Il 3D utile per il mondo dell’AEC

Il 3D per il rilievo, la modellazione e la produzione additiva

Il motivo di questa nota editoriale è piuttosto semplice da spiegare, poiché ci troviamo di fronte a una naturale evoluzione dell'approccio tradizionale alla documentazione tecnica, che sarà sempre più proiettata verso il 3D, pur continuando ad utilizzare nella pratica anche elaborati in 2D. Il ruolo del 3D, infatti, è sempre più prominente nel settore dell’architettura, dell’ingegneria e delle costruzioni (AEC - Architecture Engineering Construction).

Attualmente, il mondo del 3D, che comprende innovative tecniche di rilievo, la modellazione e addirittura la produzione additiva (Additive Manufacturing o Stampa 3D), coinvolge i professionisti dell’AEC in un approccio olistico in termini di progettazione, costruzione e gestione del costruito. La modellazione 3D non è certamente una novità; è già da due o tre decenni che viene utilizzata in campo tecnico, in modalità più o meno evoluta.

Questi discorsi sono già stati ampiamente discussi su INGENIO, tra i riferimenti anche un breve articolo dal titolo esplicativo “ La fase convergente del 3D ”.

Oggi, la vera novità risiede nell’uso di strumenti e soluzioni già considerate mature e largamente diffuse dai grandi players dell'evoluzione tecnologica.

Nel campo del rilievo non possiamo non menzionare la normalizzazione dei sistemi LIDAR On Chip, o anche Lidar a Stato Solido, di cui abbiamo già parlato in diverse occasioni all'interno del topic Geomatica di INGENIO , come nella breve nota dal titolo " iPAD porta l’innovazione nel BIM " che insieme al collega Michele Vicentino abbiamo scritto qualche anno fa.

Sono già molte le note editoriali che abbiamo pubblicato relativamente al mondo del 3D, eppure la complessità del percorso rimane tuttora uno spartiacque che non sarà facile colmare, per diversi motivi, non ultima la vera complessità di passaggio da un mondo che abbiamo sempre rappresentato e gestito su due dimensioni, come se fossimo nella “Flatlandia” di Edwin Abbot, a un mondo rappresentato su tre dimensioni.

Negli ultimi anni, la stampa 3D ha compiuto notevoli progressi, anche se rimane ancora una tecnologia di nicchia per la produzione di un'ampia ma comunque limitata gamma di oggetti fisici. Progetti come il ponte stampato in 3D presentato da Zaha Hadid Architects, ad esempio, sono ancora rari, ma è ragionevole essere fiduciosi poiché molti altri seguiranno. Zaha Hadid Architects e l’ETH di Zurigo hanno fatto cose strabilianti nell’ambito del 3D printing.

Questo dimostra che il 3D non è rimasto solo un sogno confinato nel digitale, nel flop del metaverso, ma si tratta di una solida realtà che darà grandi risultati a una evoluzione tanto auspicata quanto sfidante, che comunque possiamo già intravedere nella quotidianità tecnica di chi oggi rileva, progetta e costruisce. Lasciamo da parte le premesse e esploriamo le potenzialità del 3D.

Lo spartiacque del 3D nel mondo dell’AEC

Il 3D secondo il mio personale parere c'è sempre stato. L’uomo ha imparato a muoversi nel mondo della geografia di prossimità e non ha avuto difficoltà nel comprendere ciò che oggi chiamiamo terza dimensione (3D), ovvero quella dimensione naturale che spesso chiamiamo con il termine “spessore”; dimensione che esiste ed è sostanza, materia, spazio.

Contrariamente a quanto comunemente si pensa, abbiamo dovuto elaborare complessi ragionamenti mentali per descrivere dettagliatamente il mondo in due dimensioni. Niente da temere, il 3D è qui e lo dimostra in molteplici modi, in primis attraverso il Building Information Modeling (BIM) , ovvero la metodologia di progettazione, costruzione e gestione degli edifici che si basa sull'uso di modelli tridimensionali digitali per rappresentare fisicamente e funzionalmente gli elementi che compongono una struttura edilizia.

Oggi, la sfida per molti professionisti tecnici consiste nell'adattarsi e nell'implementare il mondo del 3D nella quotidianità del proprio lavoro.

Se suddividiamo il mondo del 3D in quattro segmenti sulla base dell’interesse/funzione/uso, possiamo cominciare a comprenderne le diverse le potenzialità.

Progettazione, simulazioni, creatività

Il settore “primordiale” del 3D ha origine nella progettazione, nei lavori di simulazione e nella creatività. Questi tre settori non hanno mai smesso di crescere. È sufficiente pensare al mondo dei videogiochi, del cinema e del rendering, dai quali abbiamo derivato numerosi approcci per il mondo della geomatica e dell’AEC. Infine, possiamo pensare al metaverso anche se allo stato attuale sembra non essere ancora decollato come ci si prospettava; forse tra una decina di anni saremo in grado di fare un bilancio più dettagliato in termini di interesse/funzione/uso.

Rilievo e Digital Twin

È l’applicazione del 3D che più ci interessa in ambito geomatico, almeno per chi il “Real 3D” o anche il “Reality Capture 3D” lo costruisce, lo maneggia o lo applica con lo scopo di rappresentare la “realtà misurata”. Il rilievo ha anche lo scopo di definire gli elementi generali ed ufficiali, come la geolocalizzazione , l’allineamento cartografico ai vari livelli necessari, come l’integrazione con i dati di proprietà catastali, ed altro ancora. Possono essere qui comprese le reti tecnologiche, che però in genere fanno parte di un approfondimento tecnico già in ambiente BIM.

Riproducibilità e Replica

Si collega direttamente al punto di cui sopra. Realizzare la replica di un oggetto, di piccole o grandi dimensioni, è sempre un’operazione che coinvolge il mondo del 3D. L’oggetto fisico reale, o lo stato dei luoghi, oggi si possono acquisire anche attraverso metodologie di rilievo 3D. La replica visiva misurabile è già disponibile con strumenti semplici dell’Image 360°. Camere fotografiche integrate da Lidar di base, fanno della replica visiva e metrica un prodotto ormai semplice e alla portata di tutti. La replica fotorealistica di un oggetto fisico, o dello stato dei luoghi, può essere di supporto agli studi professionali poiché consente di documentare misure e immagini attraverso un modello 3D continuo e navigabile, utile in molteplici attività: dalla progettazione alla realizzazione del modello BIM, ma anche semplicemente come sistema per la gestione dello stato di avanzamento dei lavori o per la progettazione degli impianti.

Asset e Repository 3D

Lo sviluppo del 3D riguarda ormai asset e prodotti di diversa natura per la progettazione. Dagli arredi, alle componenti base di un progetto come strutture, travi, impianti etc. che vengono raccolte in librerie di oggetti 3D. I principali software 3D, già a partire del semplice Trimble SketchUp e similari, oltre alle funzionalità di disegno 3D, contengono al loro interno librerie di modelli 3D di componenti per l’edilizia e l’arredamento. Nel campo dei repository ancora più espansi, possiamo menzionare ad esempio SketchFab che recentemente ha incorporato anche software per la fotogrammetria ed altro. Se dalla scala dell’edificio passiamo a quella urbana e sul web digitiamo la parola chiave “3D City” possiamo accedere ad archivi e modelli 3D di intere città , anche se per l’Italia sono disponibili soli pochi esempi, ma che dimostrano l’esistenza di diversi interessi.

Un uso utile delle tecnologie

La diffusione delle Tecnologie dell’Informazione (IT) e, in particolare, quelle nel campo della geomatica, procede incessantemente da oltre 40 anni. In effetti, in questo momento, si osserva un'abbondanza di soluzioni, tecnologie e opportunità praticamente infinite per l'elaborazione dei dati.

In aggiunta, grazie allo sviluppo dei servizi cloud, ora chiunque può accedere a risorse di calcolo ed elaborazione dati. Questo processo favorisce ciò che comunemente viene definito "democratizzazione della tecnologia", consentendo a professionisti che non possono o non desiderano investire in tecnologie in house di accedere a risorse professionali e avanzate in cloud.

In questo momento, tra le tecnologie di punta nel campo del rilievo 3D , troviamo:

Tecnologia SLAM - Comprende sia sistemi tradizionali basati sull' acquisizione LIDAR e immagini, che soluzioni Visual SLAM , che si basano esclusivamente sull'uso delle immagini per generare nuvole di punti. Questi ultimi, caratterizzati da una selezione di produttori più limitata, offrono un approccio di rilievo sul campo semplice e alla portata di tutti, simile a quelli tradizionali ma con costi notevolmente più accessibili e un rapporto costi/benefici molto vantaggioso.

Image 360° - Oltre alle classiche fotocamere a 360°, disponibili anche su piattaforme come Amazon, e escludendo quelle di fascia alta generalmente associate a sistemi avanzati come i Mobile Mapping Systems (MMS) , possiamo considerare anche i sistemi ibridi che combinano immagini con sistemi LIDAR a basso costo. Questi consentono il rilevamento di interni ed esterni, la generazione di nuvole di punti e l'accesso a servizi cloud per elaborazioni più complesse, con la possibilità di ottenere direttamente piante o prospetti già in fase di rilevamento. Originariamente concepiti per il settore immobiliare, questi sistemi stanno emergendo come le applicazioni di rilievo 3D più efficaci.

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