dei Dipinti

L’impronta digitaLe
dei Dipinti
L’impronta digitale dei dipinti
Bernd Breuckmann - Breuckmann GmbH
(Traduzione di UNOCAD Srl)
SOMMARIO
Normalmente consideriamo i dipinti come oggetti quasi piatti, nei quali il dato più rilevante
è la superficie pittorica.
Infatti vengono principalmente studiati con le
convenzionali tecnologie 2D che non sono in
grado di registrarne la terza dimensione.
Comunque ci sono molti dipinti, specialmente
quelli che presentano uno spessore nell’ordine dei mm, per i quali l’analisi 3D rappresenta
un’importante opportunità che:
• Ricostruzione virtuale di beni artistici
• Presentazioni virtuali nei musei e in internet
• Produzione e prototipazione rapida di copie e repliche in scala
• Analisi scientifiche di ritrovamenti paleontologici e archeologici
• Mappatura quantitativa del degrado su sculture e monumenti
• Creazione di carte d’identità e impronte digitali (delle opere)
• Produzione di imballaggi su misura per il
• dà ulteriori informazioni riguardo lo stile e
trasporto
la pennellata del pittore
• influisce sull’impressione visiva globale del In particolare, questi sistemi permettono la
dipinto
documentazione anche delle più piccole de• definisce, unitamente alla superficie pittori- formazioni di superfici apparentemente piatca, un’impronta individuale e unica di cia- te come i dipinti e gli affreschi; deformazioni
scun dipinto.
che generalmente vengono registrate con una
risoluzione spaziale di ca. 50-100 μm, corriGli scanner 3D ad alta definizione, basati sulla spondenti a 500 (250) dpi per gli oggetti piatti.
tecnica di proiezione a frange, permettono la Questo permette la documentazione di imporregistrazione simultanea della superficie pitto- tanti caratteristiche ai fini del restauro (piccole
rica e della terza dimensione con una precisio- fratture) o della ricerca scientifica (andamento
ne dell’ordine dei μm e una risoluzione spa- delle pennellate). L’acquisizione dei dati con
ziale di 10 μm. La relazione presenta lo stato gli scanner 3D topometrici può essere svoldell’arte di questa tecnica e mostra vari esem- ta in-situ, senza emissione di radiazioni, senza
pi di documentazione 3D di dipinti e affreschi contatti e danneggiamenti sull’opera, utilizzanfamosi.
do una fonte di luce strutturata (codificata) e
macchine fotografiche digitali.
1. INTRODUZIONE
Sulla spinta delle applicazioni nei settori dei
2. Criticità degli scanner 3D
beni culturali, dell’industria e medico, negli ulad alta definizione
timi anni sono stati sviluppati scanner 3D avan- Anche se, da un punto di vista generale, la scanzati e sistemi di post-processazione per la do- sione dei dipinti non rappresenta una grossa
cumentazione rapida e precisa delle superfici problematica, ci sono molti aspetti critici relacon curvature. I modelli 3D ricavati con questi tivi alla sua messa in pratica:
sistemi possono essere sfruttati per visualizzazioni di realtà virtuale, misurazioni e ispezioni • Estrema precisione e risoluzione dei colori
e per analisi scientifiche.Tipici esempi di utilize dei dati 3D
zo dei modelli 3D nel settore dei beni culturali, • Accesso limitato ai dipinti preziosi
sono:
• Condizioni ambientali difficili e non controllabili
• Documentazione e archiviazione di beni artistici
Per queste ragioni, la scansione dei dipinti, in
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particolare sotto le restrizioni museali, richiede uno scanner mobile con un sistema di allestimento stabile e un flusso di lavoro facile da
utilizzare, che permetta di raccogliere i dati in
breve tempo.
Per venire incontro a queste esigenze, stiamo
utilizzando degli scanner3D topometrici ad
alta definizione, basati sulla proiezione di frange [Creath 1988], [Malz 1989], [Breuckmann
2009].
Lo smartSCAN3D-HE system di Breuckmann è
dotato di due macchine fotografiche a colori
da 5MP (figura1), permettendo la registrazione sia delle caratteristiche 3D che del colore,
con una risoluzione e una precisione dell’ordine del nanometro nello spessore e fino a 2.400
dpi per la risoluzione spaziale. La tabella n.1
mostra le specifiche di questo sistema per due
campi di misurazione (FOV), 125 mm e 300
mm, che sono i maggiormente utilizzati nella
scansione dei dipinti.
• La taratura ottica e geometrica dell’intero
sensore mediante una tabella di taratura
certificata
• Il bilanciamento del bianco delle macchine
fotografiche a due colori
• Il bilanciamento del colore mediante un tabella di colore
• L’individuazione di tutte le possibili distorsioni ottiche, inclusa la vignettatura delle
lenti della macchina fotografica
Questo ampio procedimento di taratura, permette un allineamento ancor più preciso, per
esempio usando un approccio ICP, e integrando un gran numero di scansioni che minimizzano gli errori di unione (delle immagini) sia a
colori che 3D, anche per oggetti quasi piatti (in
fig.2 un esempio di rilevanti errori di unione
delle immagini).
Figura 1 - Lo smartSCAN 3D HE
Figura 2 - Scansione di un dipinto con gravi errori di
unione delle immagini causati da insufficiente calibrazione del sensore
Per superare la limitata capacità di gamma dinamica delle macchine fotografiche digitali,
abbiamo sviluppato una diversa tecnica di Ampia Gamma Dinamica (HDR) per registrare le
caratteristiche 3D di dipinti con colori molto
scuri e lucidi. (vedi figura 3).
Tabella 1 - Caratteristiche tecniche tipiche del FOV
del sistema smartScan 3D-HE
La taratura di questo sistema, che richiede solo
qualche minuto, prevede:
Abbiamo inoltre sviluppato flussi di lavoro rapidi e semplici che permettano di scansionare
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Figura 3 - Esempio di un dipinto con parti molto scure
e luminose, tra cui brillanti colori dorati. Acquisito con
tecnica HDR modificata
Figura 4 - Ninfee, Monet, 1916, Kunstmuseum
Winterthur, con il 1.4 MP smartSCAN3D-duo
un dipinto in breve tempo in una normale situazione museale. In tal modo diventa possibile scansionare un dipinto di circa 1mq con una
risoluzione di 100 μm, in circa 1ora se lo scanner viene utilizzato manualmente. Il tempo di
acquisizione può essere sensibilmente ridotto
a circa 20 minuti, muovendo lo scanner con
una stazione automatica X/Y.
3. L’impronta digitale
Nell’arco degli ultimi due anni abbiamo scansionato una piccola collezione di dipinti, principalmente di VanGogh, con la strumentazione
descritta. Purtroppo questi dati non sono ancora stati pubblicati dettagliatamente. Ciononostante, i vantaggi e le possibilità della tecnica di scansione 3D ad alta definizione, possono
essere dimostrati e discussi sull’esempio di un
dipinto di Monet, Le ninfee, olio su tela,1916.
Abbiamo scansionato questo dipinto che misura 2x2 m, nel Febbraio 2008 nel Kunstmuseum
di Winterthur con un sistema smartSCAN3Dduo, utilizzando due diverse risoluzioni spaziali, 350 μm e 80 μm. La figura 4 mostra una
fotografia del dipinto con il nostro scanner 3D.
La figura 5 mostra una visualizzazione (modello 3D) di una delle ninfee della parte centrale
del dipinto (ca. 25x30 cm), che è stata registrata con circa 10 scansioni singole con una risoluzione spaziale di 80 μm. La figura 6 mostra
la rete poligonale di un’altra ninfea della parte
bassa del dipinto, con e senza texture, anch’es-
Figura 5 - Visualizzazione dei dati 3D di una parte del
mesh poligonale strutturato (circa 25 x 30 cm)
Figura 6 - Diverse visualizzazioni di una piccola area
del dipinto (circa 6 x 6 cm), con / senza texture
Figura 7 - Visualizzazione del rilievo 3D della profondità
dello spessore con scala di colore
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sa registrata con una risoluzione di 80 μm.
Questo dimostra uno dei maggiori vantaggi
offerti dalla tecnica di scansione 3D: la possibilità di rimuovere virtualmente la texture dai
dati 3D, semplicemente presentandoli senza
l’informazione del colore. Questo permette di
analizzare i dettagli del rilievo 3D indipendentemente dal suo colore.
della donna nel medesimo dipinto dopo la
compensazione del dominio a bassa frequenza.
Va notato che lo spessore della superficie pittorica di questo dipinto è solo dell’ordine di
circa 50 μm, mentre quello relativo al primo
dipinto è di qualche mm.
La figura 7 mostra una visualizzazione alternativa del rilievo 3D: lo spessore viene rappresentato con una trama di colore convenzionale,
nella quale i diversi colori rappresentano differenti valori-z come definito dalla corrispondente scala di colore. Il riferimento per questa
mappa di profondità può essere un livello convenzionale, una approssimazione poligonale
della superficie o una generale mesh livellata
che sfrutta unicamente il dominio a bassa frequenza del rilievo.
Ciò offre inoltre la possibilità di studiare la
struttura e la forma della tela o della tavola lignea del dipinto. Questo è dimostrato in figura 8 su un altro dipinto di Monet, olio su tela,
collezione privata, che è stato scansionato tramite Tondo Bt. con una risoluzione di 80μm.
In questo caso, le zone ad alta frequenza del
dipinto sono state livellate e il risultante dominio a bassa frequenza viene confrontato con
un livello di riferimento.
La figura 9 mostra il rilievo 3D del copricapo
Figura 9 - Rilievo 3D del copricapo della donna dopo
la compensazione del dominio a bassa frequenza
4. Conclusioni e Prospettive
Abbiamo dimostrato le possibilità degli scanner 3D ad alta definizione ai fini dello studio
dei dipinti, mediante la registrazione di un’unica impronta con la più alta definizione.
Ci sono anche ulteriori applicazioni delle suddette tecniche, finalizzate alla documentazione 3D di opere d’arte. La figura 10 mostra la
visualizzazione di un modello 3D di uno dei
rilievi “chiodo” di Gunther Ucker. La stampa
in rilievo, delle dimensioni di ca. 50x70 cm è
stata registrata con una risoluzione di ca. 100
μm. Ingrandendo i dati 3D è inoltre possibile
osservare i minimi dettagli della struttura della
carta fatta a mano.
Figuri 8 - Visualizzazione della forma della tela di un
dipinto di Monet
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UNOCAD ART DIVISION
Va puntualizzato che questa tecnica di scansione 3D supera tutte le tipologie di tecnica fotografica, dato che è in grado di registrare non
unicamente il colore ma anche i più piccoli
dettagli del rilievo 3D di un dipinto. Ciò permette non solo la documentazione e l’analisi
dell’aspetto artistico di un dipinto, ma anche
della sua tecnica di realizzazione, della pennellata del pittore e della forma della tela o del
pannello ligneo.
• Unocad Art Division: dalla decennale
esperienza nell’ambito della mappatura 3D
delle opere d’arte plastiche, propone l’inedita
e innovativa indagine 3D dei dipinti.
• Alta tecnologia al servizio dell’arte: i
nostri scanner3D ad alta definizione, utilizzabili in ambito museale, restituiscono in breve
tempo e senza alcun contatto sull’opera l’impronta digitale del dipinto.
• Arricchimento quantitativo e qualitativo dei dati utili alla ricerca, scientifica e
storica, sui dipinti: l’opera viene confermata e
certificata come “unicum” poiché superficie
pittorica, supporto e altri elementi non visibili,
acquistano una forma matematica indagabile e
riconoscibile.
• Evidenti vantaggi per la catalogazione, lo studio, il restauro (mappatura del
degrado) dei dipinti ed essenziale strumento
nei casi di contrastate attribuzioni o nell’individuazione dei falsi.
• Nuove opportunità (ricostruzioni virtuali) per incrementare l’offerta espositiva
museale e approfondire la conoscenza dell’opera pittorica e del suo autore che, grazie a
queste tecnologie, si firma con la sola pennellata.
Figura 10 - Visualizzazione di un modello 3D di una
stampa in rilievo di uno dei chiodi di Günther ücker
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PER INFORMAZIONI:
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