DISSERTAZIONE MASTER IN GEOTECNOLOGIE PER L’ARCHEOLOGIA (GTARC) A.A. 2011/2012 Aula F del Centro di GeoTecnologie dell’Università degli Studi di Siena Giovedì 20 Dicembre 2012 – ore 9.30 1
SommarioAbstractGTARC2012
Il metodo micro‐ fotogrammetrico: applicazioni per la valutazione dello stato di conservazione ed il monitoraggio dei Beni Culturali (M. A. Farano) ...................................................................................................................... 2 Archeologia dell'architettura e fotogrammetria: dall'immagine digitale alla modellazione tridimensionale. Valutazione delle potenzialità applicative per la conoscenza e la comunicazione (F. Giovannini) .................................... 3 Elaborazione e integrazione in sistemi CAD e GIS di documentazione tradizionale di scavo archeologico (F. Grillo) .... 5 Il modello 3D della Pieve di San Pancrazio a Cavriglia (AR) (M.D. Nicastri) .......................................................................... 6 Rilievo e modellazione 3D di un sito archeologico tramite strumentazione UAV (P.Piani) ............................................... 8 La Modellazione 3D applicata ai Beni Culturali: la Pieve di San Giovanni Battista a Cavriglia (AR) (E. Rizzo) ................. 10 Geofisica applicata all'archeologia: indagini magnetometriche e GPR presso le pievi di S. Giovanni Battista e S. Pancrazio a Cavriglia (AR) (M. Sfacteria) ............................................................................................................................... 12 Il metodo micro‐ fotogrammetrico: applicazioni per la valutazione dello stato di conservazione ed il monitoraggio dei Beni Culturali Dott.ssa Maria Antonella Farano Stage presso CNR ‐ ICVBC Il metodo micro‐fotogrammetrico, messo a punto dall’Istituto per la Conservazione e la Valorizzazione dei Beni Culturali di Firenze (ICVBC‐CNR) in collaborazione con la ditta Menci Software® di Arezzo, viene impiegato per il monitoraggio di superfici di particolare interesse storico‐artistico, e per la ricostruzione tridimensionale di piccoli oggetti. In questo lavoro di tesi è stato applicato il metodo micro‐
fotogrammetrico a diversi casi studio al fine di mostrare i risultati dell’intervento eseguito: monitoraggio di una lesione riscontrata sulla facciata Nord della Pieve di San Gavino Adimari nel comune di Barberino di 2
Mugello (FI); valutazione dell’efficacia di un’azione di pulitura laser su due tavolette realizzate con la tecnica dell’affresco e la ricostruzione tridimensionale di un piccolo oggetto. Il metodo si basa sui principi della fotogrammetria classica, e permette di generare una nuvola di punti RGB semplicemente acquisendo tre immagini (definite “tripletta”) della stessa porzione di area. Dalle immagini acquisite (ZScan Micro) viene generata la nuvola di punti (ZScan) che costituisce il modello tridimensionale, tale modello è poi elaborato per studiarne le caratteristiche superficiali (ZMap). GTARC 2012 ‐ Farano Archeologia dell'architettura e fotogrammetria: dall'immagine digitale alla modellazione tridimensionale. Valutazione delle potenzialità applicative per la conoscenza e la comunicazione Dott. Fabio Giovannini Stage presso Menci Software L'archeologia dell'architettura, come tutte le archeologie, utilizza quale fonte storica principale i manufatti. L'evidenza architettonica è dunque al centro degli interessi di questa disciplina. L'archeologia dell'architettura prevede l'analisi e lo studio delle costruzioni attraverso l'applicazione delle metodologie di indagine tipiche dell'archeologia stratigrafica. Alla base di tale metodologia, la realizzazione di un rilievo geometricamente corretto riveste un ruolo fondamentale. La disciplina della fotogrammetria offre, tra le varie possibilità applicative, l'opportunità di ottenere un rilievo preciso e fedele a partire da una serie di immagini realizzate attraverso l'utilizzo di un apparecchio fotografico. Negli ultimi anni, l'avvento della fotogrammetria digitale e la progressiva implementazione delle tecnologie informatiche hanno reso possibile l'elaborazione di modelli tridimensionali utilizzando le immagini come supporto; consentendo di ottenere una rappresentazione il più aderente possibile alla realtà dal punto di vista metrico e fornendo una banca dati di informazioni riguardanti l'oggetto rilevato. Il presente elaborato tratta la sperimentazione di uno specifico sistema fotogrammetrico, Z‐Scan EVO prodotto dalla società Menci Software, applicando tale tecnologia ad una serie di casi studio di ambito architettonico e cercando di valutare la funzionalità, le procedure ed i risultati secondo l'ottica dell'archeologo. Z‐Scan EVO è un soluzione per la ricostruzione di modelli tridimensionali a partire da blocchi di immagini digitali. Si tratta di uno strumento che si presenta versatile e di agevole uso sia per le operazioni sul campo che per le fasi di processamento dei dati. L'esperienza formativa ha previsto lo svolgimento di una serie di prove pratiche, le quali hanno avuto lo scopo di determinare l'efficacia del prodotto applicato all'ambito dell'edilizia storica. Nello specifico, in seguito ad un serie di prove operative effettuate su soggetti di carattere architettonico, il sistema di rilievo fotogrammetrico è stato sperimentato su alcune architetture del castello di Montecchio Vesponi (Castiglion Fiorentino ‐ AR). GTARC 2012 ‐ Giovannini 3
I risultati ottenuti, l'acquisizione morfologica tridimensionale, il dato geometrico, l'informazione fotografica, sono stati valutati nelle loro potenzialità di strumenti veicolo di conoscenza e di comunicazione. 4
GTARC 2012 ‐ Giovannini Elaborazione e integrazione in sistemi CAD e GIS di documentazione tradizionale di scavo archeologico Dott.ssa Maria Francesca Grillo Stage presso Museo e Istituto Fiorentino di Preistoria “Paolo Graziosi” Il lavoro in oggetto muove dall’esperienza di stage svolta presso il Museo e Istituto Fiorentino di Preistoria e Protostoria “Paolo Graziosi”1. L’attività all’interno dell’istituto di ricerca si è incentrata sull’acquisizione informatica di documentazione di scavo pregressa, finalizzata a: •
una più funzionale archiviazione e gestione dei dati archeologici di scavo; •
all’analisi e rielaborazione degli stessi secondo obiettivi di ricerca prefissati; •
ad un’edizione sistematica dei dati archeologici e delle relative ipotesi interpretative. L’obiettivo prefissato era quello di individuare, a partire dalle caratteristiche della documentazione a disposizione e dalle potenzialità offerte da 5
alcune applicazioni informatiche (quali software CAD, GIS e DBMS), delle procedure operative di acquisizione del dato pregresso che ne permettessero una successiva integrazione ed implementazione; in tal senso particolare attenzione è stata rivolta alle effettive possibilità di strutturazione di GIS intra‐site. Il presente elaborato vuole essere in particolare una riflessione metodologica sulle possibilità di rielaborazione informatica della documentazione tradizionale di scavo, mettendo in risalto limiti e potenzialità insiti in un sistema di registrazione dell’informazione che ci restituisce una realtà archeologica già discretizzata nei suoi elementi significativi, ma che non si presenta ancora normalizzata ai fini di un trattamento informatico.
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Il Museo e Istituto Fiorentino di Preistoria e Protostoria “Paolo Graziosi” oltre ad essere un luogo di raccolta e conservazione di materiali archeologici è una struttura scientifica che conduce attività di ricerca sulla preistoria e protostoria, in collaborazione con Università e Soprintendenze ai Beni Archeologici di varie regioni d’Italia.
GTARC 2012 ‐ Grillo Il modello 3D della Pieve di San Pancrazio a Cavriglia (AR) Dott.ssa Maria Domenica Nicastri Stage presso A.T.S. s.r.l. Nell’ultimo decennio l’impiego di tecnologie digitali si è rivelato molto utile per la conoscenza e la divulgazione rapida di beni storico‐artistici, soprattutto quelli difficilmente raggiungibili o non più esistenti, che altrimenti rischierebbero di restare sconosciuti ai più. 6
Tuttavia i mezzi divulgativi a disposizione delle tecnologie 3D non sono ancora alla portata di tutti, lo dimostrano i costi ancora elevati dei software usati per gestirne i prodotti. Nel presente lavoro è stato realizzato il modello tridimensionale della Pieve di San Pancrazio, con lo scopo di valutare uno dei software per la divulgazione del 3D, e di sperimentare una delle possibili applicazioni del virtuale in campo archeologico. GTARC 2012 ‐ Nicastri La Pieve di San Pancrazio, situata nel comune di Cavriglia (AR), frazione Neri, presenta una struttura singolare, in quanto possiede il solo braccio sinistro del transetto, che collega il corpo unico centrale alla torre campanaria. Con il lavoro realizzato è stata sperimentata la lettura stratigrafica dell’edificio, effettuata direttamente sul modello tridimensionale, con l’ausilio di qualche annotazione presa sul campo. Infine, è stato creato un documento con estensione .pdf, contenente il modello, del quale sono stati valutati aspetti positivi e negativi, e il cui sviluppo futuro potrebbe segnare una svolta per la divulgazione delle tecnologie virtuali. 7
GTARC 2012 ‐ Nicastri Rilievo e modellazione 3D di un sito archeologico tramite strumentazione UAV Dott.ssa Paola Piani Stage presso Geographike s.r.l. Il progetto di studio nasce nell'ambito del tirocinio svolto presso la società Geographike di Siena a completamento del Master di secondo livello in Geotecnologie per l'Archeologia promosso dall'Università degli Studi di Siena. In questo periodo, oltre allo svolgimento delle attività proprie dell'azienda ospitante, è stata data la possibilità di realizzare un rilievo fotogrammetrico di prossimità di un sito archeologico tramite l'utilizzo di strumentazione UAV (Unmanned Aerial Vehicle) di proprietà della ditta stessa. Gli obiettivi della ricerca sono stati la realizzazione di una copertura fotografica dell'area di scavo del sito stesso, utile a creare una mappatura di dettaglio, ed una contestualizzazione visiva di tipo georeferenziato delle entità presenti al suolo, nonché la generazione di modelli stereoscopici e 3d dello scavo archeologico, derivati dall'elaborazione di nuvole di punti in grado di restituire fedelmente le strutture nelle loro componenti plano‐
altimetriche e sulle quali fosse possibile effettuare misurazioni metriche di precisione. Il sito archeologico indagato è stato il castello medievale di Poggio alla Regina nel Comune di Pian di Scò (AR) che per l'ubicazione e lo stato di conservazione dei ruderi ha fatto emergere bene i vantaggi e le problematiche legati all'utilizzo di questo tipo di strumentazione. Come primo step operativo è stata pianificata in laboratorio la campagna di rilievo impostando due differenti piani di volo per il drone, a 35 e 50 m di altezza per poter elaborare, nella fase di post‐processamento dati, riprese eseguite a quote diverse. In fase di campagna si è prima provveduto al posizionamento su tutta l'area di interesse di un numero sufficiente di marker a terra ed al loro rilievo tramite GPS. Terminata tale operazione, fondamentale per la georeferenziazione, sono stati effettuati quattro voli con l'UAV ognuno dei quali avente uno scopo differente. Con il primo volo sono state realizzate le riprese fotografiche precedentemente stabilite in laboratorio a 35 e 50 m; con il secondo le riprese sono state eseguite ad una quota inferiore (20 m). Il terzo volo è servito per fare foto panoramiche dell’intera zona mentre il quarto è stato dedicato alle riprese video. GTARC 2012 ‐ Piani 8
La fase di post‐processing dei dati ha seguito due filoni concettualmente simili, ma allo stesso tempo differenti. Con il team Geographike è stato eseguito un processo di elaborazione basato su piattaforma software commerciale (Agisoft PhotoScan) che ha portato, mediante l'utilizzo di un unico programma, alla creazione di una nuvola di punti georeferenziata e scalata, ad un modello 3d, ad una ortofoto e ad un DEM dell'area di interesse. Con i membri del Laboratorio di Geotecnologie per l'Archeologia del CGT, invece, si è tentato di ottenere gli stessi risultati tramite l’utilizzo di software open source (Pyton Photogrammetry Toolbox, Sfm_Georef e Meshlab) riuscendo a produrre la nuvola di punti, a georeferenziarla e a metterla in scala, e creando la mesh poligonale per la visualizzazione 3d. 9
Una volta completate le diverse elaborazioni, si è azzardato il confronto tra i risultati ottenuti tramite tecnologie commerciali e soluzioni open source per ricercare vantaggi e limiti di entrambi i sistemi. Si è infine fatta una valutazione critica dell'esperienza vissuta, cercando di determinare agevolazioni e problematiche derivanti dall'utilizzo della tecnologia UAV nel rilievo di un sito archeologico. GTARC 2012 ‐ Piani La Modellazione 3D applicata ai Beni Culturali: la Pieve di San Giovanni Battista a Cavriglia (AR) Dott.ssa Elisa Rizzo Stage presso A.T.S. s.r.l. Le moderne tecnologie di rilevamento nell’ambito dei Beni Culturali offrono nuove prospettive di applicazione sia per quanto riguarda l’acquisizione del dato metrico, sia per quanto concerne l’elaborazione e la successiva rappresentazione di oggetti di interesse archeologico e storico‐artistico. In tale ambito disciplinare il rilevamento costituisce il momento primario e imprescindibile per la conoscenza metrica del bene monumentale, svolgendo fondamentale nella lettura, conseguente divulgazione altresì un ruolo interpretazione e del 10
complesso architettonico. In tal senso un approccio metodologico che preveda l’integrazione di differenti tecniche geomatiche consente l’ottenimento di un prodotto tridimensionale dalle elevate caratteristiche qualitative senza mai compromettere l’accuratezza e l’affidabilità delle misure. Il presente lavoro intende tracciare un percorso di sperimentazione ed integrazione di due metodologie di rilievo, il laser scanning terrestre e la fotomodellazione per applicazioni di reverse engineering nell’ambito dei Beni Culturali. L’intento è quello di definire la mutua comparazione ed i reciproci benefici tra i due diversi sistemi di documentazione tridimensionale. La ricerca è stata in particolare condotta su un monumento di notevoli dimensioni e di pregevole fattura architettonica: la Pieve di San Giovanni Battista a Cavriglia (AR), edificata intorno all’XI secolo. Il metodo laser scanner è stato utilizzato per acquisire l’intero corpo di fabbrica della chiesa GTARC 2012 ‐ Rizzo plebana; si è invece ricorso alla fotomodellazione per la registrazione di particolari minuti o di articolata conformazione. Le fasi di lavoro successive hanno comportato la pulizia delle range maps, l’allineamento delle scansioni, una lunga fase di editing, al fine di rimuovere il gran numero di elementi di disturbo e ricostruire le superfici obliterate, ed infine la fase concernente il texture mapping. 11
GTARC 2012 ‐ Rizzo Geofisica applicata all'archeologia: indagini magnetometriche e GPR presso le pievi di S. Giovanni Battista e S. Pancrazio a Cavriglia (AR) Dott. Marco Sfacteria Stage presso A.T.S. s.r.l. L’importanza del contributo che le indagini geofisiche possono apportare alla ricerca archeologica è ormai ampiamente accettata. L’utilizzo della geofisica accanto ad altre metodologie di ricerca non invasive come la ricognizione aerea, la ricognizione archeologica di superficie, lo studio della cartografia e via dicendo, permettono infatti di ottenere una mole di dati pressoché indispensabile al fine di meglio conoscere le dinamiche insediative di un territorio e di pianificare interventi di scavo mirati e fruttuosi. Cionondimeno vi è ancora una certa diffidenza nei confronti dei metodi di prospezione geofisica, sia perché spesso i risultati, anche quando 12
impeccabili dal punto di vista metodologico, deludono le aspettative di una committenza poco preparata ai risultati che tali indagini producono, sia anche perché non tutti i metodi garantiscono i medesimi risultati nelle medesime condizioni. Prima di avviare una campagna di prospezioni bisognerebbe avere ben chiare le caratteristiche, i punti di forza ed i limiti di ogni tecnica, così da non incorrere in errori anche grossolani, ma soprattutto, dove possibile, sarebbe auspicabile un utilizzo integrato dei vari metodi. Il presente progetto mira a dimostrare come l’integrazione di più tecniche, nello specifico magnetometria e GPR, possa fornire una messe di informazioni complementari laddove l’utilizzo di uno solo dei suddetti metodi potrebbe produrre risultati non apprezzabili o fuorvianti. GTARC 2012 ‐ Sfacteria Le prospezioni hanno interessato le aree adiacenti due pievi nel territorio di Cavriglia (AR), entrambe sorte lungo l’ipotetico percorso della via romana Cassia Adrianea, come ipotizzato dallo studioso Alvaro Tracchi: la pieve di San Giovanni Battista, già interessata da interventi di scavo negli anni ‘60‐‘70 e poi ancora negli anni ’80 del secolo scorso, i quali hanno portato alla luce i resti di un insediamento romano, e la pieve di San Pancrazio, che si erge su una collina ai piedi della quale è attestata una piccola necropoli romana. 13
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