Rilievo 3D innovativo: un caso di studio basato sulla comparazione dei sistemi LiDAR

Tecnologie di rilievo digitale per i beni culturali: dalle tecniche fotogrammetriche ai sistemi LiDAR avanzati

Con questo articolo si pone l’accento sulle diverse modalità di rilievo e realizzazione dei modelli digitali attualmente più utilizzate per i beni culturali. In particolare, verranno esplorati i modelli digitali ottenuti tramite tecniche pseudo-fotogrammetriche o attraverso l’impiego di tecnologie LiDAR, che comprendono diverse implementazioni.

Si partirà dal classico LiDAR di tipo TLS (Terrestrial Laser Scanner) per arrivare a soluzioni più avanzate come quelle basate su tecnologia SLAM, e a metodi di acquisizione mista, come il sistema Realsee Galois M2. Infine, si discuterà delle innovazioni più recenti nel campo, ovvero i recenti sistemi LiDAR per UAV (Unmanned Aerial Vehicle) come il DJI L2.

Ovviamente, per fare ciò sarà necessario un approfondimento delle tecnologie impiegate e dei risultati ottenuti, considerando diversi livelli di analisi per esaminare le caratteristiche dei vari sistemi e i relativi risultati finali.

Questa prima nota, pertanto, esplicita il contesto operativo, gli obiettivi, ed una prima disamina dei risultati.

Il contesto dei rilievi 3D

La conservazione e valorizzazione del patrimonio culturale richiede l'utilizzo di tecnologie avanzate per la documentazione dettagliata degli elementi spaziali e materiali. La rappresentazione 3D si è affermata come uno strumento essenziale, consentendo la creazione di modelli digitali accurati per scopi di restauro, analisi e divulgazione.

Questo contributo editoriale esplora i metodi, gli standard e i protocolli internazionali riconosciuti per la rappresentazione dei dati 3D, con particolare attenzione ai criteri e ai parametri che determinano il livello di accuratezza e dettaglio in funzione del risultato finale.

Sono già presenti in letteratura standard internazionali, come quelli definiti da CIPA Heritage Documentation e ICOMOS, che forniscono linee guida per garantire la qualità e l'affidabilità dei dati raccolti.

Questi standard includono specifiche tecniche per la risoluzione, la precisione e la gestione dei dati, in modo che le informazioni raccolte siano utilizzabili nei diversi campi di applicazione, dalla ricerca scientifica alla conservazione del manufatto. La scelta dei livelli di accuratezza e dettaglio e la definizione della qualità nella rappresentazione digitale 3D è determinata da vari criteri che dipendono dall'obiettivo finale del progetto, come riportato in protocolli come la Carta di Londra (2009) e la successiva Carta di Siviglia (2011).

Infatti, i progetti di restauro richiedono dati estremamente accurati per garantire interventi precisi, mentre per applicazioni di carattere divulgativo (realtà virtuale) è sufficiente un livello di dettaglio inferiore. Inoltre, le condizioni ambientali possono condizionare la scelta dei sensori e le tecniche di acquisizione, così come la disponibilità di risorse, tempi e costi possono influenzare la scelta della tecnologia da utilizzare.

Porta Pia, Ancona: un patrimonio da preservare

A partire dalle ultime innovazioni nel campo del rilevamento 3D e dei sistemi di documentazione digitale, questa ricerca mira a definire una procedura standard per l'acquisizione e la valutazione dei dati. L'obiettivo è quello di digitalizzare efficacemente il patrimonio culturale, approfondire la comprensione delle caratteristiche geometriche, superficiali e strutturali dei manufatti, supportare l'analisi dello stato di conservazione e fornire strumenti per pianificare interventi di manutenzione a breve e lungo termine, da condividere con esperti e professionisti del settore.

Il caso studio individuato è quello di Porta Pia ad Ancona, l’antico accesso monumentale alla città di Ancona.
Il monumento, costruito tra il XVI e il XIX secolo, rappresenta un esempio significativo di architettura rinascimentale e barocca della città, con elementi di grande valore storico e artistico, e quindi adatto per testare strumentazioni e tecnologie di rilievo 3D più consone alla formulazione di un progetto di restauro architettonico.

Nel progetto sono stati impiegati e messi a confronto i seguenti strumenti di acquisizione: TLS FARO FOCUS, Sistema SLAM FARO ORBIS, REALSEEE GALOIS M2 e DJI Matrice 350 RTK - equipaggiato con sistema Lidar Zenmuse L2.

Queste soluzioni sono state messe a confronto per la loro versatilità di utilizzo e per le caratteristiche prestazionali. In questo contesto, per ciascuno strumento sono stati messi in luce i vantaggi e gli svantaggi sia di carattere qualitativo, come l'accuratezza metrica e la densità della nuvola di punti, sia quantitativo come i costi e i tempi di acquisizione ed elaborazione dei dati. È fondamentale sottolineare che la scelta della tecnologia LiDAR deve essere guidata dagli obiettivi specifici del progetto.

In questa ottica a seguito dei test condotti è possibile affermare che per gli interventi di restauro è consigliato l’utilizzo di strumenti ad alta precisione come il FARO Focus Premium. Al contrario, per applicazioni di valorizzazione e divulgazione, come tour virtuali, il REALSEE Galois M2 rappresenta un buon compromesso tra rapidità e costi contenuti. Mentre per ottenere una documentazione rapida o preliminare, il FARO Orbis si rivela una scelta ottimale. Inoltre, l’uso del drone DJI Matrice 350 RTK con sensore L2 si è dimostrato particolarmente efficace nel completare le acquisizioni in aree difficili da raggiungere.

Questo che vi abbiamo presentato è l'incipit di una serie di articoli dedicati all'affascinante mondo del rilievo e della digitalizzazione dei beni culturali. Nella seconda uscita, ci immergeremo in un'analisi dettagliata dei dati raccolti, mentre il terzo e ultimo articolo sarà dedicato all'esame dei dati ottenuti utilizzando il recente sistema lidar da drone DJI Zenmuse L2.

Ringraziamenti degli autori

Desideriamo esprimere un sincero ringraziamento al team del Laboratorio GAP del Dip. di Ingegneria Civile, Edile e Architettura (DICEA) dell'Università Politecnica delle Marche, in particolare alla prof.ssa Eva S. Malinverni e a Roberto Pierdicca. Un sentito ringraziamento va anche all’azienda Microgeo ha contribuito in modo significativo fornendo parte della strumentazione utilizzata per il rilievo, oltre alla loro competenza e professionalità nel settore.

È importante sottolineare che questo lavoro è stato presentato in occasione della conferenza ASITA - Federazione delle Associazioni Scientifiche per le Informazioni Territoriali e Ambientali, svoltasi a Padova nel dicembre 2024.

Non perdete l'occasione di approfondire queste tematiche innovative e scoprire come la tecnologia stia rivoluzionando il nostro approccio alla conservazione del patrimonio culturale!

ndr. Invitiamo i lettori di Ingenio a scaricare l'articolo in formato PDF dalla sezione allegati, dove troveranno anche una bibliografia di riferimento dettagliata.