Archeologia virtuale: dalla carta allo schermo

Simone Gianolio - Università di Roma “La Sapienza”
Dall’analogico al digitale
L’archeologia tradizionale
 L’impostazione del progetto
 Immagini, video o realtà virtuale
 La ricostruzione 3D in archeologia
 Un workflow “rock solid”?
 Vademecum

La ricerca archeologica tradizionale


Ogni progetto di “archeologia
virtuale” nasce da una piena e
precisa conoscenza dell’oggetto,
che si ottiene tramite la ricerca
archeologica “tradizionale”:
approfondita analisi bibliografica,
puntuale analisi iconografica,
analisi e rilievo del manufatto;
ancora: epigrafia, numismatica,
letteratura, dati ambientali e
antropici (paleobotanica, analisi
polliniche, paleontologia, etc.),
dati di scavo, etc.
Quando si tratta di monumenti,
ogni ricostruzione non può
prescindere da una conoscenza
del paesaggio (topografia,
urbanistica, ma anche fauna,
flora, etc.) e da uno studio
diacronico di tutto il materiale a
disposizione.
La ricerca archeologica tradizionale
È utile che il materiale venga
preliminarmente organizzato
all’interno di un database
informatico che consenta
queries specifiche e mirate.
 Affinché si ottengano risultati
utili, bisogna corredare il
database di specifici
metadati, seguendo le
indicazioni fornite da istituti
come l’ICCD con specifiche
schede ma anche sulla base
delle indicazioni fornite
dall’archeologia preventiva
(soprattutto nel caso di survey
topografica preliminare alla
ricostruzione di un
paesaggio).


Non va dimenticato che alla
base di un database
archeologico vi sono i concetti
di open data ed open format:
deve dunque risultare
condivisibile ed
interscambiabile, cosa che si
può facilmente ottenere
programmando fin da subito
una piattaforma web con
linguaggio MySQL (per il
quale esiste un editor visuale
open source: MySQL
Workbench) / PostGRES +
PHP+AJAX con supporto per
l’esportazione .xml verso
sistemi centralizzati come il
“SigecWEB” dell’ICCD
La ricerca archeologica tradizionale

Ogni database
dovrà poi prevedere
specifiche voci
relative all’utilizzo di
strumentazione per
il rilievo diretto ed il
posizionamento
georeferenziato, in
modo tale da essere
pronto per costituire
la pietra portante di
un sistema GIS
Il rilievo strumentale in archeologia



Portata a termine l’analisi preliminare del reperto, si può procedere
al rilievo dello stesso attraverso i metodi attualmente disponibili:
rilievo manuale diretto e rilievo strumentale indiretto
È fondamentale che i metodi utilizzati vengano pianificati nella fase
iniziale, poiché è necessario che l’impianto sia coerente per l’intera
durata del progetto, in modo da standardizzare l’errore insito in
ogni sistema di misura
A tal fine, può essere utile corredare ogni ricerca di un wiki [con
wikidot (piattaforma web), mediawiki (il CMS di wikipedia),
docuwiki (CMS testuale), zim (wiki su desktop), etc.] dove inserire
tutti i dati degli strumenti utilizzati e le procedure metodologiche
messe in atto, così da favorire una piena comprensione
dell’operato a lettori e studiosi terzi che volessero analizzare il
lavoro. Un buon wiki può anche essere la base per l’interscambio
controllato dei dati grezzi
Il rilievo strumentale in archeologia

Rilievo planimetrico,
distinto nel dettaglio per:
 Manufatti
 Strutture
 Unità stratigrafiche




 “a codice” (s 3-5m)
 Unità topografiche

Necessità di una
predisposizione
preliminare di un sistema
di capisaldi
Rilievo diretto manuale
Stazione totale
Laser scanner 3D
Fotogrammetria
GNSS*
 Differenziale (s 1-10cm)


Prospezioni geofisiche
Necessità di strumenti
calibrati e posizionati
Rilievo indiretto
strumentale
Il GIS in archeologia



Un Sistema Informativo Geografico (da non
confondere con il “Sistema Informativo Territoriale”)
consente di georeferenziare all’interno di un sistema
cartografico delle informazioni alfanumeriche che
descrivono le quantità e le qualità degli oggetti,
precedentemente organizzate all’interno di un
database informatico
A differenza del semplice database, un GIS consente
dunque queries comprensive del parametro di
localizzazione, estremamente importante quando si
studiano estensioni territoriali progressivamente più
vaste
Quando si passa dalle analisi quantitative alle analisi
qualitative, il livello raggiunto dipende molto dagli
algoritmi matematici utilizzati
Il GIS in archeologia
Il GIS si divide
sostanzialmente in due
categorie: raster e vettoriale,
che oggi è possibile
comprendere all’interno dello
stesso progetto.
 I dati raster consentono di
analizzare dati riguardanti
l’ambiente e la geomorfologia
del suolo (ad es. i DEM)
 I dati vettoriali consentono di
ricercare ed interrogare dati
georeferenziati
 Anche la pianificazione di un
GIS deve prevedere la sua
pubblicazione sul web
secondo il concetto della
condivisione aperta del dato

GIS: operazioni standard sui dati (da Medri 2003 p. 208, fig.
3.22) 

Azioni sui dati:





Operazioni statistiche:




Medie
Sommatorie
Percentuali
Operazioni grafiche





Inserimento
Aggiornamento
Recupero
Etc.
Ricerca dei vicini
Rilevamento dei confini
Tracciamento isolinee
Etc.
Analisi spaziali avanzate




Relazioni tra attributi
Analisi di visibilità
Analisi della viabilità
Etc.
La ricostruzione 3D in archeologia



Negli ultimi anni l’utilizzo di sistemi di resa
tridimensionale di paesaggi antichi, siti, strutture e
contesti urbani sta prendendo sempre più piede,
sebbene con difficoltà e resistenze non sempre
giustificate
La realtà virtuale apre vastissime opportunità per la
ricerca, per la rappresentazione, per la didattica, per
la valorizzazione, per la divulgazione, per la
salvaguardia, per la fruizione del bene culturale
Tutte queste differenti possibilità implicano finalità
diverse, quindi strumenti diversi ed output diversi,
sebbene sempre partendo da una solida conoscenza
dei dati di studio e delle evidenze
Il modello 3D

Materiale indispensabile di base:
 Planimetria e pianta ricostruttiva
 Sezioni ricostruttive
 Prospetti di lati esterni ed interni
 Particolari architettonici, decorazioni e
rivestimenti in genere (da utilizzare come
“blueprints” nella modellazione di dettaglio)
 Fotografie “scientifiche” ad alto dettaglio
 Confronti puntuali
Il modello 3D
Finalità del modello tridimensionale
Immagini statiche
Animazioni
Realtà virtuale*
Si impostano le
inquadrature
Si modella soltanto
ciò che è visibile in
camera
Preferibilmente si
renderizza per mezzo
dei canali
Si uniscono i canali in
postproduzione
Si imposta il percorso
della camera
Si modella soltanto
ciò che è visibile
lungo il percorso della
camera
L’output del rendering
deve preferibilmente
essere in formato png
Si monta la sequenza
in postproduzione
Si modella l’intera
scena con il sistema
dei Levels of Detail
Lo scenario verrà poi
gestito da un motore
di rendering in tempo
reale che supporti
l’interattività
Il modello 3D
Immagini statiche
Engine rendering biased
Engine rendering unbiased
Si tratta di motori di rendering con
simulazione approssimata della luce
(ad es. MentalRay, iRay, Vray,
FinalRender, Brazil, Blender, etc.)
Si tratta di motori di rendering con
simulazione fisicamente corretta
della luce (ad es. FryRender,
Maxwell, Octane, etc.)
Qualità fotorealistica molto elevata,
tempi ridotti di impegno hardware,
ideali per i video
Qualità fotorealistica estremamente
elevata, tempi lunghi di impegno
hardware, ideali per immagini
statiche ad alto impatto visivo
Richiedono grande padronanza
nella creazione dei materiali
Le textures per i modelli 3D

Ove possibile, è preferibile ottenere textures da applicare ai modelli per
mezzo della fotografia digitale:







Scattare sempre in raw alla massima profondità di colore possibile e in spazio
“Adobe RGB”
La luce deve essere il più possibile diffusa, per diminuire il contrasto ed esaltare il
dettaglio
La luce di taglio deve essere utilizzata per esaltare la trama: per costruire le mappe
di bump e di displacement può essere necessario mixare fotografie ottenute con
differenti angolazioni di luce
Gestire il più possibile l’immagine con profondità a 16bit invece che a 8bit per
evitare effetti di posterizzazione
Le immagini di elementi ripetuti (come muri, geometrie, etc.) devono essere
ritagliate in modo da ottenere una textures che sia di tipo tileable (ripetibile senza
notare fratture)
La dimensione della texture deve essere sempre superiore alla dimensione di
output dell’immagine finale
Ove non sia possibile, bisogna avere grande padronanza nell’uso di
programmi di elaborazione immagini, creando fotomontaggi con l’uso di
fotografie digitali ed immagini di materiali prese dal vivo (in rete vi sono
molti “repository” che consentono l’utilizzo di textures di alta qualità in
maniera anche gratuita per progetti non commerciali)
Il workflow nel 3D
Progetto su carta
Ingombri, misure dettagliate, etc.
Alzati, volumetrie, NO dettagli
Dettagli, luci, materiali,
camere, rendering
CAD
CAD 3D
Modello 3D
L’esportazione dal
CAD al programma
3D è sempre
unidirezionale, mai
bidirezionale
Il workflow nel 3D
Generazione del
macroterritorio ed
ecosistemi (ad es. Vue,
Visual Nature, etc.)
Controllo della
dinamica dei gas e dei
fluidi (ad es. RealFlow,
Houdini, etc.)
Modello 3D
Aggiunta della
vegetazione per
singole piante o areali
(ad es. SpeedTree,
Xfrog, etc.)
Controllo dei
personaggi (ad es.
Poser) e delle masse
(ad es. Massive, Crow,
etc.)
Rendering di 1/n immagini
Il workflow nel 3D
Rendering di 1/n immagini
Textures localizzate
(ad es. Body Paint)
Montaggio video (ad
es. Adobe Premiere,
Final Cut Pro,
VirtualDub, etc.)
Postproduzione
Controllo rendering e
textures (ad es.
Photoshop, The GIMP,
etc.), matte painting*
Postproduzione
video
Effetti video (ad es.
Adobe After Effects,
Autodesk Composite,
Flame, Inferno, etc.)
Output finale in tiff, png o mpeg4
The Making of the Auditorium by Alex Roman

Si tratta di un famoso tutorial di Alex
Roman dedicato ad Autodesk 3DS Max nel
quale l’autore mostra anche gli steps del
postprocessamento dell’immagine, che
consentono di ottenere con poco lavoro in
più ciò che una macchina realizzerebbe
con un dispendio elevato in termini
temporali e di risorse impiegate. Potete
trovare il tutorial su internet presso molti
indirizzi, questo è uno dei tanti:
http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_cont
ent-art-166.htm
Il workflow nel 3D
Postproduzione dell’immagine finale
Stile antiquario
Stile vignettistico
Stile realistico
Derivato dalle
esperienze
dell’École des
Beaux Arts di Parigi
Derivato dal
sistema di
riferimenti dei
fumetti
Espressione della
realtà
Colori acquerellati o
sfumati, ombre per
elevati e strutture,
cura del dettaglio
decorativo, cura
delle finiture
Disegno al tratto,
anche senza colore,
tipico dello schizzo
Scene e attività dei
personaggi, con
sfondi architettonici
ben dettagliati
Dettagli verosimili e
colori realistici
Personaggi utili per
un riferimento di
scala e chiarire il
significato
complessivo
dell’immagine
Gli stili dell’immagine finale
Indicazioni bibliografiche:
Dobie-Evans 2010: A History of the Ancient Monuments Drawing Office,
Archaeological Graphics Report, English Heritage 2010
Medri-Canonici 2010: “L’immagine ricostruttiva nei media: una indagine nei musei
archeologici italiani”, in VirtArchRev 1, I (2010)
Possibili applicazioni virtuali







Video installazioni interattive (possibili anche con software
open source: ad es. Processing, Quartz Composer, Open
Framework, NodeBox, etc.)
Realizzare video in stop motion, tecnica di grande impatto
visivo (software: iStopMotion, Dragon Stop Motion, open
source Helium Frog Animator, etc.)
Realtà aumentata (Linceo VR, ARSights, etc.)
3D all’interno dei browser (librerie e software: WebGL 1.0
divenuto standard dal recente GDC, X3DOM, OSG,
SpiderGL, Copperlicht, etc.)
Proiezioni olografiche
Foto/videoinserimenti ambientali (per i video sono
necessari software per il tracking come Bijou, Voodoo
Camera Tracker, etc.)
PDF3D per una esperienza di lettura avanzata
Vademecum del renderman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Impostare correttamente le unità di misura della scena
Modellare con attenzione ed utilizzare l’opzione “copia come istanza”
Verificare che il programma abbia il “Linear Workflow” attivato (per i
monitor LCD: profilo colore sRGB per lo schermo, Gamma Display 2.2
nel software) - Attenzione: per le texture di Bump e Displacement è
necessario impostare l’override del parametro Gamma a 1. Si otterrà
in tal modo una coerenza dei colori tra textures e rendering, immagini
più corrette dal punto di vista dell’illuminazione e quindi più
fotorealistiche
Posizionare le luci ed effettuare prove di illuminazione con il Materiale
neutro* applicato a tutti gli oggetti della scena
Impostare la corretta esposizione della camera
Fase di shading/texturing: sapiente utilizzo dei “Samples”
Effettuare prove di rendering partendo da impostazioni di tipo
“Draft”+“Render Region”
Valutare l’illuminazione diretta, solo in seguito abilitare la Global
Illumination per quella indiretta
Generazione per mezzo del “Materiale neutro” dell’Ambient Occlusion
Postproduzione con un programma per la gestione delle immagini
Dalla carta allo schermo











Approfondita analisi bibliografica e documentale
Raccolta del materiale cartografico (dalla cartografia storica per arrivare alla cartografia
recente ed ai rilievi diretti ed indiretti)
Ricerca di materiale iconografico (avvalendosi ad es. di raccolte come la Fototeca
Nazionale, la Fototeca Hertziana, la Fototeca del DAI, la Fototeca dell’American, la
Fototeca della British, cataloghi online come il Census of Antique Works, etc.)
Digitalizzazione e vettorializzazione del materiale cartaceo
Se necessario/utile, compilazione di un database informatico e gestione di un sistema
GIS per l’indagine georeferenziata sui dati
Impostazione in ambiente CAD della pianta ed eventualmente delle volumetrie e degli
ingombri; tutti gli elementi andranno gestiti per mezzo dei “Layers” aventi nomi ben
definiti e metadati precisi
Importazione in ambiente 3D degli elementi generati in CAD (utilizzando l’opzione
“Link”), avendo cura di determinare il corretto livello di approssimazione per ogni
oggetto (una sfera richiede più poligoni di un cubo)
Decisione sulla tipologia di modello 3D da realizzare: posizionamento delle viste e dei
percorsi delle camere, scelta della tipologia di rendering, scelta dello stile
Impostazione in ambiente 3D dell’output finale della scena (immagini statiche,
animazione, realtà virtuale) e modellazione dei dettagli. Generazione dei rendering
Creazione delle tavole finali di presentazione, del video (che può alternare sequenze
ed immagini animate), dell’applicazione per la gestione dell’ambiente virtuale
Dopo 3 anni di lavoro e tanti litri di sangue… Enjoy!!!
Bibliografia recente

Riviste monografiche:
 VAR: Virtual Archaeology Review
(http://www.arqueologiavirtual.com/varrevistasing.ph
p, the first scientific, international magazine
specifically devoted to the field of virtual
archaeology, in semestral editions.)
 Arch&Calc: Archeologia e Calcolatori (maggiormente
dedicata all’ambito italiano)

Monografie:
 AA.VV.: Archaeology and Virtual Environments,
Firenze 2008
 S. Pescarin: Reconstructing ancient landscape,
Budapest 2009
 Atti di convegni e workshop a tema (vd. oltre)
Appuntamenti internazionali









CAA: Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology
VAST-VSMM: Virtual Reality, Archaeology and Intelligent Cultural
Heritage-Virtual Systems and Multimedia Dedicated to Digital Heritage
CIPA: Digital Documentation, Interpretation & Presentation of Cultural
Heritage
DMARCH: Conference on Digital Media and its Application in Cultural
Heritage
CHNT: Conference on Cultural Heritage & New Technologies (Vienna,
metà novembre)
VIA: Visualisation in Archaeology
3D-Arch: 3D Virtual Reconstruction and Visualization of Complex
Architectures (Trento, ogni 2 anni)
ArcheoVirtual: Heritage and Perspective views and visionary
(Paestum, BMTA, metà novembre)
APPUNTAMENTI NAZIONALI


ArcheoFOSS: Workshop open source, free software e open formats nei processi di
ricerca archeologica
Questo seminario, almeno ancora nel 2012 poi (Maya permettendo…) si vedrà 8-)
Dizionario della presentazione



GNSS: Global Navigation Satellite System, ovvero
Sistema satellitare globale di navigazione, più
corretto di GPS data la molteplicità di sistemi di
navigazione attualmente in uso o in progettazione
(NAVSTAR negli USA, GLONASS in Russia, Galileo
in Europa, Beidou in Cina, IRNSS in India)
Realtà virtuale: si usa qui il termine nel senso
semplicistico di “ambiente digitale navigabile sia
interattivamente sia attraverso la fruizione video”.
Per la definizione scientifica del termine si rimanda
alla bibliografia specialistica
Materiale neutro: è un tipico materiale
generalmente RGB 210,210,210 che consente una
corretta valutazione dei parametri di illuminazione
impostati per la scena
For further information please contact me at
[email protected]