Come ti faccio il 3D di un'intera città da zero (no BIM)

Come realizzare un modello 3D di una città

Per avere il modello 3D di una città ci sono solo 2 strade: acquistandolo da un fornitore di dati geospaziali , o facendolo in proprio, secondo specifiche ad hoc. In questo ultimo caso il modello digitale 3D potrà essere certificato per diversi scopi ed applicazioni.

Realizzare un modello 3D di un’intera città, non è di per sé difficile, ma la difficoltà sta nel coniugare la complessità, la precisione e la fedeltà geometrica e cromatica in un solo prodotto.

Scenari operativi, tipologie di dati e workflow operativi

In generale la differenziazione dei modelli 3D si basa su diversi fattori chiave, che spaziano dalle questioni proprie della geometria dei solidi applicati al contesto delle costruzioni e dell’ambiente urbano, ma anche e soprattutto alle differenze funzionali della complessità di oggetti di uno scenario di piccola o vasta scala.

In primis proviamo a definire una segmentazione degli oggetti come segue.

3D CITY MODEL: SEGMENTAZIONE DEGLI OGGETTI

• Complesso edilizio o urbano
  • Singoli edifici
    • Tetti
    • Facciate o superfici piane, curve e articolate
    • Poligono di base a terra

• Terreno
• Arredi urbani
• Reti di infrastrutture
• Complesso di aree verdi e/o vegetazione, etc.

Tab.1 - Segmentazione di massima degli oggetti di un 3D City Model.

Al di là delle questioni di posizionamento geografico, forma ed elementi geometrici visibili o no, topologia ed altro, esistono poi altre peculiarità di rappresentazione 3D del mondo costruito e non. Uno tra questi è ovviamente la componente cromatica degli oggetti, ovvero delle superfici. Questa componente del rilievo, e poi della rappresentazione, costituisce un tema a sé stante, poiché in primis la rappresentazione riguarda la forma e le dimensioni reali degli oggetti in 3D che andiamo a definire e codificare secondo standard normalizzati, in diversi settori e per diverse scale di definizione, rappresentazione e funzione.

Non possiamo infatti dimenticare che le funzioni legate ai 3D City Model, non riguardano meramente il modello 3D di per sé, ma il tutto è legato a informazioni di natura diversa, come proprietà, classificazione, funzioni e subset informativi di natura anche complessa. Aspetti quindi molto più complicati che i semplici modelli 3D. Si pensi ad un Sistema Geografico Urbano, oppure all’ormai consolidato mondo del BIM , dove dalla geometria si passa ai materiali, e alle componenti strutturali, impianti (MEP), e un’altra infinità di informazioni.

Dal rilievo alla rappresentazione: fonti dati, dataset, metodi di rilievo e rappresentazione

Un altro aspetto del problema generale dei modelli 3D, nonché delle operazioni tecniche di restituzione, finalizzate alla rappresentazione dei dati, riguarda la questione della componente cromatica dei modelli.

È chiaro che la sola rappresentazione della geometria quasi mai soddisfa le esigenze del progetto e per lo più oggi si è alla ricerca di una modellistica 3D che, al di là dell’aspetto tecnico e funzionale al progetto, abbia anche le potenzialità dell’aspetto comunicativo, e quindi che si avvicini al mondo del fotorealismo.

Possiamo assicurare al lettore che passare dal mondo del rilievo e della rappresentazione a scopi tecnici a quello dei modelli fotorealistici non è per nulla scontato, per fare questo la forma è tutto, ovvero il sedime geometrico su cui proiettare la realtà cromatica, che spesso e volentieri è difficile da catturare nella sua interezza.

Pertanto il mondo del 3D professionale, deve attenersi a delle regole che sono l’espressione della geometria di costruzione delle forme e dei contenitori, che devono oltretutto sottostare a tutte le regole imposte dagli standard operativi e de facto.

Uno per tutti il mondo del GML (Geography_Markup_Language) e del CityGML, oltre ovviamente a tutti i formati intermedi dei diversi applicativi che via via possono impiegare livelli diversi di astrazione del modello 3D.

Nella prassi consolidata, esistono perciò i processi che ogni professionista segue, ma che ha sperimentato prima, secondo un workflow e delle pipeline dei dati che vanno sottoposte a verifica, in termini di livelli e versioni dei linguaggi impiegati nella rappresentazione, fino al rilascio del modello completo dell’asset geo-cartografico 3D finale.

Le tipologie dei dati per la derivazione dei 3D City Model

In questo momento storico di evoluzione delle tecniche di rilievo per la grande e la piccola scala indifferentemente, le fonti dati rimangono le stesse da diversi anni, ma la diffusione dei sistemi LIDAR fa forse la vera differenza, poiché permette misure ampiamente certe, volumetriche e abbastanza precise per la maggior parte delle applicazioni.

Non può non mancare ovviamente il mondo classico delle immagini fotogrammetriche, siano esse di tipo tradizionale o inclinate.

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Il sistema di coordinate e i riferimenti geografici

Le produzioni di dataset geospaziali di tipo fotogrammetrici o LIDAR, devono essere inquadrati con le coordinate del riferimento ufficiale del progetto, o quello ufficiale dell’ente cartografico di riferimento.

É bene ricordare che le coordinate generiche di un sistema di rilievo come il laser scanner sono comunemente considerate piane per piccole porzioni di territorio. Al contrario, per grandi superfici, è necessario tenere in conto la trasposizione su un sistema a coordinate geografiche, le cui regole cambiano a seconda del sistema adottato.

Comunemente altri sistemi adottano semplicemente l’uso delle coordinate UTM derivate dal sistema GPS a bordo del sistema di rilievo. In altri casi le coordinate del dataset, sono assegnate mediante l’impiego dei GCP (Ground
Control Point) in fase di post-produzione della nuvola di punti, o del processamento di dataset fotogrammetrici.

In ogni caso, è bene stabilire e registrare tutte le informazioni relative ad eventuali trasformazioni di formati cartografici, poiché in fasi successive di lavoro, come ad esempio l’introduzione di dati di diversa provenienza, potrà rendersi necessario disporre dei parametri univoci di passaggio tra i diversi sistemi di riferimento in uso, cosi da far convivere informazioni di diversa provenienza in un riferimento unico del progetto/sistema di gestione e visualizzazione dei set cartografici 3D.

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L'articolo prosegue spiegando come classificare le informazioni delle nuvole di punti, come impostare le fasi di approntamento dei data set geospaziali di primo editing e illustra le fasi principali dell’elaborazione ed estrazione dei dati 3D. >>> SCARICA IL PDF