Esperienze di stereofotogrammetria archeologica more

hi ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA DI BOLOGNA QUADERNI SCUOLA DI SPECIALIZZAZIONE INARCHEOLOGIA i "^l - n« - ------k. >, . r ' - r - *thg9 15 Ante Quern If E if IMS'" Indice Prefazione di Sandro De Maria Articoli Giorgio Affanni, Angelo Di Michele Le fortifkazioni oriental! dell'acropoli di Tell Afis (Siria) dal Bronzo Antko al Ferro I 9 Ivano Ansaloni, Aurora Pederzoli, Mirko Iotti, Luigi Del Villano Identificazione zoologka della fenke rappresentata sulla facriata della caupona di Euxinus a Pompei 23 Appendke: le due fenici di Daniela Scagliarini Corlaita 24 Julian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanflni Esperienze di stereofotogrammetria archeologica 27 Claudio Calastri Acquedotti romani della Valle d'Oro (Cosa-Ansedonia, Gr) 45 Alessandro Campedelli II Progetto Burnum (Croazia) 57 Manaletizia Carra, Maria Cristina Belrrani Ambiente e colture nel Neolitico della pianura mantovana. Studio paleocarpologko dell'area insediativa di hevata di Curtatone (Mn) 79 Giovanni Colonna Migranti italki e ornato femminile {a proposito di Perugia e dei Saninati qui Perusiae consederantj 89 Ernesto De Carolis, Francesco Esposito, Diego Ferrara Domus Sirici in Pompei (VII, 1, 25.47): appunti sulla tecnka di esecuzione degli apparati decorativi 117 Pier Giovanni Guzzo Archeologia e tutela 143 Elena Maini, Lorena Giorgio, Susanna Guerrini, Pietro Baldassarri, Dario de Francesco, Francesco Cardinale, Massimo Vidale Progetto Jxmk-Paccottiglza. Studio etnoarcheologko dei processi formativi potenziali di una superfick urbana contemporanea a frequentazione intensiva 149 Luisa Mazzeo Saracmo, Maria Carla Nannetti, Vanna Minguzzi, Elisa Zantedeschi (con un contributo di Flavia Rivalta e Giorgia Matteini) Ceramkhe di eta romana a Faenza: nuovi dati archeologki e archeometrici sulla possibile produzione locale 167 5 Ocnus 15, 2007 Lorenzo Quilici Parcbi archeologiri e ambiente. Riflessioni in margine all'esperienza in at to alia Civita di Artena Enrico Ravaioli, Erika Vecchietti // Pragetto "Acquaviva Picena nella storia''. Relazionepreliminare delle campagne di scavi e rkerche 2005-2006 Silvia Vinci Alcune osservazioni sugli usi e i culti funerari ndl'Egitto di eta tardo-predinastica e protodinastica Ocnus 15, 2007, pp. 27-44 esperienze di stereofotogrammetria archeologica Julian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanfini RFD Evolution is a digital stereoscopic photogrammetry program used to reconstruct three dimensional models1. This study involves survey experiences carried out in an excavated area of the archaeological site ofClasse (Chiavkhetta holding — Ravenna), the Medieval Gate of the church ofS. Nicold (Ravenna), a tower of the fortress of Acquaviva Picena (Ascoli Piceno), and the archaeological site of Castelleone di Suasa (Ancona)2. Beginning with these cases, various aspects concerning the process of stereoscopic metrological performance and resolution rendering of stereoscopic models will be pointed out. This study is part of a wider research context concerning archaeological survey techniques, a field developed recently and included among the historical-archaeological investigations carried out by the Department of Archaeology of the University of Bologna?. Introduzione L'uomo e in grado di percepire la profondita spaziale e il rilievo degli oggetti che lo circon- dano in quanto i suoi occhi «esplorano il campo visivo da due punti di vista diversi e ottengono pertanto immagini degli stessi oggetti legger- mente differenti» (Fondelli 1992, p. 11). Questo fenomeno, che prende il nome di stereo- scopta, puo verificarsi anche osservando simulta- neamente e senza mezzi ausiHari le fotografie di uno stesso oggetto realizzate da due distinti punti di presa. Detto questo, per agevolare la visione stereoscopica sono correntemente utiliz- zati diversi metodi e stmmenti basati comunque sul medesimo principio di far percepire l'imma- gine sinistra e destra ai rispettivo occhio (cfr. Fondelli 1992, pp. 13-24). Alcuni settori della ricerca scientifica si sono orientati verso i sistemi che consentono l'impiego combinato di occhiali per l'osservazione stereoscopica sul monitor di 1 «II programma e prodotto dalla GEOPRO e distri- buico dalla GEOTOP di Ancona. Funziona su Personal Computer IBM o compatibili, con installa- to Windows 95/98/ME o Windows NT4(SP3)/ 2000/XP» (Geopro 2004, p. 1). 2 Si desidera ringraziare l'ing. Piero Lusuardi per il supporto alle attivita di sperimentazione in ambito archeologico di questo sistema di rilievo stereofoto- grammetrico. 3 Per le precedent! esperienze di rilievo archeologico cfr. Cattani et.alii 2004; Fiorini 2004; Fiorini 2004a; Fiorini 2005; Fiorini, Zanfini c.s. un normale PC e di programmi specifici per la misura e il disegno di punti o linee significative secondo le diverse finalita di studio. La pratica di effettuare riprese fotografiche dell'oggetto da due punti di osservazione differenti per ottenere una esplorazione visiva di tutti i dettagli della sua morfologia, ricavare informazioni metriche tridimensionali e rappresentazioni grafiche o numeriche dello stesso e chiamata rilievo foto- grammetrico stereoscopko4. II rilievo fotogrammetrico stereoscopico della porta medievale della chiesa di S. Nicold (RA) Acquisizione dei dati di rilievo metrici efoto- grafici (prima fase) Nella giornata di martedi 22 giugno 2005 si sono acquisiti i dati metrici e fotografici relati- vi alia porta medievale visibile sul lato est della ex chiesa di S. Nicold a Ravenna. L'obiettivo pdncipale di questa sperimentazione e la deter- minazione della procedura per la registrazione grafica dello svolgimento geometrico dei peri- metri di US nello spazio tridimensionale. II manufatto architettonico h in effetti un volume e i caratteri che vengono individuati nel corso 4 Per il principio a cui si ispira la metodologia di rilie- vo stereofotogrammetrico cfr. Romeo 2002; Fondelli 1992; Bianchini 2001. 27 Ocnus 15, 2007 delle analisi archeologiche (informazioni strati- grafkhe, metriche e formali) si distribuiscono nelle tre dimension!5. La posizione dei punti di presa e stata deter- minata avendo cura di soddisfare le seguenti condizioni6: la copertura stereoscopica deve interessare l'intera porta medievale; la distanza intercorrente tra i due distinti punti di presa (base di presa) deve corrispondere approssimati- vamente ad 1/4 della distanza che li divide dalla porta7; entrambi gli assi di presa devono essere ortogonali alia base; nelle immagini fotografi- che devono essere ben leggibili i perimetri di US e dei singoli elementi costitutivi la muratu- ra. Per soddisfare queste condizioni si e fatto ricorso ad una serie di strumenti ausiliari, tra cui una rotella metrica per la misurazione delle distanze brevi e un treppiede per lo staziona- mento delia fotocamera digitale. Messo a punto il progetto di rilievo si sono eseguite le prese ad una distanza di circa 8 m dalla superficie archi- tettonica, con una base di circa 2,20 m. La foto- camera digitale impiegata e una Nikon Coolpix e5000 munita di sensore CCD a 5 milioni di pixel effettivi, obiettivo 7,1-21,4 mm (equiva- lente ad un 28-85 mm nel formato 24 x 36) e calibrata nella focalizzazione all'infinito8. Per fornire gli appoggi metric! alle prese stereoscopiche si sono rilevati 4 punti (non pre- segnalizzati sulla struttura architettonica) con 5 Restituzioni grafiche tridimensional! dei perimetri di US e dei singoli elementi costitutivi la muratura compaiono in Azkarate Garai-Olaun 2002, p. 66; Caballero et alii 2003, p. 71, Camara, Latorre 2003, pp. 92-93, 96. Sulla necessita di adottare sistemi di rilievo e'trascrizione graftco-digitale 3D dei perime- tri di US in alternativa alia restituzione fotografica bidimensionale della superficie muraria (il fotopiano) cfr. Fiorini 2005, p. 199, nota 2. 6 Per una rassegna delle regole da rispettare cfr. Fondelli 1992, p. 61. 7 Rapporto suggerito dalla societa che distribuisce il software oggetto della sperimentazione. L'obiettivo di una camera fotografica e sempre carar- terizzato da qualche difetto che influisce sulla geo- metria della immagine e di conseguenza sulla quali- ta dei dati metrici che possono essere ricavati. Attraverso alcuni esami e possibile misurare sulle immagini fotografiche gli effetti della distorsione e confezionare un certificate di calibrazione in cui vengo- no riportati tali valori. I programmi di fotogramme- tria digitale urilizzano il certificato di calibrazione per compensare le deformazioni e di conseguenza incrementare la precisione del dato metrico calcolato attraverso la coppia stereo. l'ausilio di una stazione elettronica totale. Lo strumento misura le distanze per riflessione del raggio laser sulla superficie architettonica e non richiede, pertanto, dispositivi riflettenti. La posizione dei punti e stata annotata sulla stam- pa a colon di una foto della porta realizzata nel corso di un precedente sopralluogo. Elaborazione informatica dei dati di rilievo (seconda fuse) Acquisiti i dati di rilievo metrici e fotogra- fici, si e passati alia fase di elaborazione del modello stereoscopico. Prima di portare i dati nel programma RFD Evolution si sono converti- te le immagini fotografiche nel formato TIFF e trasformate le coordinate topografiche in coor- dinate fotogrammetriche9. Di seguito si ripor- tano le operazioni eseguite per creare il model- lo stereoscopico10: 1. creazione di un nuovo progetto; 2. caricamento delle immagini (prima il foto- gramma sinistro e poi il destro) e del profilo della fotocamera (certificato di calibrazione)11; 3. collimazione degli angoli delle immagini rispettando la seguente sequenza: alto-sinistra, alto-destra, basso-destra e basso-sinistra (lo scopo di questa operazione, che prende il nome di orientamento inferno, h la determinazione per ciascuna immagine della posizione del centro di proiezione, owero dell'obiettivo della fotoca- mera)12; 4. collimazione sulle due immagini di dieci punti omologhi distribuiti a segnare ciascun 9 «In fotogrammetria l'asse z e convenzionalmente rivotro verso l'osservatores (Bianchini 2001, p. 132, nota 5). In funzione di questa convenzione e necessa- rio motare il sistema di coordinate topografiche in modo che l'asse z, diretto verso 1'alto, sia rivolto verso l'osservatore quindi nella direzione dell'asse y. Operativamente e stato modificato il file di cootdi- nate nel seguente modo: la colonna delle y diventa z con segno meno, mentre la colonna delle z diventa y. 10 Per il trattamento informatico dei dari con RFD Evolution cfr. Geopro 2004. 11 Per il certificato di calibrazione cfr. nota 8 del pre- sente contributo. 12 Per conttollare la qualitl delle collimazioni effettua- te si seleziona dal menu ad albero la voce Immagini e si osserva il valore riportato nella colonna s.q.m. mid int. «In generale e infatti possibile ottenere orienta- menti inremi con un errore dell'ordine di 0.005; valori decisamente phi elevati sono sintomo di una non perfetta collimazione* (Geopro 2004, p. 20). Julian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanfini Fig. 1. Ravenna. Ex chiesa di S. Nicold. Prese stereoscopiche. Posizione dei 14 punti omologhi, 4 dei quali di coordinate note (punti di colore bianco). salto di quota significative) e ai margini dell'area di copertura stereoscopica (lo scopo di questa operazione, che prende il nome di orientamento relativo, e la determinazione deiia posizione di una immagine rispetto all'altra presa come rife- rimento); 5. collimazione sulle due immagini dei quat- tro punti omologhi e attribuzione delle coordi- nate di posizione spaziale precedentemente rile- vate (lo scopo di questa operazione, che prende il nome di orientamento assoluto, e la determina- zione dell'orientamento spaziale e delle dimen- sioni del modello stereoscopico) (fig. I)13. Per controllare la qualita metrica del model- lo stereoscopico si sono osservati i valori ripor- tati nella colonna X (resid), Y (resid), Z (resid), visualizzabile selezionando dal menu ad albero la voce Modelli, modello 1_1 e Punti di Passaggio. I valori si riferiscono alia differenza di posizione che esiste tra i punti misurati sulla superficie architettonica e i corrispondenti nel modello stereoscopico (fig. 2). Restituzione grafica (terzafase) Tramite l'ausilio di occhiali stereoscopic! a cristalli liquidi e stato possibile percepire la profondita spaziale e il rilievo di tutti gli de- menti che compongono la porta medievale. Direttamente nello spazio tridimensional del modello si sono effettuate misurazioni (lineari e lj «Prima di poter eseguire il calcolo dell'orientamento assoluto e necessario rieseguire il calcolo dell'orienta- mento relativo» (Geopro 2004, p. 31). ID punto X (residuo) Y (residuo) Z (residuo) 144 0.0033 0.0036 -0.0171 145 -0.0022 -0.0001 0.0169 153 -0.0040 -0.0029 -0.0012 105 0.0029 -0.0005 0.0014 Fig. 2. Residui, espressi in metri, tra la posizione dei punti rikvati sulla superficie architettonica e la low posizione nel modello. areali), elaborati profili di sezione e disegnati i perimetri delle unita stratigrafiche e dei singo- li elementi costitutivi la muratura14. Le linee (entita geometriche monodimensionali) e i poligoni (entita geometriche bidimensionali) che "appoggiati" neU'immagine virtuale secon- do l'andamento della superficie architettonica conservano la loro posizione spaziale 3D, sono stati infine visuaiizzati nell'ambiente di tipo CAD presente nel programma. II lavoro di restituzione grafica del rilievo si e concluso con la preparazione del layout per la stampa su sup- porto cartaceo tramite il programma ESRI ArcGIS (figg. 3, 4), strumento che — attraverso il collegamento con la scheda di archiviazione veloce (Fiorini 2005, p. 204, fig. 11) — ha per- La restituzione grafica del modello stereoscopico si realizza creando un Progetto di Restituzione (coman- do File/Gestione restituzione) nel quale vengono memorizzate tutte le entita geometriche disegnate (es.: punti, linee e poligoni). 29 Ocnus 15, 2007 messo di ottenere in tempi brevi una distinta re 4 e 5 e possibile notare alcune lacune (arapie caratterizzazione grafica delle unita per appar- zone bianche) dove la restituzione e discontinue tenenza alia fase costruttiva (fig. 5). Nelle figu- e incompleta. Tali zone corrispondono alle aree Fig. 3. Ravenna. Ex chksa di S. Nkolo. Restituzione del rilie- Fig. 4. Ravenna. Ex chiesa di S. Nicolb. Restituzione del rilie- vo fotogrammetrico stereoscopico della porta medievale (A. vo fotogrammetrico stereoscopico della porta medievale. Fiorini, 2005). Assonometria (A. Fiorini, 2005). * ■*■ % f ***** ^*\. V RAVENNA. EX CHIESA Df S. NICDLil. PORTS MEDIEVALE. LATO EST ElDDTIPD STRATIGRAFl□ □ 3 □ 20Q5. ARCHEDLDGIA DELL'ARCHITETTURA individuazidne delle fasi edilizie ftg. 5. Ravenna. Ex chiesa di S, Nicolb, Restituzione del rilievo fotogrammetrico stereoscopico visualizzato in ambiente GIS. Registrazione grafica dello svolgimento geometrico dei perimetri di US nello spazio tridimensional. 30 Julian Bogdani, Andrea Fiorini Mirhvia q-i ■ ■ e- ■ <s njiuu, micnele bilam, Massimo Zanftni Fig. 6. C/asse (RA), podere Chiavkhetta. Superfirie di scavo. Prese stereoscopkhe. della superficie architettonica non coperte dalla registrazione fotografica e saranno eliminate con prese supplementari o ricorrendo ad altre tecniche di rilievo. (A.E) Rilievo fotogrammetrico stereoscopico di una superficie di scavo net sito archeologico di Classe (RA), podere Chiavichetta (Area I, Settore 4000, zona sud-est)15 Acquisizione dei dati di rilievo metrici efoto- grafici (prima fuse) Neila giornata di giovedl 29 settembre 2005 si sono realizzate nell'area attualmente soggetta a scavo del sito di Classe due battute di riprese fotografiche da asta. Per potere effet- tuare l'orientamento relativo ed assoluto in modo metricamente corretto sono stati battuti con la stazione totale 27 punti di appoggio col- legati alia poligonale di riferimento del sito e materializzati sul rerreno da tappi di plastica. La fotocamera digitale e stata fissata su un'asta estensibile fino a tre metri e mezzo per poter riprendere scatti zenitali deil'area da indaga- re16. Calcolando uno spostamento orizzontale tra uno scatto e l'altro all'incirca di un quarto dell'altezza alia quale veniva sospesa la macchi- na (condizione questa necessaria per una corret- ta visione stereoscopica) si e proceduto alia ripresa di alcune coppie stereoscopiche. Per la successiva fase di eiaborazione con RJFD Evolution sono state scelte le coppie ritenute migliori: alcune sono state scartate perche non inquadravano 1'intera area in esame (fondamen- tale sarebbe quindi stata la possibility di verifi- care in tempo reaie l'inquadratura della mac- china tramite un collegamento video a terra) altre perche le singole fotografle erano troppo ruotate l'una rispetto all'altra (fig. 6). (m.z.) Eiaborazione informatica dei dati di rilievo (secondafase) e restituzione grafica (terzafase) II rilievo stereofotogrammetrico e stato spe- rimentato per verificare la possibility di offrire ai protocolli operativi di modellazione volume- trica di strati archeologici dati metrici di superfi- cie moito piu precisi e dettagliati rispetto a quelli acquisiti con i tradizionali strumenti topografici o ai costosi laser scanner 3D17. Gia da alcuni anni e difatti fortemente radicata nel dibattito scientifico la necessita di approfondi- re la ricerca verso soluzioni di rilievo dettaglia- to delle US e dei reperti ma anche verso sistemi Si desidera ringtaziare Paolo Martinelli, Simone Corli e Mila Bondi per lo scambio di idee e il sup- porto nelle attivita. di rilievo stereofotogrammetrico. La fotocamera digitale e una Nikon Coolpix e5000. Per le sue caratteristiche tecniche cfr. il precedente caso di studio. Pet i metodi di rilievo e restituzione grafica della componente volumetrica degli strati del deposito archeologico cfr. Nigro et alii 2002; Barcelo 2002; Barcelo et alii 2003; Barcelo, Vicente 2004; Cattani etalii 2004. 31 Ocnus 15, 2007 ID punto X (residuo) Y (residuo) Z (residuo) 28 0.0003 -0.0064 0,0063 15 -0.0107 0.0038 0.0190 22 -0.0054 -0.0005 -0.0041 9 -0.0035 -0.0042 0.0179 Fig. 7. Residui tra la posizione dei punti misurata sulla super- fide di scavo e la loro posizione nel modello. 4< '00 i ll 31 Fig. 8. Classe (RA), podere Cbiavkhetta. In alto a destra, i punti restituiti in automatico dal programma; in alto a sini- stra, una vista prospettica. In basso a sinistra, I'insieme dei triangoli che descrwono in forma schematics I'andamento gene- rale della superficie di scavo; in basso a destra, un dettaglio della superficie hiteressata dalla presenza di una buca, di informatizzazione dei dati di scavo attraver- so l'impiego di GIS18. Costruito il modello stereoscopico e stato possibile valutarne la qualita metrica attraverso l'osservazione dei residui espressi in metri tra le coordinate spaziali dei punti rilevati sulla superficie di scavo e la loro posizione nel modello (fig. 7). Per ricostruire I'andamento 18 Per i'informatizzazione dei dati di scavo atttaverso l'uso dei sistemi informativi geografici eft. Candelato etalii 2002; Cattani 2003; Valenti, Natdini 2004. della superficie del terreno il programma misu- ra il valore di elevazione z di un set finito di punti. Sono stati quindi selezionati una serie numerosa di punti atti a definire il perimetro dell'area entro cui effettuare il calcolo automa- tico del valore di elevazione. I criteri seguiti per la scelta dei punti da rilevare sono i seguenti: punti lungo la discontinuity e punti angolosi principals II risultato e una distribuzione di 3866 punti, regolarmente spaziati fra di loro a cm 5 di distanza, atti a descrivere, per una estensione di 8,94 mq, I'andamento generale di una porzione di superficie compresa nell'area di copertura stereoscopica. Per modellare le buche e altre zone si sono invece effettuate misurazio- ni manuali organizzate su griglia pseudo-regolare con riduzione del passo (fino a circa 1 cm) proporzio- nale all'aumentare del grado di cur- vatura locale della superficie. II 50% ca. dei punti restituiti in auto- matico dal programma presentava- no una posizione anomala (poi rical- colata manualmente in 16 ore di lavoro) imputabile, presumibil- I mente, all'impiego di fotogrammi non idonei alia costruzione di modelli ottid tridimensional!19. I punti sono stati in seguito impiega- | ti come vertici di poligoni triango- I lari che descrivono in forma sche- _| matica I'andamento generale della superficie di scavo (fig. 8). II proce- dimento di creazione dei triangoli e automatico e ha permesso di sotto- porre i fotogrammi a operazioni di raddrizzamento differenziale per ottenere una immagine fotografica priva di ogni deformazione prospettica (ortofo- to) e pertanto analizzabile in tutto il suo conte- nuto qualitative e metrico. L'immagine e stata Osservando le prese stereoscopiche si notano le seguenti condizioni svantaggiose: 1. g[i assi di presa non sono ortogonali alia base di presa; 2. Ie distanze tra la supetficie di scavo e i due punti di presa non sono uguali; 3. le prese sono Jeggermente ruotate l'una rispetto all'altra. Tutti questi pcoblemi avevano d'altra parte determinato, con ogni probabilita, una visione stereoscopica confusa specialmente in alcune zone. 32 Julian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanfini 0 0,6 1 1.6 2 2,5 3M Fig. 9- Classe (RA), podere Chiavkhetta. Ortofoto della super- ficie di scavo. Fig. 11. Classe (RA), podere Chiavkhetta. infine salvata nel formato GeoTiff e corredata della scala grafica cramite il programma ESRI ArcGIS (fig. 9). Vicino alle buche e nell'area in alto a destra e possibile notare alcune zone dove la restituzione fotografica e distorta, "stirata". Tali zone corrispondono alle aree della superficie di scavo che non compaiono nelle immagini fotografiche e potranno essere sostituite con i dati provenienti da prese supplementari. La col- lezione di triangoli e stata importata nel GIS, convertita in entita TIN, visualizzata in ambien- Fig. 10. Classe (RA), podere Chiavkhetta. Superficie di scavo. Restituzione del rilievo fotogrammetrko stereoscopko visualiz- zata in ambknte GIS. Profilo di sezione n. 1 Sezioni realizzate con I'ausilio di ArcGIS. te tridimensionale e "vestita" con l'ortofoto (fig. 10)20. Grazie agli appositi strumenti del GIS si sono infine prodotti alcuni elaborati grafici indi- spensabili nella ricerca archeologica, come le sezioni (fig. 11) e le curve di livello (fig. 12). (A.E) 20 Con l'acronimo TIN (Triangulated Irregular Network) si intende «an object to represent a surface with a set of contiguous non overlapping triangles* (ArcGIS White Paper 2002). 33 Ocmis 15, 2007 Dm Fig. 12. Le curve di livello (intervallo di 1 centimetro). Rilievo Fotogrammetrico Stereoscopico: i casi di Acquaviva Picena (Ascoli Piceno) e Castelleone di Snasa (Ancona)21 Parallelamente alle esperienze di S. Nicolo (RA) e di Classe (RA) la sperimentazione del software RFD Evolution, ver. 200, della dirta GEOTOP (Ancona), e stata sviluppaca nell'am- bito delle attivita della campagna 2005 presso la Fortezza di Acquaviva Picena e sullo scavo archeologico della citta romana di Suasa. Per quanto riguarda l'esperienza acquaviva- na si e deciso di utilizzare il software RFD per restituire tridimensionalmente la facciata inter- na della torre sud della Fortezza, dove la pre- senza di una feritoia creava una rientranza. Ii corredo hardware utilizzato era composto da fotocamera digitale Nikon CooiPix 5400, PC Toshiba Satellite P10-792, OS XP Home Entxambe le esperienze sono state effettuate nell'am- bito del Laboratorio di rilievo di strutture archeolo- giche, coordinato dal dott. Enrico Giorgi. Per un resoconto esteso dell'esperienza di Acquaviva Picena si veda Altini et alii 2005. Ed., monitor esterno Sony Trinitron Mulciscan E220 e corredo per la visione stereoscopica NuVision 60GX-NSR con occhiali attivi. Per la misurazione dei punti di controllo sul campo e stata uti- lizzata una stazione totale TopCon GPT2900, senza prisma, per ottenere la massima precisione. Le riprese fotografiche (fig. 13) sono state realizzate con l'aiuto di un normale treppiede a uso fotografico, cercando di riprodurre il piii precisamente possibile le condizioni ottimali per la ripresa ste- reofotogrammetrica: le due riprese neces- sarie sono state realizzate ai due estremi di un segmento virtuale parallelo all'og- getto della ripresa (la trilaterazione dei punti e stata realizzata con una normale cordella metrica). La lunghezza di questo segmento e stata infatti fatta corrispon- dere a 1/4 ca. della distanza camera- oggetto. Si e inflne cercato di mantenere un angolo retto tra l'asse ottico della camera e il segmento virtuale. Per ridur- re al minimo i problemi durante la ste- reovisione, le riprese fotografiche sono state rea- lizzate con la fotocamera tenuta in posizione orizzontale attraverso una bolla da filo22. Non avendo a disposizione una camera metrica o semimetrica sono stati creati dei pro- fili di calibrazione all'interno del software, uti- iizzando le dimensioni reali del CCD (desunti dal libretto di istruzioni della fotocamera) non- che la distanza focale per ogni scatto2j. 22 Tutte queste misurazioni sono state realizzate in modo empirico e cio principalmente per un motivo: abbiamo scelto di testare il procedimento in condi- zioni operative "medie", che non fossero cioe quelle otrimali richieste dalla stereofotogrammerria, in quanto solo difficilmente realizzabili in altri cantieri archeologici, e nello stesso tempo non del mtto arbi- trarie. Le condizioni da noi create sono facilmente riproducibili nella maggior parte dei cantieri archeo- logici non solo universitari, ma anche di emergenza. Inokre, con un invesrimento minimo, e nella pro- spettiva dell'utilizzo quotidiano di tale procedimen- to queste condizioni sono facilmente migliorabili, con l'utilizzo, per esempio, di un'asta estendibile, aile cui estremita fissare le fotocamere in modo che le loro assi focali siano forzatamente parallele. 23 La distanza focale puo essere variabile per ciascuno scatro, ma e consigliabile utilizzare una unica per enrrambe le riprese, in quanto per ciascuna distanza 34 Julian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanfini II fine di questa esperienza era di ottenere un raodello vettoriale e di creare un'ortofoto24. II vantaggio rispetto alia fotogrammetria bidi- mensionale comunemente utilizzata nei nosrri cantieri consiste nel fatto che si possono ottene- re ortofoto corrette anche di superfici non piane, in quanto la nuvola di punti (DEM), base di partenza di RFD per la creazione dell'ortofo- to, permette di proiettare correttamente su un piano bidimensionale i pixel immagine che nella realta insistono su quote diverse25. La restituzione vettoriale puo awenire in modalita manuale (il restitutore disegna sul modello stereoscopico per mezzo di un CAD interno al software, movendosi su 3 dimensio- ni) e in questo caso si puo ottenere un modello wireframe esportabile in comodi formati di interscambio come il DXF, o in modalita semi- automat ica (come nel presente caso), per cui il programma e in grado di generare DEM entro delimitazioni definiti dall'utente e con filtri interni per l'attendibilita e la qualita dei punti generati (fig. 14). Da qui e possibile avere una resa a triangoli delle superfici (TIN) (fig. 15) o anche creare curve di livello. Anche in questa modalita l'esportazione in formato DXF per- mette l'elaborazione dei modelli con qualsiasi altro software di grafica vettoriale. Nel progetto acquavivano si sono riscontrati alcuni Hmiti, i quali si possono osservare nel- l'ortofoto delta fig. 16, dove gli errori nella focale e necessario creare un distinto profilo di cali- brazione. L'unico problema in questo caso e conosce- re la precisa distanza focale, in quanto non tutte le camere digital] la visualizzano. In casi simili risulta- no utili software complementari che leggono i meta- data dei file immagine, nei quali e riportata anche la distanza focale (e stato utilizzato in concreto ACDSee v. 7.0 dell'ACD Systems Ltd.). 24 Le ortofoto sono esportabili dal programma in diver- si formati, secondo le necessita. Molto utile e risulta- ta la possibilita di ottenere immagini Tiff geo-refe- renziate (in base alle coordinate dei punti di control- io, che sarebbe meglio rappresentassero coordinate ceali, in modo da evitare ulteriori passaggi nell'im- portazione delle ortofoto in piattaforme GIS). 25 Questo risulta fondamentale in casi di superfici mosse o situazioni di crollo, dove molto difficilmen- te la fotogrammetria piana riesce a restituire un risukato metricamente corretto, per non parlate delle difficolta pratiche che si hanno anche nello stesso posizionamento dei punti di controllo, che devono avere quote molto simili. generazione del DEM si rispecchiano nella crea- zione delle ortofoto. Nel caso specifico si possono distinguere due dpi di distorsioni. II primo riguarda l'area peri- ferica del primo piano, quello piu vicino alia camera: la distorsione in questo caso e dovuta a un semplice "errore" nella gestione delia resti- tuzione, e piu precisamente nella creazione dei triangoli (indispensabili alia creazione dell'orto- foto). Questo tipo di distorsione e facilmente eliminabile sistemando in modo manuale t limi- ti esterni delle aree interessate e aggiustando i collegamenti dei triangoli nelle aree periferiche. II secondo tipo di distorsione riguarda il secondo piano dell'immagine, quello piu lonta- no dalla camera. Qui il problema e emerso gia in fase di orientamento relativo, dal momento che il software fatica a restituire una corretta visione stereoscopica del modello in varie sue aree. L'inserimento di ulteriori punti di passag- gio nelle aree disturbate non migliora la visua- Hzzazione, in quanto i residui del calcolo sono troppo elevati. Ci si trova, dunque davanti ad un "limite" reale di applicazione del software. li stato osservato, durante questa esperienza, come questo limite si presentasse sempre piu evidente nei cast di grande profondita dell'og- getto da rilevare. Viene stabilito, quindi, un rapporto diretto tra distanza camera-oggetto e profondita dell'oggetto. Maggiore e questo coefficient^ migliori sono i risultati. Naturalmente questo problema non si pone con la stereofotogrammetria aerea, poiche per quan- to siano grandi i dislivelli del terreno, la distan- za camera-oggetto e ampiamente maggiore, e il coefBciente rimane sempre alto. II problema e trascurabile anche per quanto riguarda il rilievo di ampie superfici architettoniche, per le quali questo coefficiente e comunque consistent^. Nel nostro caso, le piccole dimension! della torre non permettono di avere una distanza camera-oggetto sufficientemente ampia da avere una corretta visione stereoscopica e quin- di un DEM metricamente corretto, e conse- guentemente una corretta ortofoto. I modi di owiare sono sostanzialmente due: allontanarsi ulteriormente dall'oggetto, in modo da accrescere in modo consistente la distanza camera-oggetto, oppure duplicare i'oggetto e quindi il progetto di lavoro. In poche parole considerare progetti divisi i diver- 35 Ocnus 15, 2007 36 ]ulian Bogdani, Andrea Fiorini, Michele SUani, Massimo Zanfini si piani di profondita. Tutti e due i procedi- menti presentano notevoli problemi legati alia possibilita di' effettuare diverse riprese nel campo oppure nella notevole complicazione dei process! di elaborazione. A seguito dell'esperienza effettuata ad Acquaviva Picena nel mese di maggio 2005 il programma RFD Evolution per il rilievo stereo- forogrammetrico e stato sperimentato nuova- mente nel cantiere della citta romana di Suasa, nel comune di Castelleone di Suasa (AN), durante i mesi di giugno-luglio 2005. In questo caso sono state rilevate superfici orizzontali caratterizzate da un andamento mosso, diversamente dal caso acquavivano, dove si e lavorato su un elevato. L'obiettivo del pro- getto era quello di realizzazione l'ortofoto di un crollo di intonaci e di un mosaico della domus dei Coiedii attraverso procedimenti stereofoto- grammetrici e valutare il grado di efficienza di questo strumento in un normale cantiere archeoiogico26. II corredo della strumentazione utilizzata e stato lo stesso del caso di Acquaviva Picena esposto precedentemente. Nel caso di Suasa si sono ottenuti risultati migliori rispetto ad Acquaviva, dove le distor- sioni dell'ortofoto ottenute erano troppo evi- dent!. Gia nella stessa fase di acquisizione delle immagini sul campo e stata prestata una mag- giore attenzione, in modo tale da ottenere immagini il piu corrette possibili per le esigen- ze del programma (figg. 17-18). E necessario aggiungere che le condizioni di ripresa consen- tivano un visibile miglioramento della qualita della ripresa27. Le due situazioni presentano caratteristiche diverse. Nel caso del crollo si ha una superficie molco mossa e inclinata (dal muro deE vano verso il suo centro). In questo caso sono piu che evidenti i limiti della foro- gtammetria piana, che non h in nessun modo utilizza- bile, come anche il rilievo diretto cradizionale, che risulta molto difficile e con un alro grado di impreci- sione. Proprio per questo motivo il presente caso e stato scelto come oggetto della sperimentazione. Per quanto riguarda la superficie musiva, essa ha subito il cedimento del pavimento, creando dei morbidi disli- veili (di anche piu di una decina di cm). II rilievo foto- grammetrico monocamera non aveva dato esiti piena- mente soddisfacenti, e si e voluto, con la sperimenta- zione di RFD mettete a confronco i due strumenti. In primo luogo c'era lo spazio necessario per rispet- In seguito all'acquisizione dei dati fotogra- fici e metrici sul campo si e passati alia fase di elaborazione, che non ha previsto sostanziali differenze rispetto alle esperienze finora descritte. Va tuttavia sottolineato come, al fine di rag- giungere un tale risultato, si sia dovuco raffinare manualmente il modello DEM automaticamen- te generato entro l'area stabilita, cancellando i punti i cui valori erano visibilmente errati (fig. 19). Questa e una fase molto delicata del lavoro in quanto si procede in modo "empirico" e la perdita di troppe informazioni (troppi punti cancellati formano un'area "bianca", senza informazioni, nell'ortofoco) puo sensibilmente alterare il dato reale. II risultato finale, anche in questo caso, e stata la creazione di un'ortofoto (fig. 20), in formato GeoTiff. Bisogna poi con- siderare come l'area prescelta in questo caso sia di relativamente piccole dimension! e come le differenze di quote tra i vari piani non siano for- temente accentuate, a differenza dell'esempio acquavivano. Queste osservazioni assumono un valore maggiore in considerazione del secondo proget- to, quello del mosaico, dove si puo affermare che e stato ottenuto un risultato pienamente soddi- sfacente. La maggiore regolarita delle superfici, la minore differenza di quote e il piu morbido passaggio da punti altimetrkamente piu aid ad altri piu bassi ha fatto si che il risultato finale risultasse ottimale (fig. 21). Anche in questo caso pero, la fase di creazione del DEM ha richiesto una certa quantita di tempo prima che i risultati fossero soddisfacenti (fig. 22). Per quanto riguarda il caso di Suasa, in seguito alia sperimentazione del software RFD, i risultati prodotti sono stati importati in ambiente GIS per verificare la qualita degli stessi e al fine di conferire alia restituzione tri- dimensionale un valore aggiuntivo. Le restituzioni virtuali e le ortofoto prodot- te hanno costituito la base di partenza per la creazione di future banche dati; nello specifico, il primo passo e stato quello di corredare l'orto- tare i rapporti ottimali tra le varie distanze (quella tra le due basi di ripresa e quella camera-oggetto); secon- do, ma non meno importante, l'area interessata era di estensione di gran lunga minore, elemento che per- mette una netta facilitazione della ripresa. 37 Ocnus 15, 2007 Fig. 17. Castelleone di Suasa. Antka citta romana di Suasa. Doraus del Coiedii. Crollo di intonaci. Prese stereoscopkbe. Fig. 19- Castelleone di Suasa. Antka citta romana di Suasa. Domus dei Coiedii. Crollo di intonaci. DEM: nuvola dei punti generata in modalita semi-automatzca e resa a triangoli delle superfki (TIN). Fig. 20. Castelleone di Suasa. Antka citta romana di Suasa. Domus dei Coiedii. Crollo di intonaci Ortofoto. 38 Julian Bogdani, Andrea Fiortni, Michele SHani, Massimo Zanfini Ocnus 15, 2007 0 i 2M Fig, 23. Castelleone di Suasa. Antica citta romana di Suasa. Fig. 24. Castelleone di Suasa. Antica citta romana di Suasa. Domus del Coiedii. Crollo di intonaci. Ortofoto visualizzata Domus dei Coiedii. Crollo di intonaci. Meshing dell'ortofo- m ambknte GIS e corredata di sca/a metrica. to sul modello TIN visualizzato in ambiente GIS. Fig. 26. Castelleone di Suasa. Antica citta romana di Suasa. Domus dei Coiedii. Crollo di intonaci. Grafici delle sezioni realizzate con ArcGis 9.0. 40 Julia. Fig. 27. Castelleom di Suasa. Antica citta romana di Suasa. Domus dei Coiedii. Mosaico pavimentah. Fasi di creazione del modello TIN. foto del crollo di intonaci di una scala mecrica (fig. 23) e successivamente di procedere al mes- hing della stessa sul modello dei triangoli crea- co con iJ software RFD, trasformato in ambien- te GIS in modello TIN (Tringulated Irregular Network) (fig. 24). In seguito sono state effet- tuate analisi spaziali quali la creazione di curve di livello (fig. 25) e sono staci elaborati i grafi- ci delle sezioni (fig. 26). Le restituzioni tridimensional ottenute per il. mosaico della domus dei Coiedii sono state visualizzate anch'esse in ambiente GIS e utiliz- zate soprattutto dal punto di vista didattico per la visualizzazione delle varie fasi di creazione del modello TIN (fig. 27) e del meshing dell'or- tofoto sul modeiio stesso (fig. 28). (J.B., M.S.) Conclusioni II limite maggiore di RFD Evolution consiste nella grande rigidita per quanto riguarda l'ac- quisizione dei dati: le fotografie devono soddi- sfare tutta una serie di parametri che rendono difficoltosa e laboriosa la ripresa. Soprattutto in Bogdani, Andrea Fiorini, Michele Silani, Massimo Zanfini Fig. 28. Castelleom di Suasa. Antica citta romana di Suasa. Domus dei Coiedii. Mosaico pavimentah. Fasi di meshing dell'ortofoto sul modello TIN. una situazione di cantiere di scavo spesso non e fisicamente possibile soddisfare tutte le esigen- ze richieste per la ripresa ottimizzata alia visio- ne stereoscopica: non sempre si possono effet- tuare scatti dalla posizione migliore, questo per la presenza di trincee o muri o di tutti i possi- bili ostacoli che si possono trovare su un can- tiere archeologico. La foto da asta pone poi il problema difficilmente risolvibile, se non attraverso l'uso di binari, della rocazione relati- va tra uno scatto e l'altro; basta infatti una leg- gera rotazione della fotocamera per rendere molto difficile la visione stereoscopica28. Piu semplice e la gestione della ripresa nel caso di murature o di facciate architettoniche, poiche spesso si ha a disposizione un maggiore spazio di manovra, si puo cioe pianificare e con- trollare con maggiore accuratezza la fase di ripresa. Sul cantiere e quindi di difficile uriliz- zo un programma di quesco tipo, mentre rivela tutta la sua potenzialita sul rilievo di superfici 28 Un sistema per I'acquisizione sul campo di prese fotogrammetriche compare in Antonanzas et alii 2003, p. 15. 41 Ocnus 15, 2007 architettoniche verticali. Quando adottare allo- ra la metodologia stereofotogrammetrica digita- le? Quando la carattefizzazione plascica tridi- mensionale del manufatti architettonici non appare riconducibile alia bidimensionalita e si vuole documentare la distribuzione nelle tre dimension! dei caratteri stratigrafici, metrici e formali dell'oggetto. La restituzione grafica che si estrae dal modello stereoscopico e pero spesso incompleta e quindi necessariamente da inte- grate con i dati provenienti da prese supple- mentari o ricorrendo ad altre tecniche di rilievo. Certamente ia sperimentazione finora con- dotta non e esaustiva delle possibili situazioni di utilizzo, ma e secondo noi bastevole a deli- neate limiti e pregi dello strumento in esame. L'esperienza sul campo permettera. di chiarire i casi in cui 1'utiHzzo di RFD e complementare a quello di altri programmi (es.: PhotoModeler o ImageModeler, dedicati alia fotomodeliazione) oppure in cui e preferibile un software piutto- sto che l'altro. In conclusione, da una prima let- tura dei risultati della sperimentazione di RFD emergono i seguenti dati: 1. la sua difflcolta d'impiego sul cantiere di scavo; 2. la sua effica- cia nella documentazione di strutture conserva- te in elevato o di altri casi particolari. (J.B., A.F.,M.S.,M.Z.) NOTA BIBLIOGRAFICA Altini et alii 2005 = M. Altini, J. Bogdani, E. ravaio- li, M. Silani, E. Vecchietti, Prime esperienze del Laboratorio di Rilievo Arcbeologico: la fortezza di Acquaviva Picena (AP) e il catrum romano di Burnum (DmiS, Croazia), in «Ocnus» 13, 2005, pp. 9-34. Ancofianzas et alii 2003 = M.a Antonanzas, P. De la Ccuz, A. Galarraga, J. Melon, El Sequeral (Calahorra, ha Rioja). Investigation fotogrametrica y arqueologfa, in «Arqueologia de la Arquitectura» 2, 2003, pp. 13-16. Azkarate Garai-Olaun 2002 = A. Azkarate Garai- Olaun, Internes cognoscitivos y praxis social en Arqueologi'a de la Arquitectura, in «Arqueologfa de la Arquitectura» 1, 2002, pp. 55-71. 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