Tecnologie applicate ai beni culturali

Tecnologie applicate ai beni culturali (rilievo e gestione delle informazioni sul manufatto storico)

Estratto dalla tesi: San Nicola a Capo di Bove in Roma: metodologie di rilievo per la

conservazione.

RELATORE: Prof. Stefano Della Torre CORRELATORE: arch. Paolo Salonia

LAUREANDA: arch. Laura Galli

Politecnico di Milano – Facoltà di Architettura e Società A.A. 2005-2006

Per un manufatto storico, è importante non solo la conoscenza, costituita da numerose informazioni eterogenee, ma anche la sua gestione e la sistematizzazione, in modo che possa essere trasmessa in modo semplice ed efficace. Questa tesi si propone la sperimentazione di un approccio innovativo nei confronti della gestione della conoscenza con l’utilizzo del sistema informativo Arkis. Per rendere possibile questa sperimentazione è stato individuato un caso reale di applicazione, all’interno di una serie di proposte dell’ITABC del CNR di Roma, durante il tirocinio dell’ultimo anno di laurea specialistica. È stata scelta la chiesa di San Nicola, sulla via Appia antica, all’interno di un progetto portato avanti da Soprintendenza Archeologica di Roma e ITABC avente come fine la creazione di un database informativo sui monumenti dell’Appia antica. Tutte le informazioni e gli esiti delle analisi svolte sul monumento hanno riguardato diversi aspetti del manufatto, cercando di arrivare ad averne una buona comprensione. In questa presentazione verranno presentate brevemente le tecnologie utilizzate in fase di rilievo e di gestione delle informazioni acquisite sul manufatto (sistema informativo Arkis, utilizzato dall’ITABC – CNR di Roma).

Abstract

RILIEVO TOPOGRAFICO RILIEVO FOTOGRAMMETRICO RILIEVO CON SCANNER LASER

MONOSCOPIA

STEREOSCOPIA

RILIEVO PLANIMETRICO PUNTI DI APPOGGIO PER LA RESTITUZIONE DEI FOTOGRAMMI

Rilievo – Tecnologie utilizzate

RILIEVO INDIRETTO Rilievo in cui non c’è contatto diretto tra l’operatore addetto al rilievo e l’edificio in quanto lo strumento è sempre interposto tra i due. VANTAGGI DEL RILIEVO INDIRETTO TOPOGRAFICO

ELEVATA PRECISIONE DEL RILIEVO

VELOCITA’ E SPEDITEZZA DELLE OPERAZIONI

SALVAGUARDIA DEL MANUFATTO, NON NECESSITANDO DI UN CONTATTO DIRETTO CON IL MANUFATTO STESSO

POSSIBILITA’ DI RILEVARE ANCHE PARTI DI EDIFICIO NON ACCESSIBILI

SVANTAGGI DEL RILIEVO INDIRETTO TOPOGRAFICO

ELEVATO COSTO DELLA STRUMENTAZIONE

NECESSITA’ DELLA PRESENZA DI PERSONALE SPECIALIZZATO DURANTE IL RILIEVO E PER L’ELABORAZIONE DEI DATI IN LABORATORIO

Rilievo

STRUMENTI STAZIONE TOTALE PENTAX R-315N Le stazioni totali, o teodoliti digitali: struttura ottico-meccanica dei tradizionali teodoliti, (cerchio orizzontale, alidada provvista di cerchio verticale che regge il cannocchiale collimatore e le varie viti e livelle), Inoltre, sono provviste di un distanziometro elettro-ottico che utilizza per l’invio e la ricezione del segnale lo stesso cannocchiale collimatore e un microprocessore interno che presiede a tutte le operazioni di misura e di interpolazione (misura di distanze e di angoli) e alla correzione degli errori residui, all’elaborazione dei dati primari (calcolo di distanze ridotte all’orizzonte e dislivelli) e la loro successiva memorizzazione o trasmissione al computer portatile. Vantaggi rispetto ai teodoliti: - facilità d’uso; - riduzioni di errori e imprecisioni. PRISMA E PALINA

Rilievo topografico

FASI 1- ricognizione dei luoghi 2- pianificazione del rilievo 3- fissare la prima stazione, A (primo punto fisso di una poligonale chiusa impostata per il rilievo) 4- iso-orientare il rilievo (impostare il nord, e vengono impostati gli angoli viene azzerato l’angolo azimutale, in modo che l’intero rilievo sia orientato rispetto a nord). I punti fissi della poligonale vengono decisi in modo che: - tutti i punti da rilevare per irradiamento siano visibili da almeno una stazione (alcuni punti vengono battuti da due stazioni in modo da avere un controllo) - due punti fissi siano inter-visibili. Ogni stazione veniva battuta sia dalla stazione precedente sia da quella successiva (determinazione dei punti della poligonale sia per intersezione in avanti sia per intersezione indietro) per poter eventualmente eseguire una diminuzione dei possibili errori di misura (compensazione con la determinazione degli scarti) 5- Rilievo per coordinate polari (o celerimensura): ogni punto viene definito rispetto alla stazione su cui si posa lo strumento tramite la misura della direzione azimutale rispetto a un’origine qualsiasi, dell’angolo zenitale o d’altezza, della distanza tra stazione e punto e, infine, dell’altezza strumentale (cioè dell’altezza dalla quota del terreno all’incrocio dei cerchi) e di quella dell’elemento che fornisce la distanza, in modo da avere, oltre alla posizione planimetrica del punto collimato (x e y), anche la posizione altimetrica (z). 6- Elaborazione dei dati registrati tramite apposito software.

Rilievo topografico

Rilievo topografico – Poligonale principale e rilievo per coordinate polari

Rilievo topografico – Pianta a quota +0,80m

Rilievo topografico – Pianta a quota +3,00m

VANTAGGI DEL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO

ELEVATA PRECISIONE DEL RILIEVO

VELOCITA’ E SPEDITEZZA DELLE OPERAZIONI

POSSIBILITA’ DI MAPPARE DIVERSI TEMI DIRETTAMENTE SUL FOTOGRAMMA, POSSIBILITA’ DI APPREZZARE CONGIUNTAMENTE ASPETTO QUANTITATIVO E QUALITATIVO DEL MANUFATTO SALVAGUARDIA DEL MANUFATTO, NON NECESSITANDO DI UN CONTATTO DIRETTO CON IL MANUFATTO STESSO

POSSIBILITA’ DI RILEVARE ANCHE PARTI DI EDIFICIO NON ACCESSIBILI

SVANTAGGI DEL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO

ELEVATO COSTO DELLA STRUMENTAZIONE

NECESSITA’ DELLA PRESENZA DI PERSONALE SPECIALIZZATO DURANTE IL RILIEVO E PER L’ELABORAZIONE DEI DATI IN LABORATORIO

LIMITATEZZA DEL METODO IN CASO DI MANUFATTI NON PIANI MA CHE PRESENTANO PARTI CURVILINEE

LIMITATEZZA DEL METODO IN CASO DI MANUFATTI NON PIANI MA CHE PRESENTANO AGGETTI E PARTI NON COMPLANARI

Rilievo fotogrammetrico

STRUMENTI STAZIONE TOTALE PENTAX R-315N (per la creazione di un sistema topografico di riferimento) FOTOCAMERA REFLEX DIGITALE NIKON D100 (acquisizione delle coppie di fotogrammi) Caratteristiche tecniche: sensore CCD 23,7x15,6mm RGB 6.31 milioni di pixel totali, 6.1 megapixel effettivi; memorizzazione non compressi RAW e TIFF e JPEG compresso; mirino ottico, reflex a pentaprisma fisso per visione orizzontale; regolazione diottrica incorporata; copertura di circa il 95% del campo ripreso; messa a fuoco automatica; tempi di posa: da 30 sec. a 1/4000 sec. BARRA CYCLOP (acquisizione delle coppie di fotogrammi) Barra Cyclop della Menci è lunga 120 cm e presenta delle posizioni fisse (A1, B1, C1, D, C2, B2, A2) su cui si può fissare la fotocamera, in modo che la base di presa della coppia di fotogrammi sia sempre nota. Il sistema è costituito da: un treppiede topografico, la barra Cyclop, in alluminio ad alta rigidità, e la macchina fotografica montata su apposita slitta che scorre sulla barra. La precisione del rilievo dipende così da: dalla calibrazione della barra e della fotocamera.


RIPRESE FOTOGRAFICHE Coppie con l’utilizzo della barra Cyclop per il rilievo stereofotogrammetrico. Creazione di modelli.

Attenzione a: - Esposizione della fotocamera alla luce - Posizione dell’asse di ripresa - Sovrapposizione tra fotogrammi (30% di norma) - Tenere l’asse ottico della camera ortogonale alla barra


CREAZIONE DI UN SISTEMA TOPOGRAFICO DI RIFERIMENTO Con la stazione totale vengono battuti i punti di appoggio per l’orientamento dei fotogrammi e la restituzione (stereoscopica o monoscopica). Utilizzo di mire. Utilizzo di punti naturali: individuazione su supporto fotografico o monografia. Punti da rilevare: -  minimo 4 punti su ogni fotogramma e su ogni piano da raddrizzare per la monoscopia;

- minimo 3 punti in comune tra diversi modelli per il collegamento tra modelli per la stereoscopia.


RADDRIZZAMENTO FOTOGRAMMI (RDF) Acquisizione dei fotogrammi su PC. Scelta delle fotografie adatte per il raddrizzamento (minori parti in ombra, miglior esposizione e colore) Fotoritocco in Photoshop: Modifica di luminosità e contrasto per ottenere una perfetta omogeneità tra i fotogrammi e vengono salvate tutte le fotografie scelte in .bmp, per l’elaborazione in RDF. Elaborazione dei dati acquisiti con la stazione totale da parte del topografo elabora i dati: vengono trovate, tramite software apposito, le coordinate cartesiane dei punti battuti sui diversi prospetti. Raddrizzamento in RDF MOSAICATURA (PHOTOSHOP) Unione fotogrammi. Ritocco di colori, contesto, parti non raddrizzate (es.: superfici inclinate).

Rilievo – Ortomosaicatura dei fotogrammi 1

Rilievo – Ortomosaicatura dei fotogrammi 2

Rilievo – Vettorializzazione prospetti

STEREOSCOPIA: MODALITA’ DI RESTITUZIONE E POTENZIALITA’ La restituzione dei modelli stereoscopici avviene grazie al software SV Cyclop, un modulo di StereoView Suite della Menci: questo consente di restituire i modelli non orientati noti la base utilizzata (ad esempio, A1-B2), la distanza approssimativa dall’oggetto e il file di Calibrazione della camera. La restituzione è quindi molto veloce e richiede l’inserimento di pochi, semplici parametri. Solo nel caso i fotogrammi siano affetti da parallasse verticale, il programma consente di correggerli, semplicemente individuando lo stesso punto nella foto di destra e nella foto di sinistra aperte contestualmente nella stessa schermata. Il programma lavora su coppie di fotogrammi costituenti un modello stereoscopico: per agganciare i modelli è necessario individuare 3 punti ben visibili su modelli adiacenti e procedere alla restituzione. Il modello stereoscopico permette di apprezzare l’oggetto rilevato nelle sue tre dimensioni per mezzo di speciali occhiali. Inoltre, la restituzione è misurabile, quindi in scala reale. Il programma permette anche di disegnare direttamente sul modello: una finestra Cad visualizza il disegno eseguito.

Rilievo - Stereoscopia

RILIEVO CON LASER SCANNER Il laser scanner permette di rilevare oggetti tridimensionali sotto forma di nuvola di punti: la nuvola di punti è più o meno fitta, quindi è più o meno dettagliata, a seconda dell’impostazione definita dall’utente e a seconda delle caratteristiche dello scanner stesso. Ogni punto della nuvola acquisita è definito dalle tre coordinate spaziali (x, y e z) rispetto al punto in cui viene posizionato lo scanner laser. Lo strumento utilizzato è un Cyrax 2500. Sono state eseguite diverse scansioni con punti ogni centimetro. L’acquisizione tramite laser scanner è stata effettuata per integrare le informazioni già rilevate tramite fotogrammetria. POTENZIALITA’ - Fase di acquisizione dei dati in campagna abbastanza speditiva, - Elevato dettaglio dell’acquisizione tridimensionale: la nuvola di punti visualizzata sullo schermo riproduce in modo impeccabile la topologia dell’ggetto acquisito: il raggio laser ha diversi valori di riflettanza a seconda del tipo di materiale che incontra, che si traducono in una variazione del valore cromatico dei punti acquisiti. - Una visualizzazione in scala di grigio fornisce una percezione della nuvola come se fosse una ricostruzione dell’oggetto foto-realistica in bianco e nero ad altissima risoluzione e la lettura interpretativa risulterà estremamente agevole e potenziata. - Le diverse scale di dettaglio possono dare diverse informazioni, in base alle finalità del rilievo e possono essere tra loro integrate. SVANTAGGI - La tecnologia del laser scanner è ancora poco evoluta e quindi poco utilizzata e poco conosciuta. - I costi della strumentazione sono quasi proibitivi. - I software di elaborazione della nuvola di punti sono ancora lacunosi e difficili da usare. - La fase di restituzione è molto lunga e laboriosa e necessita buona esperienza nell’uso dei software.

Rilievo – Laser scanner

Immagine da laser scanner

ORGANIZZAZIONE DEI DATI CONOSCITIVI IN UN SISTEMA INFORMATIVO Arkis è stato ideato e realizzato da due ricercatori dell’Istituto ITABC del CNR di Roma. L’organizzazione dei dati relativi alla chiesa di San Nicola: 1 - permette di impostare una solida base per chi in futuro vorrà effettuare un progetto di recupero della struttura, 2 - può essere un buon supporto per la redazione di un progetto di conservazione, nell’ottica di manutenzione, 3 - può rimanere solo un database informativo utile ai fini della conoscenza del manufatto storico. IL SISTEMA INFORMATIVO ARKIS Arkis (Architecture Recovery Knowledge Information System) è un sistema informativo di tipo GIS, sfrutta cioè tutte le potenzialità dei sistemi informativi territoriali ma le applica ad un elemento architettonico introducendo una serie di funzionalità specifiche proprie della scala architettonica. I GIS (Geographical Information System) sono “sistemi informatizzati per l’acquisizione, la memorizzazione, il controllo, l’integrazione, l’elaborazione e la rappresentazione di dati che sono spazialmente riferiti alla superficie terrestre” (Gastaldo G., Panzeri M. (a cura di), Sistemi informativi geografici e beni culturali, CELID, Torino 2000, p. 55). Con Arkis è quindi possibile archiviare, visualizzare ed analizzare informazioni eterogenee relative al patrimonio storico-architettonico, creando una valida base per un eventuale progetto di conservazione, per la previsione di una conservazione programmata, per la valutazione dei costi di cantiere o per il monitoraggio sui beni culturali. Frutto di una sperimentazione riguardante l’introduzione delle ICT (Information Communication Technologies) per la comunicazione multimediale dei beni culturali portata avanti dall’ITABC del CNR. Comunicazione di informazioni eterogenee (dati dimensionali e morfologici, aspetti qualitativo-descrittivi, come lo stato di degrado o la composizione materica,...), in un unico spazio informatico.

Sistema informativo Arkis

Applicazione di GIS verticale: una superficie di un manufatto architettonico può essere trattato come un territorio, su cui tracciare diversi temi. I dati relativi a temi diversi vengono rappresentati su layer diversi, in modo che, su ognuno di essi siano presenti informazioni e entità omogenee. Ad ogni entità di ogni tema vengono associate tabelle, database, pagine di testo in cui sono inseriti tutti i dati relativi ad essa. Ad ogni entità grafica (dato geometrico, come ad esempio, un’immagine raster derivata dal rilievo fotogrammetrico o una restituzione vettoriale del manufatto), sono associati dei dati alfanumerici (dato descrittivo, come ad esempio, notizie storiche, patologie di degrado,...), consultabili e modificabili in qualsiasi momento. La georeferenziazione, rende il manufatto misurabile e su di esso sono tracciate delle entità, univocamente identificabili. Il programma è in continua implementazione: temi e campi vengono continuamente aggiunti. Questo conferisce al programma flessibilità e possibilità di essere migliorato e di adattarsi ai diversi casi studio. L’uso di vocabolari rende possibile la fase di consultazione dei dati: i diversi temi infatti sono organizzabili secondo un qualsiasi campo della finestra di dialogo, consentendo la creazione di una “legenda”, necessaria ad una più immediata comprensione dell’oggetto.


LA STRUTTURA DEI DATI Aree tematiche presenti nel programma al momento: • rilievo fotogrammetrico; • fondazioni; • strutture verticali; • strutture orizzontali; • scale; • coperture; • elementi di completamento e decorativi; • materiali lapidei; • altri materiali; • campioni murari; • analisi stratigrafia muraria; • degrado ambientale; • degrado strutturale; • degrado chimico-fisico-biologico; • degrado tipo-morfologico; • intervento; Se uno di questi campi non è di alcun interesse per il manufatto da censire può essere eliminato, così come, con opportune conoscenze di programmazione può essere inserito un nuovo tema se necessario.


Raccolta ed inserimento dati relativi a: • anagrafica; • iconografia; • geometria; • struttura, tecnica costruttiva e materiali; • analisi storico-architettonica; • degrado (causa/effetti); • interventi.

Aspetti storici

Aspetti dimensionali

Aspetti formali

Aspetti distributivi

Evoluzione nella storia

Immagini attuali storiche

Grafici

Acquisizione e rappresentazione dei dati risultanti dalle operazioni di rilievo; tutti i successivi livelli di analisi sono ad essa collegati: immettendo piante, prospetti e sezioni, si renderà possibile la scelta della vista che permetterà l’accesso all’interfaccia contenente tutti i successivi dati conoscitivi.

Degrado ambientale (alterazioni antropiche riferite al contesto in cui è inserito il manufatto e le condizioni del sistema aria, acqua e suolo); Strutturale; chimico-fisico-biologico (supportate dal lessico Normal); tipo-morfologico (modifiche apportate all’edificio nel corso della sua “vita”, sia in seguito a cambiamenti di funzione e destinazione d’uso (ad esempio, aggiunte e demolizioni), sia dovute ad interventi di altra natura).


PRINCIPALI FUNZIONALITA’ DEL SISTEMA • perimetrare aree associate a specifici tematismi, aprendo automaticamente le schede in cui inserire i dati descrittivi relativi alla nuova entità seguendo i campi e utilizzando dei vocabolari prestabiliti; • codificare automaticamente ogni nuova entità, garantendo i collegamenti tra le diverse scale e aggiornando l’archivio dei database; • consentire operazioni di overlay attivando più temi; • eseguire operazioni di query; • calcolare aree, perimetri e percentuali di superfici di interesse; • visualizzare immagini di particolari e restituzioni di rilievi; • operazioni di analisi interattiva.


Tecnologie applicate ai beni culturali

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