Il busto di San Nicola da Tolentino
Patrimonio culturale, Museo Virtuale
Questo caso studio è gentilmente fornito da Alessio Cardaci e Pietro Azzola della scuola di ingegneria, università di Bergamo, Italia, ed Antonella Versaci della facoltà di ingegneria ed architettura, Università di Enna “Kore”, Italia. Il loro lavoro è stato inserito all’interno del programma dell’evento “LowCost 3D” che ha avuto luogo a Strasburgo, Francia, il 2 e 3 Dicembre 2019.
Lo studio è stato pubblicato su ResearchGate. Clicca qui per accedere al documento completo.
Obiettivi del caso studio
Al giorno d’oggi, la pratica della scansione 3D per la documentazione e la conservazione del patrimonio culturale sta crescendo sempre di più, in quanto solo i modelli 3D possono ottenere la vera ricchezza spaziale ed i dettagli delle opere d’arte, a differenza del classico metodo del catalogare correlato con descrizioni scritte ed immagini fotografiche.
Se seguito da un processo rigorosamente scientifico, questa pratica può essere eseguita anche utilizzando sistemi a basso costo come fotocamere e smartphones. La fotogrammetria può quindi diventare la chiave per la creazione di asset 3D in un modo più accessibile, accurato e rapido, oltre che dar diritto a quelle opere d’arte che spesso sono considerate “minori” di essere ricostruite e raggiungere cosi un pubblico più vasto.
Questo è l’obiettivo del presente documento promosso dall’università di Bergamo nell’occasione del cinquantesimo anniversario
Nello specifico, si concentra sull’analisi comparativa fra i modelli 3D del busto di San Nicola da Tolentino, scultura presente nell’antico convento di Sant’Agostino (Fig. 1). Il convento è stato fondato nel tardo 13° secolo ed è ora la sede della locale Università di Bergamo. La scultura è stata acquisita utilizzando differenti strumenti di digitalizzazione – sia professionali che amatoriali – e processati utilizzando diverse soluzioni software di fotogrammetria.
Fig. 1. La cappella dedicata a San Nicola da Tolentino ed il busto del santo nel complesso di Sant’Agostino.
© Cardaci, Versaci, Azzola
Rilievo fotogrammetrico e videogrammetrico
Prima di cominciare con il passo dell’acquisizione, il busto è stato digitalizzato con il laser scanner per generare un modello di riferimento per i successivi outputs generati estratti con la fotogrammetria, specialmente per comparare l’accuratezza metrica.
Il risultato di questa prima fase è stata un nuvola di punti densa di oltre 400000 punti ed una mesh. La fase successiva ha interessato il reale approccio fotogrammetrico, sfruttando sia immagini che video.
L’acquisizione fotografica è stata effettuata in primo luogo con una camera professionale : la Canon EOS 5D Mark II equipaggiata con un obiettivo Canon 24 mm a lenti fisse, utilizzando la modalità a priorità di apertura ed il diaframma ad f/16. L’altra acquisizione è stata fatta in modalità automatica con una action camera Go Pro Hero 4 ed alla fine, con un Apple I-Phone 7. In tutti i casi, le foto sono state prese adottando la tecnica di acquisizione ad assi convergenti mentre ci si muoveva intorno alla statua posizionata su di un tavolo e circondata da markers utilizzati per scalare e georeferenziare i successivi modelli 3D.
In particolare, i dati per la ricostruzione 3D sono stati i seguenti :
• HDR immagini, in formato .tif, acquisiti con Canon EOS 5 Mark II
• LDR immagini, in formato .jpg, acquisiti con Canon EOS 5 Mark II
• Immagini, formato .jpg, acquisiti con GoPro Hero 4
• Immagini, formato .jpg, acquisiti con Apple I-Phone 7
L’acquisizione video è stata fatta con l’action camera GoPro Hero 4 e l’Apple I-Phone 7, con e senza l’utilizzo dello stabilizzatore a tre assi con gimbal DJI Osmo Mobile. La risoluzione è stata impostata a 1920×1080 pixel e la velocità di registrazione a 30 frames al secondo. Ogni video ha una durata di circa 100 secondi ed il set di immagini estratte dal video sono tutte in formato .jpg.
Processo di ricostruzione 3D e comparativa modelli
Per la ricostruzione 3D sono stati utilizzati tre differenti software di fotogrammetria, incluso 3DF Zephyr, partendo dallo stesso set di dati composto da 6 serie di foto (FIg. 2). È seguita la fase di generazione di più nuvole di punti e mesh, per un totale di 18 modelli finali. Una comparativa fra i modelli risultanti dalla fotogrammetria e scansione laser (questi ultimi sono stati impostati come riferimenti) è stata effettuata utilizzando il software CloudCompare e 3D Systems Geomagic Wrap per verificare la qualità e l’accuratezza dell’output fotogrammetrico.
Fig. 2. Modello fotogrammetrico in HDR (Canon EOS5 Mark II con 24 mm / f 1.4 e processamento con 3DF Zephyr).
© Cardaci, Versaci, Azzola
La comparativa – disponibile in documento completo al link sopra – mostra risultati affidabili in quei modelli generati da immagini fisse, specialmente quelle acquisite con la camera Canon.
Inoltre, 3DF Zephyr è stato capace di ricostruire più punti guadagnando in qualità per entrambi i modelli e le textures utilizzando il set di dati in HDR.
Sfortunatamente, l’accuratezza dei modelli generati dal video è stata bassa a causa di un errore finale più alto di 10 mm rispetto al modello generato da scansione laser. Tale errore è rilevante quando si tratta di opere d’arte culturali, anche se l’uso di uno stabilizzatore può aiutare notevolmente ad ottenere una migliore ricostruzione 3D: in effetti, i risultati migliori sono stati quelli che utilizzano lo smartphone stabilizzato. D’altra parte, la registrazione di video ha fornito una raccolta di dati che ha permesso di risparmiare tempo, una migliore sovrapposizione tra i frame ed è stato sufficiente per il software per estrarre nuvole di punti dense e mesh.
In conclusione, il lavoro svolto vuole far luce sulle possibilità di sviluppo di dispositivi tecnologici sia professionali che a basso costo e su come possono influenzare i metodi attuali e futuri di conservazione del patrimonio culturale.
