L'HBIM per la fruizione virtuale interattiva del Patrimonio Architettonico e dei metadati informativi. Il caso studio della Scuola di Guerra Aerea di Firenze

ITA__ Il lavoro di ricerca portato avanti all’interno di questa tesi di dottorato affronta in primo luogo le tematiche della digitalizzazione HBIM e della gestione BIM-based dei dati geometrici e dei metadati informativi afferenti al campo del Patrimonio Architettonico, attraverso l’individuazione di protocolli metodologici replicabili basati su attività di documentazione storico-archivistica, tecniche di rilievo digitale integrato reality-based e applicazioni sperimentali di modellazione parametrica Scan-to-BIM. Su questi presupposti di documentazione tridimensionale e informativa del Patrimonio Architettonico, la ricerca si pone l’obiettivo di sperimentare sistemi di fruizione virtuale HBIM-to-XR che permettano, a varie tipologie di utenti e per differenti finalità progettuali, sia un’esperienza immersiva di ArchViz percettivamente aderente alla realtà, sia innovative modalità di interrogazione diretta e in real-time dei metadati informativi HBIM. In tal senso, la ricerca esplora le potenzialità di virtualizzazione offerte dalle piattaforme di game-engine, sia per quanto riguarda gli aspetti di ottimizzazione grafica e interazione tra diverse tipologie di asset, sia in relazione alle opportunità di personalizzazione e automatizzazione fornite da linguaggi di programmazione basati sul Visual Scripting. Per conseguire tali finalità preposte, l’indagine in primo luogo esamina dal punto di vista teorico lo stato dell’arte delle ricerche in ambito BIM, delineando per questo approccio metodologico un quadro ampiamente dettagliato, ed evidenziando come esso si configuri come vero e proprio Driver of Changes dell’Architettura in ottica digitale, multidisciplinare e informativa. Lo studio si concentra poi sul concetto di HBIM applicato al Patrimonio Architettonico esistente, approfondendo varie questioni aperte all’interno del dibattito accademico internazionale, tra cui la traduzione parametrica dell’irregolare, la definizione di un linguaggio semantico condiviso e le modalità di fruizione virtuale interattiva dei modelli HBIM e dei loro metadati informativi. Su questi aspetti, e in ottica propedeutica, la ricerca presenta poi due esperienze applicative in ambito HBIM, con il fine di sperimentare workflow metodologici di modellazione parametrica Nurbs-to-BIM, nonché criteri informativi di data enrichment che possano supportare lo sviluppo di sistemi interattivi di virtualizzazione multisensoriale e di storytelling divulgativo in VR. Sulla base delle tematiche affrontate e dei risultati ottenuti da queste prime sperimentazioni, la ricerca si focalizza poi interamente sul caso studio della Scuola di Guerra Aerea di Firenze: opera magna di Raffaello Fagnoni e monumento tra i più significativi del razionalismo italiano. A livello preliminare lo studio comprende una serie di indagini conoscitive che riguardano la digitalizzazione e catalogazione delle fonti archivistiche originali, nonché campagne di rilievo digitale integrato reality-based per l’acquisizione dei dati metrico-morfologici del complesso architettonico e del suo sistema ambientale. Per un’adeguata documentazione di quest’ultimo aspetto, l’indagine propone inoltre la strutturazione di una specifica schedatura digitale volta al censimento e alla registrazione delle caratteristiche morfologiche e tassonomiche delle unità vegetali dendrologicamente più rilevanti. A complemento di queste analisi, lo studio dedica ampio spazio alla ricerca di una modalità di classificazione semantica che integri omogeneamente i parametri utilizzati per il sistema architettonico e per quello ambientale, al fine di sviluppare un unico repository informativo di implementazione multiscalare BIM-oriented. Sulla base di queste indagini conoscitive, il focus della ricerca si concentra poi sulla sperimentazione di specifiche applicazioni operative HBIM. In primo luogo lo studio indaga le potenzialità delle procedure Scan-to-BIM per lo sviluppo di digital-twin informativi descrittivi della sfera architettonica e di quella ambientale. In particolare, per quest’ultima, la ricerca sperimenta innovativi protocolli metodologici finalizzati sia alla rappresentazione del Verde mediante prototipi stereometrici parametrizzati, sia alla loro implementazione in ambiente BIM attraverso automatismi e sincronizzazioni alle schedature digitali mediante Dynamo Scripting. Lo studio si interroga poi sulle modalità di interazione tra modelli HBIM, mesh fotogrammetriche e nuvole di punti all’interno di piattaforme di game-engine, con l'obiettivo di creare un singolo scenario virtuale BIM-based costituito da asset altamente performanti dal punto di vista metrico, visuale e informativo. Allo scopo di arricchire ulteriormente tale esperienza immersiva, la ricerca presenta infine una sperimentazione HBIM-to-XR basata su programmazioni di Visual Scripting e finalizzata allo sviluppo di strumenti virtuali di interrogazione in real-time delle informazioni associate ai modelli parametrici. In conclusione, le indagini condotte e le applicazioni sperimentate all’interno di questa ricerca di tesi intendono inserirsi nell’ampio e aperto dibattito dell’HBIM, e contestualmente in quelli legati al Digital Cultural Heritage (DCH) e alle Information and Communications Technology (ICT), ponendosi come punto di partenza per approfondire ulteriormente tematiche e metodologie inerenti la modellazione parametrica dei dati rilevati, la fruizione virtuale interattiva dei metadati informativi e l’interoperabilità tra sistemi HBIM e XR. ENG__ The research work carried out within this doctoral thesis primarily addresses the issues of HBIM digitization and BIM-based management of geometric data and informative metadata related to the field of Architectural Heritage, through the identification of replicable methodological protocols based on historical-archival documentation activities, reality-based integrated digital survey techniques, and experimental applications of Scan-to-BIM parametric modeling. Based on these assumptions of three-dimensional and informative documentation of the Architectural Heritage, the research aims to test HBIM-to-XR virtual fruition systems that allow, for various types of users and for different project purposes, on the one hand an immersive ArchViz experience perceptually adherent to reality, and on the other hand innovative ways of direct, real-time querying of HBIM informative metadata. In this regard, the research explores the virtualization potential offered by game-engine platforms, both in terms of the aspects of graphical optimization and interaction between different types of assets, and in relation to the opportunities for customization and automation provided by Visual Scripting-based programming languages. To achieve these predefined aims, the investigation firstly examines from a theoretical point of view the state of the art of the researches in the field of BIM, outlining for this methodological approach a broadly detailed framework, and highlighting how it appears to be a real Driver of Changes of Architecture from a digital, multidisciplinary and informative perspective. The study then focuses on the concept of HBIM applied to the existing Architectural Heritage, delving into various open issues within the international academic debate, including the parametric translation of the irregular, the definition of a shared semantic language, and the ways in which models and informative metadata can be used virtually and interactively. On these aspects, and in a propaedeutic perspective, the research then introduces two HBIM application experiences, with the aim of testing methodological workflows of parametric Nurbs-to-BIM modeling, as well as information criteria of data enrichment that can support the development of interactive systems of multisensory virtualization and divulgative storytelling in VR. Based on the issues addressed and the results obtained from these early experiments, the research then focuses entirely on the case study of the Air Warfare School in Florence: the magnum opus of Raffaello Fagnoni and one of the most significant monuments of Italian rationalism. At the preliminary level, the study includes a series of investigations that involve the digitization and cataloging of original archival sources, as well as reality-based integrated digital survey campaigns for the acquisition of metricmorphological data of the architectural complex and its environmental system. For proper documentation of the latter, the investigation also proposes the structuring of a specific digital filing aimed at the census and recording of morphological and taxonomic characteristics of the most dendrologically relevant plant units. To complement these analyses, the study gives wide space to the search for a semantic classification mode that homogeneously integrates the parameters used for the architectural and environmental systems in order to develop a single information repository of BIM-oriented multiscalar implementation. Based on these background investigations, the focus of the research then turns to the testing of specific HBIM operational applications. Firstly, the study investigates the potential of Scan-to-BIM procedures for the development of informative digital-twins that are descriptive of the architectural and environmental spheres. In particular, for the latter, the research experiments innovative methodological protocols aimed at both the representation of the Green using parameterized stereometric prototypes and their implementation in the BIM environment through automatisms and synchronizations to digital filings using Dynamo Scripting. The study then questions how HBIM models, photogrammetric meshes, and point clouds interact within game-engine platforms, with the goal of creating a single BIM-based virtual scenario made up of high-performance metric, visual, and informational assets. In order to further enrich this immersive experience, the research finally presents an HBIM-to-XR experimentation based on Visual Scripting programming and aimed at developing virtual tools for real-time querying of the information associated with parametric models. In conclusion, the investigations conducted and the applications tested within this thesis research intend to fit into the broad and open debate of HBIM, and contextually into those related to Digital Cultural Heritage (DCH) and Information and Communications Technology (ICT), posing as a starting point to further explore issues and methodologies related to parametric modeling of surveyed data, interactive virtual fruition of informative metadata, and interoperability between HBIM and XR systems.