La rappresentazione tridimensionale dell’architettura e dell’archeologia: sistemi informatici per la documentazioni e valorizzazione dei Beni Culturali.

Technological developments available in the field of the Scientific Documentation, have given great new opportunities not only for the general subject of the Survey of the Architecture, but especially in the Cultural Heritage Survey field. New technologies have improved specific methodologies for the acquisition of information relating to the object of investigation, it represents the acquisition phase of the metrical information, and also they have given an important improvement related to the question of the representation and dissemination. This Ph.D. work thesis proposes, on the basis of many experiences developed during the Ph.D. course, thanks to the participation in many research activities of the Laboratory of Survey and of the Joint Laboratory LS3D of the University of Florence, to address and investigate through the problems related to the use digital photogrammetry and laser scanning methods for applications in the specific field of Cultural Heritage, trying to solve the main problems related to the representation techniques and linked to the use of digital systems for archive data. The research is strictly experimental and based on direct experiences and experimentations. That’s the reason why one of the primary need was to collect real study cases on which test and improve technical approaches and methodologies. At the same time it was important to emphasize that the scientific field of the Survey of the Architecture presents its own characteristics and peculiarities and it cannot hardly be approached with conventional schemes and standardized methodologies. Problems emerged during the research phases have addressed and helped the research, pushing the scientific activities in deep. The experiences performed has showed that the field of Cultural Heritage is perhaps the most emblematic in terms of presence of numerous potential available today thanks to the presence of detection technologies, and especially thanks to the possibilities offered by an integrated, multidisciplinary approach with sophisticated and different technologies. For this reason were highlighted several aspects carried out in archaeological contexts, describing the methodological approach adopted in many works. In this field usually it’s necessary to use different integrated techniques in order to rigorously implement a multiscale survey that starts from the huge metric scale of the territory, through the archaeological site “medium” metric scale until the detailed an singular excavation, down to the individual findings. This approach is characterized by having all the data and the related processing in a single, well-defined reference system. Through this constant exercise, the attention can be focused on the analysis of the two techniques which are today the most used: photogrammetry and the digital and terrestrial laser scanning methods. The thesis structure follows the classic stages of the process that from the survey lead to the representation and to the generation of the final outputs; the second and the third chapters, geared to the acquisition of the metric data, concerning the acquisition methods with laser systems and the acquisition through digital sensors; during the first chapters there are described the methodological and technical-operational characteristics and related issues of the two main survey techniques. The fourth chapter is devoted, through the illustration of the selected case studies, to the problem of two-dimensional vector and raster representation systems; the fifth chapter aims to present, through the previously illustrated case studies, an overview of the possibilities offered by modern technologies for photo-realistic three-dimensional representation, generated either from photogrammetric data, both from the laser scanner data directly and indirectly through nurbs modeling. The final part of the thesis concerns the output and in particular the systematization of the acquired and processed data for any further use. In fact, borrowing the concept of ‘smart city’, theorized over a decade ago by William J. Mitchell, the possibility to have and manage informations with digital systems allows to take advantage with the ability to integrate informations and processes quickly in a single instrument, and they can then readily make available to the end user; however, this implies a careful design of the database structure that contains the information itself. In the final part of this work is treated the problematic of the storage procedure, related to the use of the metric data that, starting from the construction of a system of three-dimensional models capable of returning scientifically correct information and re-usable also for management purposes, becomes a kind of object container real that appears completely virtual. This is not meant to be a duplicate of the reality but a system that enriched with new meanings the model itself. 3D models then are not thought of as “isolated systems”, as a pure object that might remain identical to itself over time, but they constitute a collection of digital three-dimensional models designed as an “evolving dynamic systems”, able not only to set the date, but also able to be an effective tool for the future management thanks to the return of the geometrical shape, their own materiality, in addition to being a cognitive architectural system within a georeferenced information system created for the object of the investigation. With this kind of operative system this scientific approach will be applied to an historical town center, to an archaeological site or definitely to a Cultural Architectural Heritage. Gli sviluppi tecnologici messi a disposizione nel campo della documentazione, danno notevoli opportunità per il rilevamento dell’Architettura e soprattutto per il rilievo nel settore dei Beni Culturali, sia per quanto riguarda l’acquisizione delle informazioni riferite all’oggetto d’indagine, cioè la fase di acquisizione del dato metrico, sia per quanto riguarda la questione della rappresentazione e divulgazione. Lo studio oggetto della presente tesi si propone, sulla base di numerose esperienze maturate nel corso del Dottorato e partecipando alle attività del Laboratorio di Rilievo e dal Laboratorio Congiunto LS3D dell’Università di Firenze, di affrontare e approfondire, oltre che le problematiche connesse all’utilizzo della fotogrammetria digitale e del laser a scansione terrestre per applicazioni nell’ambito dei Beni Culturali, le problematiche inerenti la rappresentazione, la fruizione e l’archiviazione dei dati digitali. La ricerca condotta è prettamente applicata, quindi è stata primaria l’esigenza di avere a disposizione reali casi di studio su cui sperimentare le tecniche di interesse; è però importante sottolineare che questo è un campo in cui ogni esperienza presenta proprie caratteristiche e peculiarità e difficilmente può essere affrontata con schemi convenzionali e metodologie standardizzate; le problematiche emerse hanno di volta in volta indirizzato e spinto la ricerca all’approfondimento di certi aspetti piuttosto che altri. A tal proposito è stato evidenziato dalle esperienze effettuate che il campo dei Beni Culturali è forse il più emblematico delle potenzialità oggi disponibili dalle tecnologie di rilevamento, e soprattutto dalle possibilità offerte da un approccio integrato e multidisciplinare di tecniche e tecnologie diverse; per questo si è voluto sottolineare questo aspetto, descrivendo l’approccio metodologico adottato in molti lavori in contesto archeologico. In questo settore si presenta generalmente l’esigenza dell’utilizzo di diverse tecniche integrate tra loro allo scopo di realizzare in modo rigoroso un rilievo multiscala che a partire dal territorio, passa alla scala del sito archeologico e degli scavi, ed arriva fino al singolo reperto; questo approccio è caratterizzato dall’avere tutti i dati e le relative elaborazioni in un unico e ben definito sistema di riferimento. In questa chiave di lettura l’attenzione si è poi focalizzata sulle due tecniche che rivestono oggi nel settore in esame il maggiore interesse, cioè la fotogrammetria digitale e il laser a scansione terrestre. La struttura della tesi segue le fasi classiche del processo che a partire dal rilievo porta alla rappresentazione ed alla generazione dei prodotti finali; il secondo ed il terzo capitolo, incentrati sull’acquisizione del dato metrico, riguardano da un lato l’acquisizione mediante sistemi laser e dall’altro l’acquisizione mediante i sensori digitali; sempre nei primi capitoli vengono descritte le caratteristiche metodologiche e tecnico-operative e le relative problematiche delle due tipologie di rilievo. Il capitolo quattro è dedicato, attraverso l’illustrazione dei casi studio selezionati, al problema della rappresentazione bidimensionale vettoriale e raster, il quinto capitolo ha l’obiettivo di presentare, attraverso i casi studio precedentemente illustrati, un quadro generale delle possibilità offerte dalle moderne tecnologie per la rappresentazione tridimensionale fotorealistica, generata a partire sia da dati fotogrammetrici, sia da dati laser, in maniera diretta e in maniera indiretta attraverso la modellazione nurbs. La parte finale della tesi riguarda l’output ed in particolare l’archiviazione e la sistematizzazione dei dati acquisiti ed elaborati, per eventuali ulteriori utilizzi. Infatti, prendendo in prestito il concetto di ‘smartcity’, teorizzato oltre un decennio fa da William J. Mitchell, disporre di contenuti in forma digitale permette di trarre vantaggi dalla possibilità di integrare informazioni e processi rapidamente in un unico strumento e poterli poi facilmente rendere accessibili al fruitore finale; tuttavia questo implica una progettazione accurata della struttura del database che contiene l’informazione stessa. In questa ultima parte viene trattata la problematica dell’archiviazione in funzione della fruizione del dato metrico che, partendo dalla costruzione di un sistema di modelli tridimensionali capaci di restituire informazioni scientificamente corrette e riutilizzabili anche per scopi gestionali, diventa una sorta di contenitore dell’oggetto reale che qui appare completamente virtuale. Questo non vuole essere un duplicato del reale ma un sistema che arricchisce di nuovi significati il modello stesso. I modelli poi non sono pensati come sistemi isolati, alla stregua di un oggetto puro destinato a rimanere identico a se stesso nel tempo, ma costituiscono una collezione di modelli tridimensionali digitali pensata come un sistema in evoluzione, capace non solo di fissare l’oggi, ma anche di essere strumento efficace per la gestione futura grazie alla restituzione della conformazione geometrica, della matericità del quale è costituita, oltre ad essere sistema conoscitivo architettonico georeferenziato all’interno di un sistema informativo creato per l’oggetto stesso dell’indagine, sia questo un centro storico, un sito archeologico o un bene culturale del patrimonio architettonico.