Il ruolo delle tecnologie GEOSPATIAL nel Digital Twin: stato dell’arte e marketplace nel futuro prossimo

Il Digital Twin (DT) è un’idea ancora non bene definita, anche se nella realtà è un concetto che cambia in funzione del segmento applicativo, pertanto l’applicazione del DT è variabile e coniugabile secondo il modello di riproducibilità del segmento applicativo, e pertanto difficilmente generalizzabile in termini di tecnologie, informazioni, e interazione tra uomo e sistema informativo digitale di contesto.

Una cosa è però chiara, almeno per il nostro approccio, ovvero per la nostra “replication culture”.

Ovvero, che una copia digitale non è altro che un contenitore geometrico, in cui sono raccolte le informazioni posizionate nello spazio 3D di un modello simile a quanto in architettura, è definito nello spazio materico della pipeline cognitiva di antica memoria kandinskyana.

Ovvero quel “punto linea superficie" che scompone la realtà in geometria essenziale, o che la ricompone attraverso metodi digitali o al limite attraverso il nuovo approccio allo spazio di manufacturing della stampa 3D.

La realtà però è fatta di materia e informazioni. Un processo che dal micro al macro in funzione del nostro punto di vista che deve ricomporre la realtà, a cui è necessario aggiungere informazioni di natura digitale.

In una certa idea di Digital Twin ecco quindi che compaiono i sensori, che in effetti digitalizzano fenomeni di ogni tipo, in maniera tale da poterli rappresentare all’interno di un modello digitale 3D, che nel mondo del GEOSPATIAL è di fatto un’informazione collocata spazialmente, ovvero che assume delle coordinate ben precise.

Ecco quindi che rilevare attraverso un processo di Reality Capture un’architettura, un bene culturale, uno spazio urbano o un’intera città, diventa fondamentale per poter approcciare ai modelli, replica del nostro mondo nello spazio 3D della computer grafica.

Al punto linea superficie della cultura della forma, aggiungiamo poi il colore, ovvero la texture. Ma in un processo di tipo digitale possiamo anche simulare la materia, i suoi parametri, la sua sintesi digitale, come nei sistemi di “Digital Sculpting” in cui una delle funzioni è la sensazione del ritorno di forza, elemento essenziale per simulare la sensazione della nostra mano che dipinge, scolpisce, opera con il riflesso del materiale.

Nel DT esteso, alla stessa maniera, l’idea consolidata è quella di avere dei veri e propri sensori collocati sull’oggetto fisico, e che restituiscono in qualche maniera le informazioni o parametri digitali delle quantità e delle informazioni disponibili sul modello fisico reale.

A dire il vero, quando si parla di DT in campi diversi dal 3D modeling di spazi e architetture, il concetto cambia fortemente, anche se la forma il più delle volte deve seguire quella reale, affinché l’utente che percorre il modello digitale, possa in qualche modo ritrovare i suoi parametri di geografia, forma e somiglianza più stretta con la realtà.

D’altronde il concetto di “Digital Twin” nasce ben oltre 50 anni fa (1970), quando vengono implementati diversi simulatori per capire cosa succedeva a circa 330.000 km dalla terra, dove a causa di un guasto critico sull'Apollo 13, si doveva risolvere un serio problema, per far rientrare l’equipaggio della navicella spaziale sani e salvi sulla terra. Chi volesse approfondire, può leggere un interessante articolo sul blog della SIEMENS, intitolato proprio "Apollo 13: The First Digital Twin", in cui viene raccontata per filo e per segno la complessa faccenda.

Ma è con il libro Mirror Worlds di David Gelernter che nacque la cultura del DT, anche se poi fu nel 2002, che M.Grieves in una conferenza della Society of Manufacturing Engineers negli USA, propose il primo “gemello digitale” come modello concettuale alla base della gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM). Fino ad allora il concetto di gemello digitale era conosciuto con nomi diversi (ad esempio, gemello virtuale), fino a che John Vickers della NASA non ne definì i contorni, in un rapporto sul piano delle attività delle missioni spaziali.

Informazioni GEOSPAZIALI e Digital Twin

E’ chiaro che il complesso di informazioni del Digital Twin si basa sulla cooperazione informativa di quanto viene prodotto dagli strumenti delle tecnologie geospaziali, che come sintetizzato in figura 2, si avvale di sistemi TLS, sistemi LiDaR a bordo di smartphone e tablet, immagini 360°, dati di positioning geospaziale, droni, sistemi GPR (georadar), ma anche sistemi di hosting su cloud o servizi SaS.

Il Reality Capture, al di là del complesso di mantenimento e fruizione del Digital Twin che si basa sulle strutture IT della computer grafica, pone sempre il problema della definizione della posizione e dell’orientamento, oltre alla componente metrica che ci permette di misurare il modello, rispettando le sue dimensioni reali.

Il futuro del Digital Twin

La definizione dei confini del Digital Twin nell’ambito delle Informazioni Territoriali e dell’AEC è ovviamente ancora in discussione su molti tavoli culturali e tecnici, come ben si evince dai riferimenti usati per scrivere questa nota, ma la direzione sembra certa e senza grosse novità, se non la definizione dell’approccio più o meno scientifico e pratico al problema.

Dopo di che è un problema di cultura e di semplificazioni più o meno avanzate, è un fatto personale e di cultura in generale, piuttosto che tecnica, e quanti anni ci vorranno affinché il DT diventi una realtà che conta, e soprattutto che sia utile, è difficile dirlo.

• I. Tutti i casi d'uso avanzati di digital twin si basano su dati spaziali (Geospatial Digital Twins).
• II. I dati geospaziali sono fondamentali per sbloccare un maggior numero di applicazioni possibili, nell'ecosistema del Digital Twin.
• III. I servizi di acquisizione dei dati spaziali, da parte dell'industria geospaziale, possono consentire una migliore visualizzazione con alternative a basso costo.

Dal punto di vista della nostra esperienza, il problema segue l’altro trend sul digitale rispetto alle città come elemento necessario a fare decollare alcuni approcci, e l'intera economia di filiera. Stiamo parlando dei cosiddetti 3D City Models, di cui nel comparto della geomatica se ne parla più o meno da 10-15 anni, ma di cui ancora stiamo vedendo pochi e limitati esempi, e tutti fuori dall’Italia.

In Italia se è del caso se ne parla e si fanno, solo a scopo “culturale”, e gli unici modelli 3D delle città, vengono a farli gli altri per noi, come è il caso di Firenze, dove la realizzazione era finalizzata a scopi più ludici che tecnici, con buona pace della necessità del Digital Twin globale di cui avremo bisogno con l’avvento della mobilità autonoma che si affaccia all’orizzonte.

D’altronde se il crollo del ponte Morandi è colpa delle decine di condannati in primo grado, che pur sapendo che era a rischio crollo, hanno nascosto e falsificato i dati ma non i loro stipendi, è lecito che molti di noi nutrano dubbi che in Italia in generale, qualsiasi fenomeno di evoluzione tecnologica sia solo un problema di presentabile facciata, e lo stesso potrà accadere con l’evoluzione del DT.

Riferimenti
1. WGIC Policy Report 2022/01.
2. Reality Capture: A Digital Twin Foundation, a cura di Digital Twin Consortium.
3. TLS - Terrestrial Laser Scanner.
4. LiDaR - Light Detection and Ranging
5. AEC - Architecture Engineering and Construction
6. SLAM -Simultaneous Localization and Mapping
7. 3D City models