Progetto VERBuM: la realtà virtuale e aumentata a supporto del recupero e restauro

Nel processo di restauro e recupero dei beni architettonici la gestione delle informazoni è complessa. Il progetto VERBuM “Virtual Enhanced Reality for Building Modelling” si inserisce nel campo di studio della gestione della conoscenza nel recupero e restauro, con l’intento di fornire uno strumento, che collazioni e condivida rappresentazioni accurate e affidabili dello stato dei luoghi e del progetto e documentazioni di molteplice provenienza, secondo un approccio intuitivo e di facile fruibilità.

Figura 1 - Ambiente di editing VERBuM: visualizzazione foto 360° dello stato di fatto e attivazione del layer per la mappatura del degrado. A destra, gli strumenti per aumentare l’ambiente virtuale.

Complessità e incertezza nel processo di recupero e restauro

È evidenza diffusamente condivisa nel settore che gli attori del processo di restauro e recupero dei beni architettonici debbano confrontarsi con la complessità e l’incertezza che derivano dalla gestione delle informazioni.

Tale complessità è legata sia a fattori procedurali, che riguardano la collaborazione di figure con competenze specialistiche in ambiti multi-disciplinari, l’impiego di tecniche e strumenti differenti e la produzione di dati ed informazioni a partire da una molteplicità di fonti, sia all’eterogeneità morfologica e tipologica degli edifici storico-monumentali.

La dimensione in cui questa complessità si concretizza, in maniera cruciale, nelle fasi di conoscenza e diagnosi, peraltro peculiari e distintive rispetto al progetto delle nuove costruzioni.

Difatti, il progetto degli interventi di recupero/restauro richiede, in via preliminare, la qualificazione e la valutazione delle caratteristiche morfo-tipologiche, materico-costruttive, tecnico-tecnologiche, dello stato di conservazione e delle prestazioni residue, come risultato di rilievo, indagini e analisi in situ. La rilevanza di queste ultime attività è riconosciuta a partire dalla identificazione delle misure conservative fino al monitoraggio della congruenza e della compatibilità degli interventi.

Nonostante siano accertate, nel dibattito scientifico e nella pratica professionale, la centralità di questa interrelazione e la maturità di tecniche e metodologie per la valutazione e il controllo del patrimonio storico-architettonico, rimangono tuttora aperti ambiti di ricerca e sperimentazione riguardanti l’integrazione e la correlazione di dati ed informazioni in un sistema strutturato e organico di supporto e indirizzo per gli operatori, con caratteristiche di affidabilità e immediatezza e semplicità di utilizzo. Pertanto, si ritiene necessario proporre soluzioni compatibili e versatili, nella prassi operativa, per l’implementazione di approcci metodologici validati e condivisi.

In tal senso, il progetto VERBuM “Virtual Enhanced Reality for Building Modelling”, finanziato nell’ambito del Programma InnoNetwork (POR Puglia 2014-2020), si inserisce nel campo di studio della gestione della conoscenza nel recupero e restauro, con l’intento di fornire uno strumento, che collazioni e condivida rappresentazioni accurate e affidabili dello stato dei luoghi e del progetto e documentazioni di molteplice provenienza, secondo un approccio intuitivo e di facile fruibilità.

Il ruolo della Realtà Virtuale e Aumentata nella gestione informativa

Il concept del progetto VERBuM è il superamento del rischio di frammentarietà e ingovernabilità del processo di valutazione e controllo degli edifici storici - in cui, ancor più che i domini di conoscenza, risultano cruciali le logiche di relazione che li legano - mediante l’individuazione di strumenti potenzialmente utili allo scopo, anche mutuati da altri settori e/o applicati con finalità differenti.

In particolare, sono state riconosciute come interessanti le prospettive di applicazione di ambienti immersivi fotorealistici, basati su acquisizioni fotogrammetriche e elaborati come foto sferiche e/o modelli tridimensionali, laddove le foto sferiche, fruibili in tour virtuali, restituiscono la percezione intuitiva e immersiva della spazialità e della materialità del fabbricato, mentre i modelli tridimensionali, tipicamente nella forma di nuvole di punti colorate, consentono di eseguire misurazioni e mappature dirette su linee, aree e volumi referenziati nello spazio. Peraltro, entrambe le restituzioni possono beneficiare dell’impiego di droni per il rilievo fotogrammetrico, fondamentali in casi di limitata accessibilità di ambienti ed elementi.

In tal senso, l’obiettivo è stato quello di mirare ad utilizzare metodi di ricostruzione geometrica accurati e affidabili nella restituzione dal vero di morfologie complesse e superfici decorate, superando il limite di altre metodologie di rappresentazione, che richiedono competenze altamente specialistiche per la loro implementazione. Le foto sferiche e i modelli tridimensionali fotoricostruiti, difatti, riescono ad illustrare lo stato dei luoghi attraverso procedure di acquisizione ed elaborazione di immagini, eseguibili dagli operatori in maniera rapida, intuitiva e relativamente economica.

Gli ambienti immersivi, in cui restituzioni fotorealistiche vengono fruite in realtà virtuale (VR) e aumentata (AR) sono, allo stato attuale, principalmente diffusi nel campo dei beni culturali con finalità turistico/educative di ampliamento dell’esperienza percettiva di siti archeologici e architettonici mediante contenuti divulgativi (testi, video, audio …).

Tuttavia, rimangono aperte le possibilità di integrazione nei processi di recupero e conservazione degli edifici storici, come pure le potenzialità di interoperabilità con altri sistemi consolidati di rappresentazione digitale (BIM), che possono presentare criticità nella rappresentazione accurata di superfici architettoniche, apparati decorativi e tecniche costruttive.

Infatti, i due approcci alla gestione del processo di recupero e restauro diventano complementari e legati a differenti e specifici obiettivi. Da un lato l’ambiente di Realtà Virtuale e Aumentata costituisce uno strumento operativo, di più immediato utilizzo, anche per gli attori del processo che non dispongono di specifiche competenze tecniche inerenti all’uso di applicativi, per la sistematizzazione della conoscenza propedeutica alla diagnosi. Dall’altro, una metodologia HBIM consente la gestione del progetto di recupero e dell’intero ciclo di vita dell’edificio, grazie alle potenzialità computazionali che permettono l’analisi multi-disciplinare dei dati e la loro interrogazione. 

L’ambiente digitale VERBuM (Virtual Enhanced Reality for Building Modelling)

Il progetto VERBuM, avviato a ottobre 2018, si è prefissato l’obiettivo di progettare e sviluppare un ambiente digitale di Realtà Virtuale e Aumentata per consentire, in modalità immersiva, l’immediata consultazione e l’efficace utilizzo delle informazioni, previa strutturazione e gestione delle stesse, all’interno del processo di recupero/restauro in senso “verticale”, rispetto alle diverse fasi metodologiche, e “orizzontale”, rispetto alle diverse fonti che identificano ciascuna fase.

Il progetto vede la partecipazione di partner e consulenti che operano nell’ambito del recupero e del restauro: B.Re.D. srl (capofila) che si occupa di valutazione e controllo delle prestazioni tecnico-tecnologiche e dello stato di conservazione, anche attraverso indagini diagnostiche e monitoraggio di edifici storici, il Politecnico di Bari, quale istituzione accademica che mette in campo competenze e risultati scientifici dei dipartimenti DICATECh (Ingegneria Civile, Ambientale, Territorio, Edile e di Chimica) e DEI (Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informazione), e le società BOVIAR srl e Garibaldi-Fragasso srl, la prima impegnata nella fornitura e costruzione di strumenti di diagnostica e monitoraggio, la seconda impresa edile che opera nel campo del restauro, oltre che delle nuove costruzioni. Inoltre, il raggruppamento si avvale delle consulenze di due spin-off del Politecnico di Bari, Wideverse srl, che fornisce soluzioni tecnologiche di VR e AR, e AESEI srl, specializzata nella realizzazione e/o conservazione di infrastrutture, salvaguardia e recupero del patrimonio architettonico e territoriale.

Nello specifico del prodotto di progetto, attualmente in fase di validazione, l’ambiente digitale VERBUM consta di due parti: l’ambiente di editing ed il dispositivo di visualizzazione in modalità immersiva.

L’ambiente di editing è una piattaforma web a cui si accede per autorizzazione e consente l’importazione di foto sferiche e contenuti informativi di varia natura quali documenti, video, modelli tridimensionali, immagini, registrazioni. La tecnologia è in grado di supportare lo sviluppo di tour virtuali grazie ad hotspots interattivi che geolocalizzano le foto sferiche. In modalità visualizzazione immersiva, possibile indossando un visore VR, l’elemento centrale è la foto 360°, mentre le informazioni - caricate in modalità editing - sono visualizzabili attivando l’indicatore con un joystick collegato al dispositivo VR.

L’architettura dell’ambiente digitale VERBUM è stata progettata tenendo conto di alcuni principali requisiti, quali la capacità di restituire la complessità morfo-tipologica degli edifici e di consentire l’esplorazione degli ambienti e dei contenuti informativi esterni mediante tour virtuali, in modo da garantire la interscambiabilità di dati e funzioni con altri strumenti specifici del rilievo architettonico, della indagine diagnostica non distruttiva e della progettazione e produzione edilizia. Elemento innovativo risulta la possibilità di fruizione e comprensione del costruito in VR/AR includendo una “terza dimensione” dei componenti costruttivi, come riscontrabile dalla disponibilità e visualizzazione degli esiti e risultati delle indagini diagnostiche, quali a titolo esemplificativo tomografie tridimensionali radar e soniche, ricostruzioni stratigrafiche videoendoscopiche e mappature termografiche.

Contenuti informativi e logiche di interrelazione dei dati in VERBuM

La concezione dell’architettura e delle funzionalità dell’ambiente digitale VERBuM si basano sulla strutturazione logica del processo di restauro/recupero.

In tal senso, il nucleo della piattaforma è costituito da un tour virtuale di panoramiche a 360°, che simula, in modo immersivo, la fruizione diretta e il rilievo visivo dello stato dei luoghi.

Il tour virtuale consente, altresì, di georeferenziare nello spazio una serie di contenuti esterni.

Difatti, l’accurata diagnosi e la definizione di appropriati interventi di recupero/restauro impongono, a monte, la sistematizzazione e l’integrazione di dati di tipo documentale, analitico e sperimentale. In particolare, nella fase di pre-diagnosi, la conoscenza preliminare - da fonti archivistiche e bibliografiche, memorie storiche, anche registrate come note vocali o video, elaborati grafici cartacei e CAD esistenti - consente di avere una prima ricognizione della stratificazione architettonico-costruttiva, dei materiali adoperati e dell’evoluzione di usi e configurazioni distributive degli ambienti nel tempo. Come pure, la successiva programmazione e conduzione del rilievo dello stato di conservazione, della documentazione fotografica di dettaglio e delle indagini diagnostiche (distruttive, non distruttive e monitoraggi), elaborate nella forma di schede di analisi, modelli fotoricostruiti e mappature tematiche, costituiscono il necessario approfondimento alle ricerche preliminari, nell’ottica di ricomporre un quadro conoscitivo compiuto su cui formulare la diagnosi.

Tutti i dati prodotti, dunque, sono resi disponibili all’interno dell’ambiente digitale per l’archiviazione e consultazione, oppure, come nel caso delle mappature tematiche del degrado, per l’implementazione diretta.

Difatti, la mappatura del degrado rappresenta la distribuzione spaziale, in maniera qualitativa e quantitativa, dei fenomeni di alterazione e degrado rilevati sulla superficie, per l’analisi dello stato di conservazione e la pianificazione degli interventi. Nella pratica tradizionale, la restituzione delle forme di degrado in mappe tematiche avviene per mezzo di elaborati grafici eseguiti in CAD (Computer Aided Design); piuttosto di recente, vengono utilizzati strumenti di modellazione BIM (Building Information Modelling). Questi due approcci, seppur validi e inclini a fornire dati dimensionali che possono essere adoperati per ulteriori valutazioni sullo stato di conservazione e stime economiche degli interventi, non offrono l’immediatezza nella rappresentazione dei luoghi e comprensione della complessità ed interrelazione dei quadri patologici che invece è propria delle foto sferiche.

In tal senso, nel processo proposto, è possibile tracciare in situ le alterazioni individuate, direttamente sulla foto sferica, una volta caricata nella piattaforma, attraverso semplici strumenti di disegno e annotazione, abilitando la funzione di schede digitali di sopralluogo. Tuttavia, qualora si disponga della mappatura del degrado, i documenti generati con strumenti CAD o BIM possono popolare l’ambiente. Così pure, le foto-equirettangolari mappate sono fruibili attraverso l’attivazione e la disattivazione di layers sovrapposti (Fig. 1). Le modalità di restituzione delle mappe tematiche, a partire dalle foto 360°, prevedono l’utilizzo di strumenti CAD e/o di foto editing. Questi ultimi permettono, nelle più recenti versioni, di editare direttamente le foto sferiche e, dunque, di effettuare mappature sulla panoramica sferica - anziché sulla foto equirettangolare - e di esportare il panorama rettificato da importare nell’ambiente di realtà virtuale.

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