Diapositiva 1

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
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monumentale
PASSI PER LA RICOSTRUZIONE 3D
Rete del teatro romano di
Sabrata, Libia
Agosto2009
Restituzione
3 – Compensazione di blocco a minimi vincoli
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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!