MODELLI 3D E COME CREARLI

1- Il rilievo tridimensionale

Il rilievo tridimensionale in ambito topografico è una conquista abbastanza recente che sta sempre più prendendo piede grazie soprattutto a metodologie e strumentazioni, sia hardware che software, sempre più semplici e di costo relativamente accessibile.

Principalmente abbiamo due tecniche che ci permettono di effettuare un rilievo 3D di un oggetto: il laser scanning e la fotogrammetria.

Sebbene la tecnica a scansione laser sia la tecnica più efficacie, in termini di completezza e di precisione, la fotogrammetria costituisce oggigiorno un validissimo strumento complementare e, sempre più spesso, sostitutivo.

Nell’ambito del nostro progetto, al momento, la fotogrammetria costituisce la tecnica principale di rilievo: tale scelta è dovuta principalmente al costo moderato di tale tecnica, la quale necessita prevalentemente di una buona macchina fotografica e di un software per l’elaborazione delle fotografie.

2- La fotogrammetria

Ma andiamo un po’ nel dettaglio. Che cosa è la fotogrammetria e come funziona?

Basti sapere che etimologicamente la parola fotogrammetria viene da “photo=luce, graphos=scrittura, metron=misura”: vale a dire “misura attraverso la scrittura della luce”. In sostanza la fotogrammetria è l’arte e la scienza utilizzata per determinare la posizione e la forma degli oggetti a partire da immagini fotografiche.

Uno dei principi fondamentali del rilievo fotogrammetrico è la stereoscopia, secondo la quale, per ricostruire le coordinate di un oggetto, esso deve comparire almeno in due immagini.

Si tratta dello stesso principio su cui si basa la vista umana, dove la tridimensionalità e la visione prospettica avviene attraverso la sovrapposizione delle immagini acquisite dagli occhi. (Fig. 1)

Figura 1 - Principio della visione stereoscopica (fonte: insonniateam.it)

In sostanza per rilevare tridimensionalmente un oggetto attraverso la fotogrammetria è necessario acquisire una serie di immagini consecutive caratterizzate da abbondante sovrapposizione, generalmente del 80%, al fine di avere una visione prospettica differente dello stesso punto e ricavarne dunque le coordinate tridimensionali. (Fig. 2)

Figura 2 - Esempio di rilievo fotogrammetrico di un oggetto

Una volta acquisite tutte le immagini necessarie per ricostruire l’oggetto, le foto devono essere processate attraverso appositi software che consentono di ricostruire un modello tridimensionale.

Attraverso algoritmi specifici, questi software sono in grado di rilevare all’interno delle foto punti comuni che saranno utilizzati per “agganciare” le foto e per ricostruirne la posizione nello spazio.

La Figura 3 offre un esempio della posizione delle foto scattate durante il rilievo della Tomba III di Mandra Antine mente la Figura 4 è un esempio dei punti comuni, o tie points, rilevati dal software.

Figura 3 - Ricostruzione della parete della domus de janas e posizione delle foto.

Figura 4 - Riconoscimento dei punti comuni o “tie points”

3- Il modello tridimensionale

Una volta allineate le foto, il software è in grado di estrarre da ogni singola immagine delle mappe di profondità (ovvero della distanza dal sensore che ha prodotto la foto) e di costruire un modello tridimensionale a “nuvola di punti” (in quanto costituito da milioni di punti). (Figg. 5 e 6)

Figura 5 - Vista del modello a "nuvola di punti"

Figura 6 - Dettaglio del modello a "nuvola di punti"

Il passo successivo è la costruzione di un modello tridimensionale continuo attraverso l’interpolazione dei punti: tale processo darà origine ad un modello solido formato da una maglia (mesh) costituita da centinaia di migliaia di poligoni. (Figg. 7 e 8)

Figura 7 - Vista del modello mesh

Figura 8 - Dettaglio del modello mesh

L’ultimo passo è quello della vestizione della mesh attraverso una texture, cioè un file immagine ricavato dalle foto, che conferisce al modello un aspetto fotorealistico. (Fig. 9)

Figura 8 - Vista del modello tridimensionale finale fotorealistico