Temi

Il progetto GAMHer intende sviluppare una ricerca sulle tecniche e sulle metodologie geomatiche nella realizzazione di modelli 3D per tutti i tipi di oggetti legati al territorio e al patrimonio costruito. Il paesaggio naturale, il paesaggio urbano, la costruzione e il monumento con la loro descrizione geometrica e le strategie di gestione del modello 3D sono i soggetti principali del progetto. La metodologia che GAMHer vuole utilizzare è basata su uno studio completo delle recenti esperienze per ogni argomento affrontato, l’analisi delle criticità e dei problemi non risolti, la creazione di prove ed esperimenti utili per sottolineare le corrette soluzioni e le proposte di linee guida e best practices per offrire una soluzione corretta ai problemi evidenziati.

Argomenti specifici del progetto GAMHer sono:

1. UTILIZZO DI DATI 3D COME DATABASE GEOMETRICO PER APPLICAZIONI GIS E BIM E A SUPPORTI DI ANALISI DI TIPO STRUTTURALE (WP1): Il progetto analizzerà le problematiche di integrazione e di interoperabilità dei sistemi BIM e GIS per il rilievo combinato in ambiti progettuali, di gestione e di pianificazione. Esse rappresentano un elemento fondamentale verso la creazione di un ambiente comune dove i diversi specialisti coinvolti nel progetto possono condividere e utilizzare informazioni geospaziali accoppiate con modelli architettonici / strutturali e viceversa. Il lavoro sarà svolto attraverso procedure standardizzate disponibili per un approccio interattivo BIM / GIS, oltre alle operazioni prettamente tecniche che richiedono specifiche funzioni. L'indagine geometrica da immagini e scansioni laser a scala cartografica, che forniscono dati a diversi livelli, così come la disponibilità di dati esistenti, sarà presa in considerazione per i progetti combinati BIM / GIS. Particolare attenzione sarà riservata a piccoli e medi progetti del costruito che rappresentano la maggior parte delle applicazioni. Ciò richiederà lo sviluppo di procedure in grado di rappresentare la complessità geometrica acquisita tramite moderne tecniche di rilevamento digitale. Le analisi saranno poi estese a grandi infrastrutture che hanno un impatto diretto sulla scala territoriale, e in cui le informazioni geospaziali digitali hanno un'importanza primaria. In questo senso, il lavoro individuerà un approccio basato su più livelli di dettaglio (LOD).
   L'altro aspetto è legato all'uso di questi prodotti (nuvole di punti / meshes) per nuovi approcci all'analisi strutturale. Alcuni test sono stati già condotti con nuvole di punti derivanti dalla scansione terrestre attraverso una nuova procedura semi-automatica per trasformare le nuvole di punti tridimensionali di oggetti complessi, in modelli tridimensionali a elementi finiti FE. La procedura mira a risolvere il problema costruendo una geometria discretizzata, con una riduzione in termini di tempo e la disponibilità per essere utilizzata per l'analisi strutturale. Per valutare l'accuratezza del modello FE proposto, è stata effettuata un'analisi lineare con frequenza naturale; i risultati, illustrati tramite le frequenze naturali calcolate, mostrano buone corrispondenze. Il progetto GAMHer sfrutterà anche le potenzialità della fotogrammetria per questo scopo, e i vantaggi che possono essere ottenuti in relazione alle scansioni quando si trattano informazioni radiometriche fornite dalle immagini. 
2. IMPOSTAZIONE DI UNA PIATTAFORMA PER CONDIVIDERE IMMAGINI UTILI PER ESTRARRE I DATI METRICI 3D (WP2). Il tema è legato alla rapida diffusione delle tecnologie e dei dispositivi IT per acquisire immagini e video, e agli interessanti risultati ottenuti da azioni partecipative per condividere conoscenze ed esperienze. Molte iniziative sono attualmente in linea per raccogliere immagini turistiche e personali che possono essere classificate ed utilizzate per differenti scopi. L'intento del gruppo di ricerca è quello di costruire un sito web in cui le persone interessate possono caricare immagini di CH (patrimonio costruito) e risorse naturali in grado di essere utilizzate per la modellazione 3D. Verranno fornite agli utenti istruzioni di base per selezionare le immagini che possono essere accettate, e per documentarle mediante un set base di metadati  e informazioni accessorie. Le immagini saranno controllate rispettando le possibilità di utilizzarle per la modellazione 3D utilizzando fotogrammetria e/o approcci SfM, e i modelli 3D ottenuti saranno pubblicati e quindi condivisi con la comunità. Il sito web sarà collegato con le principali iniziative nazionali ed internazionali nel campo dei CH ed eventualmente con altre iniziative internazionali simili. 
3. PROVA E DEFINIZIONE DELLE MIGLIORI SOLUZIONI PER TRASFORMARE LE NUVOLE DI PUNTI 3D GENERATE DA FOTOGRAMMETRIA AUTOMATICA E/O APPROCCIO SfM, IN MODELLI 3D PER REPLICHE REALI E VIRTUALI TRAMITE STAMPANTI 3D (WP2). La ricerca sarà concentrata sulla pipeline di processo che dalla nuvola di punti (acquisita da metodologie integrate e con particolare attenzione ai dati ottenuti dalla fotogrammetria tradizionale e dalle tecniche SfM) porta alla realizzazione digitale di repliche reali e reintegrazione di architettura costruita per la digitalizzazione e la diffusione del patrimonio. Si assiste attualmente alla  crescita della precisione delle tecnologie e alla riduzione dei costi di riproduzione 3D delle opere d'arte per esibizioni museali o per sostenere il restauro e lo studio di CH. Il progetto si basa sulla considerazione che i modelli 3D sono ampiamente utilizzati nel patrimonio culturale per creare documenti accurati di monumenti individuali ed edifici, nonché siti completi, come confermato da progetti rilevanti (H2020-REFLECTIVE-7-2014: Modellazione 3D avanzata per l'accesso e la comprensione delle risorse culturali europee) ed attività in corso sulla digitalizzazione del patrimonio, anche nella creazione di modelli condivisi: l'obiettivo è  lo sviluppo di nuovi metodi e strumenti per la modellazione 3D e l'analisi di risorse e siti culturali fisici che vanno oltre la semplice ricostruzione digitale. I modelli saranno in grado di diffondere la conoscenza del patrimonio culturale a ricercatori e cittadini. La documentazione dei beni culturali è un processo multimediale affrontato attraverso la rappresentazione digitale della forma e del livello di conservazione del patrimonio. Se i modelli digitali diventano la "nuova" rappresentazione, è necessario riconoscere il ruolo che cambia nella ricostruzione digitale; grazie ad essi, la conservazione e la conservazione hanno una nuova veste nella documentazione, analisi ed anche diffusione del patrimonio culturale. Nella prospettiva di una rappresentazione "per tutti", il recente sviluppo delle stampe 3D ha posto problemi; d’altra parte, nel campo della Geomatica la stampa 3D è uno dei possibili risultati di un'indagine, così come i disegni tradizionali digitali e cartacei. Le caratteristiche metriche (come precisione e accuratezza) del modello 3D stampato devono essere prese in considerazione e confrontate con le stesse caratteristiche del modello digitale ottenuto dal rilievo. Questo è fondamentale per comprendere i possibili campi di applicazione delle riproduzioni digitali: in alcuni casi la copia deve sostituire l'originale, quando non è più disponibile (v. progetto Gravitate o Scan4Reco, all'interno dell'H2020 -REFLECTIVE-7-2014).
4. DEFINIZIONE DELLE PROPRIETA' DI IMMAGINI CHE POSSONO ESSERE UTILIZZATE PER UNA MODELLAZIONE 3D DI OGGETTI NATURALI E COSTRUITI (WP 2 e WP 3). Gli studi e le prove sperimentali eseguite permetteranno di definire le corrette proprietà delle immagini che possono essere utilizzate per ottenere modelli 3D con una accuratezza utile per diverse applicazioni. Saranno definite regole semplici per acquisire immagini per la modellazione 3D come: distanza presa, lenti usate, macchina fotografica utilizzata, rapporti base/distanza, risoluzioni radiometriche e geometriche, informazioni di base metriche. Questi elementi permetteranno di aggiornare le regole 3x3 già definite in passato da CIPA-HD per la gestione digitale del software fotogrammetrico.
5. CONFRONTO DI SOLUZIONE TRA TECNICHE FOTOGRAMMETRICHE E STRUCTURE FROM MOTION (SFM) SIA DA UN PUNTO DI VISTA TEORICO CHE PRATICO BASATO SU ANALISI DI ALGORITMI E TEST DI PRECISIONE (WP3): Il progetto confronterà l'approccio teorico di SfM con la fotogrammetria tradizionale al fine di evidenziare le differenze in termini di soluzioni analitiche adottate e di risultati statistici possibili. Le piattaforme più diffuse, basate su SfM, restituiscono informazioni scarse (o quasi nulle), relative alla precisione e all'accuratezza del sistema dei modelli 3D ottenuti; quindi uno dei temi principali sarà quello di estrarre, dalle formulazioni analitiche SfM, un possibile modo per stimare i parametri statistici che associano ai modelli 3D generati le informazioni necessarie per valutarne la qualità. Quest’ultima influenza infatti la possibilità di utilizzare correttamente tali prodotti come dati di input per le banche dati geometriche, in piattaforme GIS e BIM. Un secondo approccio sarà basato maggiormente su test sperimentali di precisione utilizzando per esempio set di punti di controllo che verranno confrontati con i modelli 3D creati da SfM. Il test di precisione sarà eseguito su casi forniti da ISPRS e consentirà un possibile confronto con le prove analoghe eseguite nella comunità scientifica. Questo contribuirà ad una crescita internazionale sui reali vantaggi che SfM può dare alla conoscenza metrica.
6. PROGETTAZIONE DI EVENTUALI INTEGRAZIONI TRA FOTOGRAMMETRIA E SfM PER OTTENERE RISULTATI ECONOMICI (WP3): Considerando i risultati ottenuti nei passaggi precedenti, potranno essere pianificate e verificate strategie volte all'integrazione tra fotogrammetria e risultati da SfM. Le soluzioni per l'orientamento delle immagini fotogrammetriche spesso richiedono forti approssimazioni dei valori sconosciuti da stimare. Gli algoritmi di SfM potrebbero dare, in poco tempo, buone approssimazioni utilizzabili come punto di partenza per le soluzioni fotogrammetriche più convenienti da un punto di vista statistico. Uno dei possibili risultati, che potrebbe rappresentare una fonte di ispirazione per le attività di ricerca, è rappresentato da un progetto di fattibilità di una piattaforma in grado di integrare i vantaggi delle due tecniche di modellazione. La fattibilità dell'integrazione tra la fotogrammetria classica e la SfM verrà ispezionata con sistemi stereoscopici. Al fine di ottenere un livello più elevato di automazione, saranno inoltre testati alcuni algoritmi sviluppati di recente per la gestione della nuvola di punti derivanti dalle immagini aeree LIDAR. In congiunzione con WP1, si valuteranno le possibilità di uso delle nuvole di punti derivate da immagini nelle procedure di analisi strutturale.