Diapositiva 1 - Progetto COBRA

Progetto COBRA “Sviluppo e diffusione di metodi, tecnologie e
strumenti avanzati per la COnservazione dei Beni culturali,
basati sull’applicazione di RAdiazioni e di tecnologie abilitanti
CATACOMBE DI PRISCILLA: fotogrammetria e ricostruzione
3D mediante tecnologie low-cost; elaborazione di immagini
con la tecnica Structural from Motion (SfM)
3° Workshop: Tecnologie ENEA per i beni culturali
Irene Bellagamba - ENEA C.R. Casaccia
Marialuisa Mongelli - ENEA C.R. Casaccia
Laboratorio DTE-ICT-HPC
19 gennaio 2017
ENEA, Via Enrico Fermi, 45 - Frascati
[email protected]
WP-2 Potenziamento degli assets di ricerca e sviluppo
Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Fotogrammetria e ricostruzione 3D mediante tecnologie Low-Cost
SITO ARCHEOLOGICO: Complesso delle Catacombe di Priscilla
OBIETTIVO: ricostruzione fotogrammetrica 3D come tecnologia di monitoraggio
finalizzata alla salvaguardia, alla conservazione e al miglioramento della fruizione del
sito archeologico.
VANTAGGI della tecnica fotogrammetrica:
 Speditiva e contactless
 A costi contenuti
 Per applicazioni tradizionali e innovative
 Di facile accesso
 Replicabile
CASI STUDIO:
 Cappella Greca
 Sarcofago delle muse
 Elemento murario
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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WP-2 Potenziamento degli assets di ricerca e sviluppo
Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Fotogrammetria e tecnica “Structural from Motion” (SfM)
FOTOGRAMMETRIA - Tecnica di rilievo che permette di ottenere, a partire da
immagini fotografiche 2D, misure metriche di un oggetto, in termini di:
• forma
• dimensioni
• posizione nello spazio
Corrispondenza univoca tra
Punti dello spazio oggetto (spazio reale) → Punti dello spazio immagine (spazio fotografia)
Equazioni di “collinearità” e Tecnica della triangolazione
TECNICA SfM – Restituisce un modello 3D sotto forma di nuvola di punti, mesh
poligonali texturizzate, posizioni e orientamenti dei punti di ripresa fotografici.
 Ricostruzione modello 3D, posizionamento e orientamento camere risolti (con
algoritmi complessi) in “via automatica” dal software utilizzato.
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Catacombe di Priscilla: casi studio individuati
(in accordo con la PONTIFICIA COMMISSIONE di ARCHEOLOGIA SACRA)
1. “Cappella Greca”: per controllare
l’evoluzione nel tempo di attacchi
biologici superficiali in termini di
forma e dimensione;
2. “Sarcofago
delle
Muse”:
per
valorizzare il bene consentendo la sua
fruizione da remoto in modalità
virtuale;
3. Elemento in muratura lesionato: per
identificare e monitorare nel tempo
l’eventuale avanzamento del quadro
fessurativo superficiale.
Zona del Criptoportico e adiacenti
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
1°caso studio: la “Cappella Greca”
Monitoraggio dell’attacco biologico nel tempo
Campagna di rilievo fotografico:
acquisizione immagini digitali
IMMAGINI DIGITALI ACQUISITE: 400
IMMAGINI DIGITALI ELABORATE: 364
DIMENSIONE singola immagine: 5 MB
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
1°caso studio: la “Cappella Greca”
Monitoraggio dell’attacco biologico nel tempo
Elaborazione fotogrammetrica:
ricostruzione modello 3D
SOFTWARE di RICOSTRUZIONE 3D: PhotoScan
(da remoto su CRESCO via ENEAGRID)
RISULTATI DELLA RICOSTRUZIONE
Dense cloud: nuvola di punti
Mesh: elementi poligonali
Texture: superficie texturizzata
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
1°caso studio: la “Cappella Greca”
Monitoraggio dell’attacco biologico nel tempo
Il modello 3D in PhotoScan è
stato opportunamente scalato
e successivamente importato in
Cad 3D per la misura dell’area
dell’attacco biologico
Mediante l’inserimento in PhotoScan
di alcuni marcatori è stato possibile
determinare le effettive dimensioni
dell’attacco biologico direttamente
all’interno del software
Area effettiva:138 cm2
Altezza max: hmax(distanza marcatori 5-6) = 18,5 cm
Larghezza max: lmax(distanza marcatori7-8)= 15,9 cm
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
2°caso studio: il “Sarcofago delle Muse”
Fruizione remota in modalità virtuale
Campagna di rilievo fotografico:
acquisizione immagini digitali
IMMAGINI DIGITALI ACQUISITE: 80
IMMAGINI DIGITALI ELABORATE: 67
DIMENSIONE singola immagine: 5MB
CRITICITÀ: Reperto situato in area non accessibile al pubblico→scarsa visibilità
OTTIMIZZAZIONE della ricostruzione 3D in fase di rilievo: utilizzo di lampade al
led per l’esecuzione della scansione fotografica
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
2°caso studio: il “Sarcofago delle Muse”
Fruizione remota in modalità virtuale
OBIETTIVO: creazione di un video multimediale al fine di rendere fruibile
in modalità virtuale il Sarcofago delle Muse a tutti coloro che intendono
visitare le Catacombe di Priscilla
Risultati della ricostruzione del Sarcofago delle Muse eseguita
con il software Agisoft PhotoScan disponibile su CRESCO
Dense cloud: nuvola di punti
Mesh: elementi poligonali
Texture: superficie texturizzata
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
3°caso studio: elemento murario lesionato
Monitoraggio del quadro fessurativo
Elemento in muratura con lesioni superficiali di notevole estensione → Utilizzo della
tecnica Structural from Motion (SfM) per determinare:
 Numero fessure, coordinate inizio e fine (estensione), categoria (scale
macrosismiche europee EMS98);
 costruire una “mappatura superficiale” delle lesioni.
Campagna di rilievo fotografico:
acquisizione immagini digitali
IMMAGINI digitali ACQUISITE: 300
IMMAGINI digitali ELABORATE: 250
Criticità del rilievo fotografico:
 scarsa illuminazione del sito;
 omogeneità cromatica superficiale
dell’elemento.
Ottimizzazione del processo di ricostruzione 3D :

Illuminazione superfici dell’elemento murario con luci al led e applicazione di marcatori per:
• facilitare la ricostruzione fotogrammetrica e ridurre i tempi computazionali;
• scalare il modello 3D mediante misure note per ottenere un modello “metricamente corretto”.
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
3°caso studio: elemento murario lesionato
Monitoraggio del quadro fessurativo
Risultati della ricostruzione
fotogrammetrica dell’elemento
murario (High Resolution)
Dense cloud
(nuvola densa
di punti)
Nuvola sparsa di punti: 41˙952 punti
Nuvola densa di punti: 19˙438˙228 punti
Modello poligonale (Mesh): 3˙547˙077 elementi
Modello poligonale
(elementi mesh
triangolari)
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
3°caso studio: elemento murario lesionato
Monitoraggio del quadro fessurativo
Lesioni individuate
(Categoria, estensione, coord. di inizio e fine)
Cod. Cat.
Estens.
Posiz. di inizio
Posiz. di fine
L [cm]
x [cm]
y [cm]
x [cm]
y [cm]
1
2-3
280,5
88,0
55,7
95,8
275,0
1Ad
1
8,1
77,6
143,8
76,7
147,4
1Bs
1
65,4
76,9
152,9
66,7
214,5
1Cd
1
13,3
82,5
155,3
94,9
155,4
1Ds
1
9,9
85,2
229,9
87,3
235,8
1Es
1
25,2
88,1
255,1
77,6
274,2
Livelli di classificazione
delle fessure (EMS-98)
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Obiettivi e sviluppi futuri
Cappella Greca:
Nuova scansione fotografica e ricostruzione fotogrammetrica;
Confronto forma e dimensioni dell’attacco biologico a distanza di tempo;
Ricostruzioni fotogrammetriche periodiche per il monitoraggio nel tempo
dell’attacco biologico.
Elemento murario
Nuova scansione fotografica e ricostruzione fotogrammetrica della
superficie dell’elemento murario;
Individuazione e ricostruzione del “nuovo” quadro fessurativo;
Confronto tra i due rilievi;
Monitoraggio nel tempo dell’eventuale modifica del quadro fessurativo.
Sarcofago delle Muse:
Realizzazione di uno o più video multimediali per la fruizione remota del
bene archeologico in modalità virtuale.
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Campagna di misure LIF (Laser Induced Fluorescence)
OBIETTIVO: Individuazione e studio della natura di attacchi biologici
I punti di sviluppo degli attacchi biologici possono cambiare nel tempo data la
capacità dei microrganismi di svilupparsi in spore che si disperdono nell’aria
↓
Colonizzazione di altri siti dello stesso luogo quando le condizioni tornano
favorevoli
Importante avere sistemi in grado di:
• monitorare la variazione, la forma e la dimensione di un attacco biologico
• prevedere dove si svilupperà il nuovo attacco
Immagini di fluorescenza dell’area
esaminata, filtrate a:
• 340 nm (sinistra)
• 400 nm (destra)
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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Attività 5 – Sviluppo sistemi diagnostici dimostratori
Campagna di misure LIF (Laser Induced Fluorescence)
Spettri di fluorescenza
(punti P1, P2, P3 e P4)
Immagine
fotografica
P1
P4
P2
P3
P1
Immagine di
fluorescenza
filtrata a 600 nm
P1
P4
P2
P3
Anche dove l’attacco non è
visibile ad occhio nudo è
riscontrabile un debole segnale
P2
P3
P4
Intensa banda a 340 nm + analisi microscopica in laboratorio da campione prelevato in situ → Si è
riscontrata la presenza di colonie di actinobatteri
Totale assenza di segnali nel range 600-750 nm → Si esclude la presenza di microrganismi fotosintetici
ENEA – Via Enrico Fermi, 45 - Frascati, 19 gennaio 2017
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19 gennaio 2017
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