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L’imaging 3D per i Beni Culturali

È innegabile che quest’anno di pandemia abbia posto l’attenzione sulle potenzialità dell’imaging 3D e della realtà virtuale. Nel blog abbiamo affrontato già alcuni di questi aspetti: le visite virtuali accessibili a tutti, i modelli 3D per studiare la deformazione dell’Adorazione dei Magi di Leonardo, oppure il 3D utilizzato per catturare e trasmettere alle generazioni future i passi di una danza tradizionale affinché non se ne perda la memoria, sono solamente alcuni esempi di risultati importati derivanti dall’uso del 3D. 


Il modeling 3D è stato da sempre particolarmente apprezzato nel campo della documentazione delle opere d’arte, poiché le rende l’opera facilmente fruibili e, naturalmente, con una qualità del dettaglio molto alta. Recentemente, queste applicazioni hanno investito anche molti altri fronti, come il restauro virtuale, ad esempio. 

Dunque, si parla di documentazione, fruizione, valorizzazione, analisi (morfometrica, in particolare) e di monitoraggio delle eventuali forme di degrado del materiale (deformazione, erosione...). 

Ma come si ottiene un modello 3D e cos’è il dato acquisto?

In parole povere, un modello (o immagine) 3D è una rappresentazione di un corpo fisico mediante varie entità geometriche, come triangoli, linee o facce. La “mesh poligonale” è ciò che si ottiene dopo che si è effettuata una scansione laser: il termine “mesh” ha il significato di “maglia” ed è possibile comprendere perché abbia questo nome se diamo un’occhiata alla Figura 1. 

Figura 1. Varie mesh che evidenziano l'uso di forme geometriche per formare il modello 3D. Mesh con più poligoni determinano un maggiore dettaglio del modello.

La mesh poligonale è un insieme di linee, vertici e facce che creano il modello solido 3D. I poligoni possono essere di varie forme, sempre semplici e usualmente triangolari. La numerosità dei poligoni determina il dettaglio del modello, allo stesso modo con cui la quantità di pixel definisce la risoluzione di una fotografia. Essa è utilizzata soprattutto per studi di morfometria e, solitamente, il prodotto finale di una scansione laser, ovvero ciò che viene mostrato al pubblico, è un modello 3D coperto da una texture, cioè dalla rappresentazione “reale” della sua superficie. Questa può essere aggiunta in seguito all’acquisizione del modello ed è sostanzialmente una fotografia dell’intero oggetto (Figura 2). 

Figura 2. Mesh (a sinistra) e texture (a destra).


Tra i vari metodi per acquisire un modello 3D c’è il Time-of-Flight (TOF camera), molto utilizzato per grandi oggetti e siti archeologici. In questo caso si misura il tempo che la luce impiega per essere riflessa dall’oggetto e tornare allo scanner (quindi, tragitto telecamera-oggetto-telecamera): conoscendo la velocità della luce si può stimare la distanza tra la telecamera e l’oggetto stesso. 

L’uso di laser che sfruttano il principio della triangolazione è frequente, invece, per oggetti di medie e piccole dimensioni. Un trasmettitore proietta un fascio di luce direttamente sull’oggetto, che può essere posto su un braccio rotante per facilitare l’acquisizione di ogni parte della superficie. La luce del trasmettitore, arrivando sull’oggetto, è riflessa e registrata dal ricevitore. La tipologia della superficie da scansionare influenza la qualità del modello 3D ottenuto: superfici troppo riflettenti, con particolari variazioni di colore o molto rugose sono più difficili da acquisire. 

Figura 3. Acquisizione del modello 3D del Duomo di Pisa


La tecnologia del 3D ha fatto moltissimi progressi in pochi anni, soprattutto nelle applicazioni sui materiali di interesse culturale. Uno dei primi lavori in tal senso e di grande rilevanza scientifica è stato quello di Fausto Bernardini, Holly Rushmeier, Ioana M. Martin, Joshua Mittleman e Gabriel Taubin, i quali hanno ricostruito un modello digitale della Pietà Bandini di Michelangelo (l’articolo si può reperire gratuitamente qui ). 

L’articolo è stato pubblicato nel 2001: venti anni fa! Si tratta di un periodo che può sembrare molto limitato, ma in questo ambito non lo è, dato che la tecnologia è cambiata molto nel corso degli anni: basti pensare che alcuni formati di file per leggere le mesh prodotte sono (già) diventate obsolete!

Francesca
Le immagini sono prese da: 



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