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Gabriele Fangi Università Politecnica delle Marche Ancona – Italia LA FOTOGRAMMETRIA SFERICA UNA NUOVA TECNICA PER LA DOCUMENTAZIONE DEL PATRIMONIO MONUMENTALE [email protected] G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale I mosaici di immagine (1994 , R.Zeliski) Chiesa della Rotonda, Rovigo , panorama interno G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Un panorama cilindrico ante-litteram Ingresso di Carlo IV a Parigi (J.Fouquet, XV s.) G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale La prima volta che ho visto un panorama sferico, mi sono chiesto: bello, ma sarà poi possibile prendere misure? Ho fatto un panorama a 360° poi con un teodolite dallo stesso punto ho preso le direzioni a una cinquantina di punti confrontandole poi con quelle del panorama G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale I risultati non erano incoraggianti, notevole la differenza Direzioni di controllo G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Direzioni di controllo G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Simulazione Del Popolo Piazza SIMULAZIONE Ccntrollare la correttezza dell’algoritmo Passo 1 Creata una serie di punti su una sfera La sfera di raggio R proiezione su un piano con X=θR e Y= φR Gabriele Fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale SIMULAZIONE Passo 2 Piccole rotazioni attorno a x La corrispondente mappa longitudinelatitudine (y )asse Nella mappa i centri di rotazione sono le immagine degli estremi del diametro di rotazione G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PIAZZA DEL POPOLO Ascoli Piceno Piazza del Popolo (Ascoli Piceno) Errori in un panorama reale Cos’è la Fotogrammetria Sferica ? 1) Dallo stesso TEORIA punto si prendono fotografie a 360° 2) Le immagini vengono proiettate su una sfera (virtuale) nel calcolatore mediante il software di stitching 3) La sfera viene cartografata su un piano 4) Dalle (Fangi 2006,07,08,09,10,11) coordinate immagine si derivano le direzioni ai punti oggetto G.Fangi TEORIA G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Equazioni della proiezione equirettangolare o proiezione Latitudine – longitudine G.Fangi TEORIA G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Sono necessarie due correzioni angolari per rendere l’asse della sfera verticale G.Fangi La ricostruzione 3d dell’oggetto avviene per intersezione di rette proiettive TEORIA Fasi dell’orientamento 1 ) Formazione dei Modelli per complanarità 2) Unione dei modelli 3) Compensazione di blocco a minimi vincoli G.Fangi E’ universalmente riconosciuto che la documentazione è il primo passo per la salvaguardia dei BENI CULTURALI - Il tempo, gli uomini, gli eventi catastrofici naturali e artificiali mettono a rischio la conservazione dei BENI CULTURALI - i BENI CULTURALI scompaiono a una velocità superiore a quella con cui si riescono a documentare (CIPA, Waldhauesl) Gabriele Fangi Specifiche per una tecnica di documentazione dei BBCC low-cost: - costo inferiore ai 1000 eu - no teodoliti - no segnalizzazioni - tempi brevi di presa - completezza Gabriele Fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Il panorama sferico è una specie di (pseudo)camera ideale: - Risoluzione molto grande (es. 30000x15000 pixel) - costo praticamente nullo - priva di distorsione - angolo di campo fino a 360° - tempi di presa ridottissimi - possibilità di esplorazione interattiva con i cosiddetti quicktime - sono sufficienti poche misure di distanza per dimensionare il rilievo - drastica riduzione dei fotogrammi tradizionali - compensazione combinata teodolite + panorami G.Fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D Rete del teatro romano di Sabrata, Libia Agosto2009 Restituzione 1- Formazione del primo modello e orientamento assoluto g.fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D Rete del teatro romano di Sabrata, Libia Agosto2009 Restituzione 2 – Concatenamento del modello successivo g.fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D Rete del teatro romano di Sabrata, Libia Agosto2009 Restituzione 2 – Concatenamento del modello successivo g.fangi - G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D Rete del teatro romano di Sabrata, Libia Agosto2009 Restituzione 2 – Concatenamento dei modelli successivi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D Rete del teatro romano di Sabrata, Libia Agosto2009 Restituzione 3 – Compensazione di blocco a minimi vincoli G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Il primo rilievo: La chiesa della Maddalena a Pesaro • Luigi Vanvitelli 1740-45 • 5 panorami 10000x5000 pixel – Panasonic Tz1 5Mb – Stitcher Realiz 5 • Settembre 2006 Gabriele Fangi – The multi-image spherical panoramas as a tool for architectural survey G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale La chiesa della Maddalena a Pesaro • Il modello a filo di ferro (restituzione G.Fangi, G. De Carlo) Gabriele Fangi – The multi-image spherical panoramas as a tool for architectural survey G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale 2011Pubblicazione del CIPA con i 12 migliori lavori dei convegni 2007-2009 In copertina la chiesa della Maddalena G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale La moschea Rüstem Pasha a Istanbul • Settembre 2007 – 6 panorami Gabriele Fangi – The multi-image spherical panoramas as a tool for architectural survey G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale La moschea Rüstem Pasha a Istanbul • Il modello a filo di ferro (restituzione G.Fangi, M.Falappa) Gabriele Fangi – The multi-image spherical panoramas as a tool for architectural survey G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 1. Compensazione di blocco 2. Self-calibration 3. Vincoli geometrici 4. Orientamento congiunto con immagini non metriche 5. MonoPlotting 6. Dal Panorama alla Stereoscopia 7. Fotomodellazione con retroproiezione del panorama 8. Mobile Mapping con le policamere 9. Automazione nell’orientamento (Barazzetti, Remondino, Scaioni, 2010) 10. Accoppiamento pano - Structure from Motion (D’Annibale, Fangi, 2010) G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 1. Compensazione di blocco Praga – Chiesa di san Nicola Rete di orientamento di 27 panorami Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 2. Self-calibration: » Consiste essenzialmente nella stima del raggio R della sfera virtuale Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 3. Vincoli geometrici: » La Restituzione originale Lesene della torre del Campidoglio a Roma, (marzo 2009) Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 3. Vincoli geometrici: » Vincoli geometrici: appartenza a un piano Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 3. Vincoli geometrici: » Ulteriore vincolo: orizzontalità Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 4. Orientamento di immagini non metriche con la TLD (San Lorenzo, Torino) Uno de quattro panorami, (dicembre 2007 ) G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale 4. Orientamento di immagini non metriche con la TLD San Lorenzo - Torino • Quattro panorami Wire-frame Gabriele Fangi – El levantamiento fotogrametrico de Plaza de Armas en Cuzco por panoramas esfericos G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 4. Orientamento di immagini non metriche con la TLD Fotomosaico orientato con i punti creati dai panorami (San Lorenzo, Torino, the dome) Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Nuove funzionalità 4. Orientamento di immagini non metriche con la TLD (San Lorenzo, Torino, la cupola) Nuove funzionalità G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale 5. Monoplotting San Pietro Spoleto bassorilievi (restituzione Elisa Cingolani) Nuove funzionalità San Pietro Spoleto ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Elisa Cingolani) Sono ormai numerosi i rilievi ottenuti con questa tecnica, realizzati dagli studenti sia durante il corso di fotogrammetria che per la tesi di laurea – Una nuova fotogrammetria architettonica con i panorami sferici 38 G.Fangi San Pietro Spoleto ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Elisa Cingolani) Tutti gli studenti sono in grado di fotografare, orientare, restituire – Una nuova fotogrammetria architettonica con i panorami sferici 39 G.Fangi Santa Maria Maggiore Abside ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione: Paola Casoni) 40 G.Fangi Plaza de Armas – Cuzco, Peru 2007 ESEMPI Progetti degli studenti (13 Panorami C.A.Bozzi - restituzione G.Fangi, C.M.Agostoni) Orientamento con le coordinate UTM di 4 punti da Google-Earth ad alta risoluzione 41 G.Fangi Duomo di Ancona ESEMPI Progetti degli studenti La facciata (restituzione Valeria Pompa) G.Fangi Duomo di Ancona ESEMPI Progetti degli studenti Vista laterale (restituzione Valeria Pompa) G.Fangi L’ Abbazia di San Galgano Vista aerea ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Fabiana Zeppa) G.Fangi L’ Abbazia di San Galgano Siena ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Fabiana Zeppa) G.Fangi L’ Abbazia di San Galgano ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Fabiana Zeppa) G.Fangi Il teatro romano di Sabratha Libia ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Cecilia Pisa) Rete di 22 panorami (2009) G.Fangi Il teatro romano di Sabratha – Libia ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Cecilia Pisa) G.Fangi L’arco di Settimio Severo a Leptis Magna Libia (restituzione Giacomo Rinaldi) G.Fangi -Multi-image Spherical Photogrammetry L’arco di Settimio Severo a Leptis Magna Libia (restituzione Giacomo Rinaldi) G.Fangi -Multi-image Spherical Photogrammetry The arch of Settimius Severus in Leptis Magna, Libya (plotting by Giacomo Rinaldi) Santuario della Santa Casa, (C.Maderno) – Loreto ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione L.Montitoni) Pianta rete Foto del campanile G.Fangi Santuario della Santa Casa, (C.Maderno) – Loreto ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione L.Montironi) G.Fangi Santa Maria della Consolazione, (G.Michelucci, 1965) – San Marino ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Marco Doria) G.Fangi Chiesa di san Giovanni Battista, Firenze ESEMPI Progetti degli studenti ( G.Michelucci - 1961) fangi ESEMPI Progetti degli studenti Chiesa di san Giovanni Battista, La rete dei panorami Panorama fatto con Google-Street fangi ESEMPI Progetti degli studenti Chiesa di san Giovanni Battista, Panorama 5 da GoogleStreet fangi San Giovanni Battista ESEMPI Progetti degli studenti Il modello restituzione Luca Attili, Alessia Morbidoni Vista da Ovest fangi Chiesa a Tor Tre Teste, (R.Meyer, 2002) – Roma ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Tania Ortolani, Silvia Refi) G.Fangi Chiesa a Tor Tre Teste, (R.Meyer) – Roma ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Tania Ortolani, Silvia Refi) 2 serie di panorami: 32 esterni 14 interni In un tempo ridottissimo (4 ore) un rilievo quasi completo G.Fangi Ronchamp – La Sainte Marie du haut (Le Corbusier, 1956) (Restituzione Roberto Pierdicca) fangi Sainte Marie du haut (Restituzione Roberto Pierdicca) Le nuvole dei punti da PHOTOSYNTH + BUNDLER + PMVS2 fangi Sainte Marie du haut (Restituzione Roberto Pierdicca) fangi Santa Maria della Salute – Venezia ESEMPI Progetti degli studenti (Bardassarre Longhena - 1687) fangi PRESA FOTOGRAFICA, COSTRUZIONE DEI PANORAMI SFERICI E ORIENTAMENTO 16 PANORAMI SFERICI Settembre 2010 Panorama 12 Panorama 8 Panorama 2 Panorama 15 Panorama 7 Santa Maria della Salute – Venezia ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Chiara Carletti) La rete dei 15 panorami fangi Santa Maria della Salute – Venezia ESEMPI Progetti degli studenti (restituzione Chiara Carletti) Filo di ferro (in rosso la reale restituzione In nero il completamento) fangi Santa Maria della Salute Lato Nord Restitution complete not edited Drawing edited fangi Santa Maria della Salute Lato ovest fangi CONFRONTI E VALIDITÀ DEL METODO Rilievo tratto dal libro: Baldassare Longhena architetto del ‘600 a Venezia di G. Cristinelli, Marsilio Editori Rilievo dell’esterno della chiesa della Salute con i panorami sferici CONFRONTI E VALIDITÀ DEL METODO Rilievo Rilievo trattodell’esterno dal libro: Baldassare della chiesa Longhena della Salute architetto con i panorami del ‘600 asferici Venezia di G. Cristinelli, Marsilio Editori COSTRUZIONE DEL MODELLO 3d E RENDERING MODELLO COMPLETO, MISURABILE E FOTOREALISTICO VEDUTA AEREA DELLA CHIESA DELLA SALUTE DA NORD - OVEST VEDUTA AEREA DELLA CHIESA DELLA SALUTE DA NORD - EST Panorami con teleobiettivi Panorami da grandangolare e panorami da teleobiettivo Wide Angle Pro Narrow Angle Pro Stabilità ridotta dimensione file Con Alta risoluzione Grande informazione Buona qualità Con Bassa risoluzione scarsa informazione Bassa qualità Instabilità File molto grandi fangi Panorami con teleobiettivi SOLUZIONE ADOTTATA Dallo stesso punto riprendere panorami WA + NA (self-calibration con vincoli) Casi di studio Damasco – I minareti della grande moschea Barcellona – Un pinnacolo della Sagrada Familia fangi Panorami con teleobiettivi Orientamento dei panorami NA (Teleobiettivi) Geometria del Panorama NA cingolani,d'annibale,piermattei,fangi Panorami con teleobiettivi Orientamento dei panorami NA (Teleobiettivi) Damasco – Moschea degli Omayyadi – Minareto di al Qayt ( 28 mm panorama) fangi Panorami con teleobiettivi Orientamento dei panorami NA (Teleobiettivi) Damasco– Moschea degli Omayyadi – Minareto di Al Qayt (restituzione Elisa Cingolani) Panorama 200 mm fangi Barcellona – Sagrada Familia – (A.Gaudi) Panorami con teleobiettivi La facciata della Natività La facciata della Natività Il pinnacolo di SanBarnaba Rilevato dall’ A. e da P.Clini nel 1991 con immagini non metriche fangi Barcellona – Sagrada Familia – (A.Gaudi) Panorami con teleobiettivi Pinnacolo di s.Barnaba (restituzione Domenico Azzarone) Schema delle prese -Vecchie immagini non metriche (1991) - Nuovi Panorami (2010) fangi Barcellona – Sagrada Familia – (A.Gaudi) Panorami con teleobiettivi Pinnacolo di s.Barnaba La rete delle prese Compensazione di blocco congiunta Immagini non metriche + panorami sferici + selfcalibration con vincoli -Vecchie immagini non metriche (1991) - Nuovi Panorami(2010) fangi Panorami con teleobiettivi Barcellona – Sagrada Familia –Pinnacolo di s.Barnaba(1923) (restituzioneDomenico Azzarone) Panorami effettuati dallo stesso punto 50 mm (sinistra) - 500 mm tele (destra) fangi Panorami con teleobiettivi Barcellona – Sagrada Familia –Pinnacolo di s.Barnaba (restituzione Domenico Azzarone) Panorami effettuati dallo stesso punto 50 mm (sinistra) - 500 mm tele (destra) cingolani,d'annibale,piermattei,fangi Panorami con teleobiettivi Barcellona – Sagrada Familia –Pinnacolo di s.Barnaba (restituzione Domenico Azzarone) Panorami effettuati dallo stesso punto 50 mm (sinistra) - 500 mm tele (destra) cingolani,d'annibale,piermattei,fangi Panorami con teleobiettivi Barcellona – Sagrada Familia –Pinnacolo di s.Barnaba (restituzione Domenico Azzarone) Confronto fra il rilievo del 1991(Clini) e quello del 2011 (Azzarone) fangi Panorami con teleobiettivi Barcellona – Sagrada Familia –Pinnacolo di s.Barnaba (restituzione Domenico Azzarone) Panorama with 50 mm lens Il rendering del modello fangi Chiesa delle anime sante – L’Aquila G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale La facciata di Santa Maria del Suffragio (G. Leonporri, O.A.Bucci) L’Aquila 15 marzo 2011 cinque panorami sotto la pioggia e a mano libera (condizioni ambientali estreme) Chiesa delle anime sante G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Panorama n. 5 Canon eos 60D – 18 megapixels – 28 mm – Iso 1000 G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Chiesa delle anime sante La rete di orientamento 4 3 2 1 5 Restituzione (Livia Piermattei) Editing 24,20 m Chiesa delle anime sante 19,38 m Rilievo e restituzione Editing 24,20 m Chiesa delle anime sante 19,38 m G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Chiesa delle anime sante CONTROLLO DI QUALITA' Siamo tornati il 27 aprile –135 pointi con TOPCON GTP 7000 total station Chiesa delle anime sante G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Least Squares Best Fitting – Punti fotogrammetrici sui punti topografici I residui di osservazione Distribuzione degli errori Chiesa delle anime sante G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Deviazioni standard sx= 0.019 sy= 0.026 sz= 0.037 Media dei moduli degli errori qx= 0.013 qy= 0.020 qz= 0.025 Media dei moduli = 0.026 m Chiesa delle anime sante – L’Aquila G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale CONTROLLO DI QUALITA' 11 maggio – Nuovi panorami con treppiede e testa sferica Chiesa delle anime sante – L’Aquila G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Numero punti N= 122 sx= .010 sy= .019 sz= .022 asx= .007 asy= .012 asz= .014 qx= .007 qy= .012 qz= .014 Modulo medio di errore = .015 mm Chiesa delle anime sante – L’Aquila G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Numero punti N= 122 sx= .010 sy= .019 sz= .022 asx= .007 asy= .012 asz= .014 qx= .007 qy= .012 qz= .014 Media moduli = .015 mm Test statistico: Vale l’ipotesi alternativa è meglio lavorare con il treppiede e la testa sferica La Fotogrammetria Sferica Multiimmagine è uno strumento - semplice - di basso costo - molto efficiente per la documentazione metrica del patrimonio monumentale Università Politecnica delle Marche G.Fangi PROBLEMA DELLA CONSERVAZIONE DEI DOCUMENTI: - scritti su pietra durano migliaia di anni - scritti su carta durano alcuni secoli - in formato elettronico durano solo alcuni anni AnkaraEpigrafe Res Gestae Università Politecnica delle Marche G.Fangi G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Ringraziamenti Ringrazio i miei meravigliosi studenti per l’aiuto che mi danno nelle mie ricerche G.Fangi - La Fotogrammeria Sferica per il patrimonio monumentale Ringraziamenti Grazie per l’attenzione!
