andavano affidando all’amministrazione dello Stato ri-chiedevano la formazione di personale tecnico: sorsero a que-sto fine diverse scuole di specializzazione, la più importantedelle quali fu l’Ecole Polytechnique, che preparava i tecnici perla costruzione di ponti, per le opere di ingegneria militare e perle opere attinenti le miniere, alla cui fondazione contribuì lostesso Monge. L’esempio fu poi seguito dai maggiori Stati eu-ropei.La figura dell’architetto-scienziato-artista scompare progres-sivamente lasciando il passo a tecnici che progettano e dise-gnano secondo modalità di rappresentazione sempre piùspecialistiche.

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1.5 Lo sviluppo del disegno tecnico

Rappresentazione tratta dall’Encyclopédie di unacarrozza con evidenziati tutti i suoi elementi.

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IlluminismoMovimento culturale sviluppatosi in Francia nella seconda metàdel 1700, che volle combattere, mediante la diffusione di notiziescientifiche e tecniche, l’oscurantismo filosofico e religioso dell’e-poca. È caratterizzato dalla fede nel progresso della civiltà e nel-l’emancipazione dell’uomo sotto la guida dei “lumi” della ragione.

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La separazione tra arte e tecnicaLa Rivoluzione industriale, che ebbe inizio nella seconda metàdel Settecento, producendo un formidabile sviluppo delle tec-nologie in ogni settore, richiese un più elevato livello di cono-scenze tecniche, l’utilizzo di nuovi materiali e criteri di lavoronon più compatibili con la mentalità e la preparazione dei pro-gettisti tradizionali. La specializzazione crescente dei tecnici e leinesorabili leggi della produzione portarono a concepire gli og-getti più in funzione delle esigenze della fabbricazione di serieche non dell’estetica. L’intervento dell’“artista” fu limitato all’“ab-bellimento” degli oggetti di particolare pregio [figura 2].La netta separazione tra arte e tecnica si riflesse anche nelleforme di rappresentazione del disegno: sempre più specializ-zato il disegno tecnico per la produzione di oggetti e per la co-struzione delle macchine o di opere di ingegneria, sempre piùestetizzante, piacevole e colorato quello degli architetti.

Una delle attività principali di questa scuola fu proprio quelladi ideare e sperimentare oggetti destinati alla produzione diserie [figura 3].La scuola di Gropius fu chiusa dal regime nazista,ma il suo in-flusso culturale fu enorme: essa costituì uno dei momenti piùinnovativi nella cultura dell’epoca e contribuì grandementealla formazione del movimento moderno, nato dall’incontrodi diverse esperienze nei primi decenni del Novecento e chetrovò i punti di maggior innovazione nel lavoro della Bauhause dell’architetto svizzero Le Corbusier.

La forma e la funzioneUno dei principali meriti del movimento moderno è statoquello di introdurre un nuovo metodo di lavoro nella proget-tazione: il progetto fu aperto al contributo interdisciplinare ditutti coloro che, per competenze specifiche, potevano miglio-rare il risultato finale.Un altro merito fu quello di far corrispondere in modo semprepiù stretto la forma dell’oggetto o dell’edificio alla sua funzione.La decorazione venne abolita o fortemente ridimensionata. Diqui le definizioni di razionalismo o funzionalismo di questacorrente di pensiero.Nasce il design: gli oggetti di produzione industriale assumonoforme sempre più legate alla loro funzione specifica, mentre ilconcetto di bellezza si trasferisce dalla decorazione all’armo-nia delle forme dell’oggetto nel rispetto della sua funzione.Lo specialista che si occupa dell’aspetto formale nel gruppo dilavoro che segue la nascita di un nuovo oggetto di produzioneindustriale prende il nome di industrial designer o semplice-mente designer.

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La nascita del movimento modernoLa nascita della produzione di serie aveva causato un diffusoabbassamento della qualità estetica degli oggetti.Già nell’Ottocento, soprattutto in Inghilterra, erano nati i primimovimenti di reazione a questo stato di cose e si era posto il pro-blema della “qualità artistica”degli oggetti prodotti in serie.Ma la vera svolta avvenne solo nel 1919 con la fondazione, daparte dell’architetto tedescoWalter Gropius, della scuola chia-mata Bauhaus (casa della costruzione) aWeimar in Germania,nella quale insegnarono pittori, scultori e architetti di diversenazionalità tra cui P. Klee e W. Kandinsky.

DesignTermine inglese che racchiude in una sola parola il concetto didisegno estetico-funzionale di un prodotto industriale.

Macchina a vapore di Watt (1830 circa) “abbellita” con la trasformazione di par-te della struttura in graziose colonnine con capitello e basamento richiamanti i tem-pli dell’antichità classica.

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Lampada da scrittoio studiataall’interno della Bauhaus per unaproduzione di serie (1929).

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Il ruolo determinante del disegnotecnico nella realizzazione di oggettidi produzione industrialeLa necessità di produrre oggetti in modo industriale, ossia ingrande quantità e a costi contenuti, ha imposto una serie di re-gole nei procedimenti che occorre seguire per passare dall’ideadi un oggetto alla sua produzione, individuando e specificandole varie fasi di progettazione, fino alla stesura di disegni esecu-tivi, in modo da definire con precisione le misure, i materiali,le varie lavorazioni, i sistemi di montaggio del pezzo da pro-durre.La progettazione esecutiva segue pertanto un sistema di re-gole determinate da organismi internazionali, come vedremonelle unità successive, che entrano nel merito di tutti gliaspetti della realizzazione grafica: dallo spessore delle linee altipo di tratteggio, dalla quotatura all’utilizzo di simboli spe-cifici.Le regole sono inflessibili, l’uso non corretto o l’ignoranza diqueste impedisce lo sviluppo del processo produttivo.

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Disegno tecnico di un motore d’automobile (particolare).4

Disegno tecnico del mozzo di una biciclettada corsa.

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La scelta della tecnica di rappresentazione è strettamente le-gata alla finalità della comunicazione che si vuole ottenere[figure 1 ÷ 3]: se si tratta di far capire la forma generale di un og-getto si utilizzano in prevalenza tecniche legate alla comunica-zione visiva, quali lo schizzo, la prospettiva, l’assonometria, ilmodellino tridimensionale, con tutte le variazioni possibili,dalle rappresentazioni in esploso a quelle trasparenti; se invecesi tratta di definire un oggetto nel dettaglio, si utilizza il dise-gno tecnico, attraverso le proiezioni ortogonali nelle scale piùindicate e i sistemi di quotatura specifici.La conoscenza approfondita dei vari sistemi e delle relative tec-niche di rappresentazione è fondamentale per chi opera nelsettore della visualizzazione o della progettazione: tanto mag-giore è la conoscenza tanto più sicura e pertinente sarà la sceltadella tecnica grafica da adottare.

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1.6 Tecniche di rappresentazione attuali

Rappresentazione mediante viste da varie angolature di un mo-dello di auto in progetto (prototipo Mercedes Benz per autoelettrica). Si utilizza la tecnica della prospettiva per una vi-sualizzazione multipla trattata a livello di studio progettuale.

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Schizzo prospettico di un grattacielo e disegno in prospettivadello stesso edificio (grattacielo del Brickell Center a Miami,progetto di Murphy/Jahn).

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Progetto della sedia Soft Light ideata da Alberto Meda.Nella stessa tavola l’oggetto viene rappresentato in pro-spetto, pianta e fianco.

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Il disegno realizzato con il computerNon c’è stata nella storia della rappresentazione visiva una tra-sformazione così radicale come quella nel campo della visua-lizzazione tecnica.Nemmeno il passaggio dal Medioevo al Rinascimento può es-sere assunto come termine di paragone.L’utilizzo del computer nella rappresentazione visiva, pur es-sendo solamente un aspetto tecnico e non introducendo con-cettualmente nuove rivoluzionarie forme di rappresentazione,assume una rilevanza storica e crea una netta separazione tradue ere: prima e dopo il computer. Le possibilità date dal mezzoinformatico sono molteplici e fino a oggi sono utilizzate soloparzialmente.Il computer non sostituisce la cultura e la tecnica del disegnodi rappresentazione, ma fornisce strumenti potentissimi a li-vello professionale e di ricerca.

La computer graficaSi intende per computer grafica l’insieme dei sistemi di rap-presentazione visiva ottenuti mediante l’utilizzo dell’elabora-tore elettronico, che in Italia è universalmente noto con il suonome anglosassone: il computer, che nell’arco di poche decinedi anni ha subito un processo di miniaturizzazione, tutt’ora incorso, che lo ha ridotto dalle dimensioni di un locale [figura 1]a quelle di un libro.La computer grafica ha accresciuto a dismisura le potenzialitàoperative nel settore della rappresentazione degli oggetti: essarichiede però una dotazione strumentale che va ben oltrequella necessaria per il disegno manuale e presuppone che ildisegnatore abbia capacità operative del tutto nuove,molto di-verse da quelle tradizionali, che si acquisiscono con periodi diapprendistato specifici.Il computer è in grado di svolgere una grande quantità di ope-razioni in base alle istruzioni che riceve attraverso i programmi(il software). I programmi che permettono l’uso del computerper il disegno, trasferendo le caratteristiche di un oggetto comeinformazioni digitali, cioè numeriche, prendono il nome di si-stemi CAD (Computer Aided Design), cioè sistemi di disegno eprogettazione assistiti dal computer.Nato come strumento operativo a servizio della progettazioneindustriale, il CAD si è progressivamente diffuso attraverso l’e-laborazione di programmi specializzati per ogni tipo di proget-tazione (meccanica, strutturale, impiantistica ecc.), intervenendoin tutti i settori dove la complessità dei problemi da affrontarerende conveniente l’uso del computer [figura 2].Nell’ambito del disegno architettonico e meccanico, il softwaredi CAD più utilizzato è indubbiamente AutoCAD, un prodottosviluppato dalla società americana Autodesk appositamenteper questo scopo, che viene costantemente aggiornato e perfe-zionato.Il volume specifico AutoCAD ti aiuterà a entrare nel mondodella computer grafica.

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1.7 La rivoluzione della computer grafica

Un computer negli anni ’60. L’insieme delle apparecchiature occupava lo spaziodi una stanza.

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Alcuni esempi di disegno tecnico e visualizzazioni realizzati con il CAD.2

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Il modello matematicoLa rappresentazione grafica degli oggetti nello spazio tridi-mensionale è definita modellazione, in quanto parte dalla de-finizione del modello matematico degli oggetti stessi.I software di modellazione prevedono un sistema di riferi-mento di coordinate cartesiane tridimensionali (x, y, z) in baseal quale definire la posizione dei diversi punti che costituisconogli oggetti da rappresentare.La ricostruzione di geometrie nello spazio può essere più omeno complessa: gli elementi piani e le superfici piane sono dirapida definizione, il modello si complica quando si tratta didefinire superfici curve, in quanto queste vengono calcolatecome una sequenza di facce poligonali di tre o di quattro lati edunque più fitta è la suddivisione in facce più operazioni dicalcolo vanno eseguite per la definizione del modello mate-matico.La rappresentazione di un modello attraverso gli spigoli dellesuperfici in cui viene suddiviso si definisce wireframe (filo diferro); in questa rappresentazione si ha la percezione dellaforma attraverso il reticolo che definisce il modello, ma l’a-spetto evidentemente è ben lontano dall’essere realistico [fi-gura 3].Il modello matematico può essere poi modificato sia nellaforma sia nella sua posizione spaziale tramite le varie fun-zionalità di modellazione che i vari software forniscono; ciòconsente di visualizzare in tempo reale gli oggetti ancora infase di progettazione e di percepirne correttamente le formepotendo così intervenire rapidamente per apportare varia-zioni, correzioni e studiare diverse soluzioni contempora-neamente.

L’immagine di sintesiA partire dal modello matematico si può giungere alla defini-zione di un’immagine fotorealistica che rappresenti il modellotridimensionale come apparirà realmente una volta realizzato.L’operazione di trasformazione di un modello matematico inun’immagine di sintesi si chiama rendering.Per ottenere l’immagine di sintesi finale è necessario sottoporreil modellomatematico di partenza a una serie di operazioni perle quali sono stati sviluppati appositamente diversi software.La prima operazione da fare è quella di assegnare alle superficivisibili dell’oggetto l’aspetto finale effettuando una operazionedetta di mappatura superficiale, ovvero applicando alle super-fici i materiali e i colori desiderati.Il passaggio successivo è quello di simulare le condizioni di il-luminazione alle quali è sottoposto l’oggetto, si tratta di valu-tare se utilizzare la luce solare oppure se introdurre delle fontidi illuminazione artificiale, e definire la loro posizione e l’in-tensità luminosa in modo da ottenere i relativi effetti di rifles-sione e le ombre che l’oggetto determina.Infine, si definisce un punto di vista, si sceglie quindi quale deveessere la posizione di osservazione dell’immagine finale.Una volta definiti questi aspetti il modello matematico èpronto per il rendering, che genera un’immagine in grado dirappresentare con un altissimo livello di realismo l’oggetto fi-nito [figura 4]. La raffinatezza dell’immagine di sintesi dipendedall’accuratezza con cui si assegnano i materiali, con cui si im-postano le luci e dal realismo della scena circostante che può es-sere altresì ricostruita al computer, ma anche provenire daimmagini fotografiche in cui viene inserito il modello tridi-mensionale.

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Wireframe della superficie di un cono. Definita la geometria dell’immagine attra-verso le coordinate dei suoi punti significativi, è possibile muovere il solido a piace-re ottenendo tutte le visualizzazioni desiderate.

3 Dal wireframe si ottiene, attraverso l’operazione di rendering, l’immagine volu-metrica della figura, poi si possono riportare su questa gli effetti di illuminazio-ne voluti.

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Il modello virtualeIl processo di rappresentazione tradizionale di un progetto, ere-ditato dal Rinascimento, ha come fase terminale la realizza-zione di disegni o, nei casi di progetti più complessi o piùimportanti, di modelli tridimensionali che hanno lo scopo direndere più agevole la comprensione a chi deve giudicare ilprogetto. Si tratta, come è evidente, di operazioni tanto più la-boriose quanto migliore si vuole che sia il grado di percezionedelle caratteristiche del progetto da parte di chi lo esamina, eche rischiano di essere vanificate dall’eventualità, tutt’altro cheimprobabile, che siano necessarie modifiche al progetto.Tutto questo lavoro può ora essere semplificato ricorrendo allestraordinarie possibilità offerte dall’informatica di trasformarel’oggetto mediante immagini di sintesi rendendolo, per cosìdire, “visitabile”. In pratica è possibile fare apparire sulloschermo unmodellomolto realistico che riproduce con estremaprecisione ogni caratteristica dell’oggetto che si va progettandoe rende possibile ogni sorta di modifica.La differenza fondamentale tra i modellini tridimensionali el’immagine di sintesi è il salto di scala: con le tecniche attuali sipuò“entrare”(naturalmente con lamediazione dello strumentovideo) dentro il modello e percorrere lo spazio percependoloper quello che realmente è, in rapporti dimensionali con la fi-gura umana.Il modello virtuale1 diventa così un correttore attivo nella fasedi progettazione.L’esempio riportato in queste pagine [figure 5 ÷ 13] illustra lasequenza delle fasi di progetto di un prototipo di vettura, dovetutte le fasi della visualizzazione del progetto utilizzano im-magini di sintesi fino al master definitivo.Già oggi il costo della realizzazione di unmodello di immaginidi sintesi è comparabile con quello della realizzazione fisica diun plastico tridimensionale in scala ridotta: si può dunque ra-gionevolmente ipotizzare che in tempi relativamente brevi que-sto sistema sarà alla portata, anche dal punto di vista econo-mico, di un numero crescente di persone.

1. Il termine virtuale è riferito in questo caso a ciò che esiste solo come im-magine di sintesi; esso è dunque antitetico al termine reale.

MasterModello in gesso in scala reale.

Schizzi iniziali del progetto.5

Analisi e acquisizione.6

Modello concettuale (wireframe).7

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Evoluzione della rappresentazione grafica degli oggetti 17

Rendering iniziale.8 Modello di stile.9

Modello definitivo.10 Master.11

Rendering definitivo.12 Prototipo funzionante.13

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1.8 La realtà virtuale

La locuzione realtà virtuale è ormai diffusa nel linguaggio (spe-cialistico e non) per individuare quel particolare tipo di ricercafinalizzato alla realizzazione di sensazioni estremamente reali-stiche ottenute mediante sistemi informatici. Già la stessa ap-parente contraddizione tra i due termini (ciò che è “reale”sembra incompatibile con ciò che non lo è) dà il senso di quantodi straordinario e in un certo senso di inquietante queste ricer-che vadano prospettando.Nella sua versione più diffusa, l’esperienza della realtà virtualeconsiste nel collegare, mediante una specie di armatura tecno-logica, un soggetto a un potente elaboratore, che gli permettedi viaggiare in uno spazio tridimensionale di sintesi, rimanen-done coinvolto con tutte le sue facoltà sensoriali.L’armatura è costituita da un elmo (videocasco), che mostra leimmagini artificiali in visione stereoscopica e isola, nel con-tempo, il soggetto dall’ambiente reale, da un paio di guanti e dauna tuta connessi a terminali sensoriali e a possibili comandiinterattivi [figure 1 ÷ 3].Grazie a questi mezzi il soggetto è immerso e può“navigare” inun universo fantastico, spazialmente tridimensionale, realiz-

zato con immagini di sintesi dove può capitare di tutto.Il viaggiatore ha la possibilità di interagire stabilendo quali spo-stamenti fare, quali oggetti toccare, quali sensazioni provare.Il videocasco è anche un dispositivo di messaggi per l’elabora-tore: esso comunica, mediante appositi strumenti, in modoistantaneo, la posizione della testa del soggetto all’elaboratoreche, di conseguenza, interviene sulle immagini di sintesi dellospazio artificiale,modificando la loro visione tridimensionale inrelazione al variare dell’angolo visuale dell’osservatore [figura 2].In ogni istante il programma di sintesi effettua un nuovo cal-colo per definire le immagini stereoscopiche che compaiononegli occhiali del casco.Il soggetto percepisce la sensazione di realtà dell’ambiente fi-sico, perché la sua visione si adatta in modo automatico ai suoimovimenti [figura 4].

Visione stereoscopicaÈ lo sdoppiamento della visione di un oggetto in due visioni di-stinte leggermente diverse fra loro, corrispondenti ciascuna allavisione di un occhio. La diversità di visione dipende dalla diversaposizione degli occhi rispetto all’oggetto. La somma delle dueimmagini crea nel nostro cervello la sensazione della profonditàe del volume.

Il fotomontaggio mostra ciò che vedono i due operatori equipaggiati di videoca-sco: la stessa ricostruzione virtuale dello scheletro di un arto umano, posto in unaposizione ben definita e osservabile sotto tutti gli angoli.

1

Videocasco e guanto collegati al computer permettono di simulare la guida di un'au-tovettura: l’operatrice vede nel videocasco ciò che nella foto appare sui due mo-nitor (Laboratorio di realtà virtuale del Centro Ricerche Fiat, Torino).

Attrezzatura per la riproduzione della realtà virtuale. L’osservatore è dotato di uncasco con due piccoli schermi disposti come occhiali e di guanti.I movimenti del capo sono captati da un’apposita sfera posta al di sopra della te-sta che invia i segnali ai computer, i quali regolano la visione dell’immagine in re-lazione ai movimenti della testa. Muovendo opportunamente le mani con i guan-ti collegati ai computer, si ottengono altre viste del soggetto ed effetti di contat-to sensoriale.

3

2

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Tabella 1 � Tabella di confronto tra i vari sistemi e il loro livello di interazione con l’utente(da LUIGI BISTAGNINO e MASSIMO GIORDANI, Percorsi tra reale e virtuale, Torino, Celid)

Evoluzione della rappresentazione grafica degli oggetti 19

Gioco di guida virtuale nello stand di un salone dell’auto in Giappone.4

Sistemahardware/software

CAD 2D

CAD 3D

CAD 3D + rendering

CAD 3D + rendering+ animazione

realtà virtualenon immersiva

realtà virtualeimmersivaltà vi

rtuale immersiva

Complessitàfunzionale

bassa

media

elevata

elevata

da media a elevatissima,variabile con il sistema uti-lizzato

da media a elevatissima,variabile con il sistema uti-lizzato

Tipodi risultato

analogo al disegnoeseguito su carta

analogo al disegnoeseguito su carta

fotorealistico

filmato

spazio interattivo

spazio interattivoincludente il soggettointeragente

Livellodi interazione

Limitato alla possibilità di modificare gli elementi geometrici2D costituenti il disegno. È l’operatore che interagisce con ilsistema.

Buono grazie alla disponibilità del modello 3D dell’oggettoprogettato. Ciò consente analisi da diversi punti di vista. Èl’operatore che interagisce con il sistema.

Come il CAD 3D, ma con l’ulteriore possibilità di verifica dellecaratteristiche fisiche del modello (texture, colore, illumina-zione, …). È l’operatore che interagisce con il sistema.

Come il CAD 3D + rendering, ma con la possibilità di realiz-zare dei percorsi di studio del modello. È l’operatore che in-teragisce con il sistema.

Molto buono perché l’utente ha la possibilità di esplorare ilmodello in tempo reale. L’interazione può avvenire con nu-merosi strumenti diversi. Come minimo si utilizzano ilmouse e il monitor. Chiunque può interagire con il sistema.

Molto buono perché l’utente ha la possibilità di esplorareil modello in tempo reale. L’interazione avviene calandosiall’interno dello spazio virtuale tramite attrezzature di di-verso tipo: guanti, tute, caschi… Chiunque può interagirecon il sistema.

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