Digital Twin, BIM, GIS, IoT e AI: l’evoluzione della geomatica per il futuro del costruito

Negli ultimi anni, la geomatica ha assunto un ruolo sempre più centrale nella trasformazione digitale del patrimonio costruito. Tecnologie come il laser scanning, la fotogrammetria e la modellazione 3D stanno ridefinendo il modo in cui raccogliamo, interpretiamo e utilizziamo i dati spaziali, consentendo la creazione di digital twin sempre più accurati e utili per la gestione, la manutenzione e la valorizzazione degli edifici, sia storici che contemporanei.

L’integrazione con modelli BIM, sistemi GIS e dispositivi IoT apre scenari ancora più ampi: dalla scala dell’edificio a quella urbana, dalla documentazione alla pianificazione intelligente.

Ne abbiamo parlato con Domenico Santarsiero, esperto del settore, per comprendere meglio il potenziale della geomatica, le sue applicazioni più avanzate e le prospettive per una reale digitalizzazione del costruito.

  

Geomatica per il patrimonio costruito

Caro Domenico, cosa si intende oggi con geomatica per la gestione del patrimonio costruito e quali sono le tecnologie più diffuse e abilitanti in questo ambito?

 

Quando si parla di patrimonio del costruito, ci si riferisce in primo luogo al mondo dell’AEC (Architecture, Engineering & Construction) e del contesto urbano. Tuttavia, è fondamentale considerare anche le interazioni con l’ambiente, il clima e altri fattori come ad esempio la sismicità. Quest’ultima rappresenta una componente particolarmente rilevante nel contesto italiano, ma anche in molti altri Paesi dove i modelli costruttivi e le normative sono meno evoluti. L’ultimo terremoto in Myanmar lo ha ricordato, qualora ce ne fosse ancora bisogno.

In questo contesto, la geomatica non si limita a un ruolo di semplice “gestione”, ma costituisce la base informativa e tecnica per l’intero ciclo del costruire. Dalla rilevazione dello spazio di progetto all’analisi, verifica, dimensionamento e monitoraggio, fino alla gestione operativa e al controllo del prodotto finale. Si va dalla geografia al disegno dei luoghi, attraverso rilievi geo-topografici avanzati, integrati con metodologie ormai consolidate come la progettazione BIM, e non solo.

 

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Dal rilievo 3D al Digital Twin

Negli ultimi anni, il concetto di Digital Twin ha assunto un ruolo centrale nel mondo dell’AEC, diventando un punto d’incontro tra modellazione 3D, sensoristica e gestione intelligente del costruito. In questo scenario, la geomatica svolge un ruolo di primaria importanza, non solo per la creazione di modelli tridimensionali ad alta precisione, ma anche per la qualità, la densità informativa e l’adeguatezza del dato rispetto allo scopo progettuale o conservativo.

Da un lato, l’evoluzione delle tecnologie di rilievo ha ampliato enormemente le possibilità di rappresentazione e replica del mondo costruito. Dall’altro, l’acquisizione massiva di dati solleva nuove sfide in termini di gestione, elaborazione e sviluppo delle competenze. 

A fronte di questa trasformazione, come si sta evolvendo il concetto stesso di Digital Twin nel settore AEC? Quali tecnologie rappresentano oggi il vero punto di svolta per garantire modelli 3D precisi, informativi e funzionali agli obiettivi progettuali o conservativi?

  

Il tema è certamente complesso e in continua evoluzione. Nell’ambito AEC, e in particolare dal punto di vista della geomatica, il concetto di Digital Twin si traduce principalmente nella capacità di realizzare modelli digitali 3D di edifici, monumenti o intere città che mantengano un livello adeguato di precisione, ricchezza informativa e densità numerica, in funzione degli obiettivi specifici del progetto.

Dal punto di vista strettamente tecnologico, l’evoluzione recente è piuttosto contenuta. Tuttavia, sia il modello concettuale che quello operativo hanno compiuto un grande salto in avanti grazie all’introduzione di due approcci innovativi basati sull’elaborazione delle immagini: il NeRF (Neural Radiance Fields) e il 3D Gaussian Splatting. A questi si affiancano le tecnologie che hanno segnato una vera e propria rivoluzione negli ultimi vent’anni, come la fotogrammetria di quarta generazione (SfM - Structure from Motion) e l’approccio SLAM applicato ai sistemi laser scanner. Questi strumenti hanno reso possibile la creazione di repliche digitali estremamente accurate e dettagliate del costruito, fino a intere città, come mai era stato possibile prima.

 

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Tecniche avanzate di rappresentazione e rendering 3D

Della tecnologia NeRF abbiamo già parlato su Ingenio. Lo stesso vale per l'approccio SLAM e SfM, di cui ci siamo già occupati in passato. Tuttavia, per completezza e chiarezza, ti chiedo: che cos’è esattamente il 3D Gaussian Splatting?

 

Il 3D Gaussian Splatting è una tecnica avanzata di rappresentazione e rendering 3D che consente di visualizzare scene tridimensionali in modo estremamente realistico e continuo, a partire da set di immagini acquisite da diverse angolazioni. A differenza dei tradizionali metodi basati su mesh o nuvole di punti, questa tecnica utilizza primitive volumetriche chiamate 3D Gaussians – ovvero distribuzioni tridimensionali di tipo gaussiano – per rappresentare la geometria e l’aspetto della scena.

Ogni "splat" è definito da una posizione nello spazio, una forma (covarianza), un colore e un'opacità, e contribuisce al risultato finale come una sorta di “pennellata” semi-trasparente proiettata sull’immagine. Il rendering avviene attraverso un processo chiamato rasterizzazione splatting-based, che permette una visualizzazione fluida, real-time e altamente dettagliata anche di scene complesse.

Il grande vantaggio di questo approccio è che unisce una qualità visiva fotorealistica a una notevole efficienza computazionale, rendendolo ideale per applicazioni come Digital Twin, realtà virtuale e visualizzazione interattiva di ambienti reali.

Rispetto a tecniche come NeRF (Neural Radiance Fields), il 3D Gaussian Splatting riduce sensibilmente i tempi di addestramento e di rendering, pur mantenendo un alto livello di dettaglio e fedeltà visiva.

 

Guardando al futuro, l’evoluzione dei Digital Twin sembra spingersi ben oltre la semplice modellazione 3D, aprendo scenari in cui l’interazione con il mondo costruito sarà sempre più immersiva e “intelligente”. Quali prospettive vedi all’orizzonte per questa tecnologia? E quali sono, secondo te, i limiti attuali – concettuali e tecnologici – che dovremo superare per avvicinarci davvero a una nuova dimensione digitale del reale?

 

L’evoluzione del Digital Twin rappresenta la prossima grande rivoluzione digitale. Si prospetta un futuro in cui mondi remoti diventeranno esplorabili come mai prima, consentendo un’interazione con la realtà – e in particolare con il mondo costruito – che oggi potremmo definire quasi fantascientifica.
Anche grandi player come Apple e Google si stanno muovendo in questa direzione, puntando a superare i limiti attuali dell’imaging 3D, ancora ancorato all’uso statico delle immagini, seppur tridimensionali. Le immagini, infatti, restano parte della componente “vision” e non rappresentano ancora pienamente l’essenza del “digitale”.

Quanto al metaverso, è una visione ancora lontana e, per certi versi, già limitata nei suoi presupposti. Potrà forse evolvere solo attraverso una trasformazione radicale dell’umano, ipotizzabile – se mai – solo in uno scenario di transumanesimo, non prima di diverse centinaia di anni.

 

Geomatica e Catasto

Negli ultimi decenni, anche il sistema catastale ha vissuto importanti trasformazioni, sia sotto il profilo normativo che tecnologico. Quali sono stati, secondo te, i momenti di svolta più significativi nell’evoluzione delle informazioni catastali? E quali sfide restano ancora aperte, soprattutto in vista dell’introduzione del 3D e dell’integrazione con strumenti cartografici più avanzati?

 

Le informazioni catastali hanno attraversato diverse fasi di trasformazione, a partire dalla storica Circolare Ministeriale n. 2 del 15 gennaio 1987, che rappresentò un primo momento di svolta nel processo di gestione degli atti di aggiornamento, introducendo procedure specifiche e strumenti di calcolo dedicati. Un’evoluzione culminata con l’implementazione della cartografia catastale digitale, nota come WEGIS, che ha segnato un punto di riferimento fondamentale sul piano operativo e tecnologico. Quest’ultima ha rappresentato una vera e propria rivoluzione, sia dal punto di vista operativo che tecnologico, ponendosi come un riferimento senza eguali nel panorama cartografico nazionale. A differenza di altri ambiti, infatti, nemmeno la cartografia ufficiale dello Stato, prodotta dall’IGMI, o quella sviluppata da alcune Regioni, ha raggiunto un livello di innovazione paragonabile. Su Ingenio è stata pubblicata un'interessante intervista a Claudio Fabrizi - Direttore Centrale Servizi Catastali, Cartografici e di Pubblicità Immobiliare -  e dedicata all'innovazione tecnologica nelle informazioni catastali >>> Leggi l'intervista.

Tuttavia, il quadro italiano resta paradossale: sebbene viviamo nell’era del GIS diffuso, in ambito urbanistico e tecnico la cartografia maggiormente utilizzata è spesso una “non cartografia”, basata su strumenti generalisti come Google Maps o, più recentemente, su OpenStreetMap.

Va ricordato che il mondo della cartografia è estremamente complesso, non solo dal punto di vista tecnico-matematico, ma anche sotto il profilo storico e procedurale.

La prossima grande rivoluzione per il catasto sarà l’introduzione del 3D, già realtà in alcuni Paesi del Nord Europa. In Italia, tuttavia, è probabile che ci vorranno ancora diversi anni prima di vederne un’adozione diffusa.

 

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Dal singolo edificio alla città

L’integrazione tra modelli 3D su scala edilizia e urbana è un tema tanto affascinante quanto complesso, sia sul piano tecnico che culturale. Ne abbiamo parlato anche di recente in un articolo a tua firma, insieme a Luigi Proietti >>> Leggi l'articolo. Ma qual è, secondo te, la situazione reale oggi? Quali sono gli ostacoli principali che ne stanno frenando l’adozione? E soprattutto, possiamo immaginare un futuro in cui strumenti avanzati capaci di connettere queste due scale diventino parte integrante della pianificazione urbana?

 

Lo spazio concettuale necessario per far coesistere modelli 3D su scala edilizia e urbana è vasto e disseminato di insidie, sia tecniche che tecnologiche. In effetti, solo in scenari visionari – alla Mad Max, per intenderci – abbiamo assistito a un uso spinto del 3D per rappresentare le città del futuro. Nella realtà, però, è molto più difficile comprendere quale direzione prenderà questo sviluppo.

GIS e BIM convivono da oltre trent’anni, e sono almeno venticinque anni che si discute dei cosiddetti 3D City Models, che avrebbero dovuto rappresentare il primo passo concreto verso una modellazione tridimensionale delle comunità urbane. Tuttavia, almeno in Italia, non si intravede un futuro particolarmente promettente su questa linea evolutiva.

Il vero sogno sarebbe rappresentato dai 3D City Information Modeling, sistemi avanzati e integrati in grado di restituire la complessità urbana in modo dinamico e aggiornabile. Ma anche questa prospettiva, realisticamente, sembra destinata a rimanere confinata nell’ambito della sperimentazione. In Italia, potremmo dover attendere anche un secolo prima di vederli applicati su scala ampia.

A dimostrazione di quanto la questione sia ancora lontana dalla concretezza, posso citare un recente scambio con un collega geomatico in ambito universitario: alla mia domanda su una possibile previsione per i 3D City Models, la sua risposta è stata tanto netta quanto disillusa – “non li vedremo mai”.

La potenza delle tecnologie 3D e del mondo geospaziale è sotto gli occhi di tutti. Il vero limite, però, resta l’uomo: non siamo ancora pronti a gestire una complessità di questo livello. Per il momento, possiamo solo accontentarci di iniziative isolate, di progetti pionieristici portati avanti da comunità locali con visione e volontà di innovare.

 

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Dati spaziali e IoT

In che modo la geomatica può dialogare con i dispositivi IoT per una gestione evoluta degli edifici e degli spazi urbani?

 

L’IoT interagisce con la geomatica a partire da un’esigenza primaria e ancestrale: il “sapere dove”. La maggior parte dei miliardi di oggetti e dispositivi connessi che alimentano l’Internet of Things si basa infatti, prima di tutto, sulla localizzazione. Questa informazione fondamentale viene ottenuta attraverso diverse tecnologie geomatiche, a cominciare dai sistemi GNSS, ma non solo.

L’IoT rappresenta dunque l’integrazione tra il “sapere dove” e il “sapere cosa”, contribuendo alla costruzione di una conoscenza strutturata che, in molti casi, può rivelarsi fondamentale – se non vitale. L’automazione a scala territoriale, quindi geografica, richiederà sempre più informazioni geomatiche legate all’IoT.

Mapping, localizzazione, percorsi, informazioni di prossimità, pairing sociale, o funzionale, fanno parte della neogeografia, che dominerà sempre più la nostra vita, insieme ai “sensori sempre connessi”, sia a scala territoriale che locale (edifici, etc.).

 

NEOGEOGRAFIA: COS'E'
La neogeografia è l’insieme di pratiche e tecnologie che permettono a utenti non specialisti di creare, condividere e utilizzare informazioni geografiche, spesso tramite strumenti web e dispositivi mobili. Combina cartografia partecipativa, GPS, open data e piattaforme collaborative come OpenStreetMap o Google Maps.

 

Uno sguardo al futuro

Possiamo immaginare in futuro un ecosistema integrato, in cui Geomatica, Digital Twin, BIM, GIS e IoT cooperino all’interno di piattaforme digitali condivise per la gestione del costruito e dello spazio urbano?

 

L’evoluzione della geomatica si articola lungo diverse linee applicative, che non vanno confuse con le tecnologie operative: queste ultime assumono un ruolo centrale per la specificità e la quantità dei dati che restituiscono. Tuttavia, questo non deve indurre a pensare che la geomatica sia una disciplina semplice o alla portata di tutti.

Alla sua base restano saldi i fondamenti della matematica applicata alle scienze della Terra, della trigonometria e della scienza delle misure, in tutte le loro declinazioni. I principi di fondo non sono cambiati molto, ma oggi la vera sfida risiede nella gestione dell’enorme mole di dati generati, che spinge molti ambiti applicativi della geomatica verso la dimensione dei Big Data. In questo scenario, strumenti come la Geo-AI offrono un valido supporto.

 

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Così come si sono evolute le scienze della Terra nel loro complesso, anche la geomatica ha seguito un percorso di continua trasformazione. Oggi, il vero nodo non è tanto “rilevare i dati”, quanto saperli interpretare e sintetizzare. Non basta possedere un drone e scattare migliaia di immagini per fare una buona fotogrammetria, così come non è sufficiente guardare decine di video tutorial per diventare un esperto geomatico.

Servono conoscenze solide e strutturate, fondate sulla complessità matematica e sull’approccio rigoroso delle scienze geospaziali. Il mondo del 3D, della realtà aumentata, del positioning, della navigazione assistita e autonoma, dell’indoor mapping e della geografia intelligente – fino alla neogeografia – rappresentano il naturale orizzonte di applicazione di una disciplina che resta, prima di tutto, scienza.

 

Grazie Domenico per la disponibilità e per aver condiviso con noi un’analisi puntuale e articolata sull’evoluzione della geomatica e sulle sue applicazioni nei processi di digitalizzazione del costruito.

 

Geomatica: disciplina strategica per la digitalizzazione del costruito

Dall’integrazione tra rilievi 3D e Digital Twin, fino al dialogo tra BIM, GIS, IoT e Intelligenza Artificiale, l’intervista con Domenico Santarsiero ha evidenziato quanto la geomatica sia oggi una disciplina strategica nella digitalizzazione del costruito. Non si tratta solo di tecniche di rilievo o rappresentazione spaziale, ma di un ecosistema complesso, in cui conoscenze scientifiche, strumenti avanzati e capacità interpretativa devono coesistere per gestire in modo consapevole edifici, infrastrutture e intere città.

Lontano da facili semplificazioni, Santarsiero ci ricorda che la vera sfida non è “rilevare” ma dare senso ai dati, costruendo modelli intelligenti e realmente utili per la gestione, la pianificazione e la sostenibilità del territorio. È in questa direzione che si muove anche il concetto di geografia intelligente, un orizzonte sempre più vicino grazie all’uso combinato di neogeografia, sensoristica, geo-AI e piattaforme digitali collaborative.

In un contesto così dinamico e in continua trasformazione, Ingenio rinnova il suo impegno nella divulgazione tecnica di qualità, offrendo spazi di approfondimento, confronto e aggiornamento dedicati ai professionisti dell’AEC. Attraverso contributi come questo, vogliamo continuare a promuovere una cultura progettuale e tecnologica sempre più consapevole, competente e aperta all’innovazione.

 

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Per approfondire sul tema, consulta le news e gli approfondimenti raccolti nei Topic di Ingenio dedicati ai temi della Geomatica, Rilievo 3D, GIS, Droni, Digital Twin, BIM e Digitalizzazione.

Inoltre, puoi approfondire leggendo questi volumi curati e scritti da Domenico Santarsiero e altri.

• Fotogrammetria con i droni- un volume il cui scopo è introdurre la fotogrammetria nell’era dei droni.
• Droni per l’innovazione - un volume datato 2015, quindi precursore della diffusione dei droni nel campo della geomatica operativa
• Raccolta monografica - una racconta monografica dal primo convegno sulla fotogrammetria nell’era dei droni.