La digitalizzazione del patrimonio culturale sta diventando un’attività sempre più importante e necessaria per la conservazione di beni storici e culturali. Aeromatic ha eseguito a Genova un complesso rilievo del “Monumento a Cristoforo Colombo”, con l’obiettivo di realizzare un modello 3D ad alta risoluzione destinato ad una mostra virtuale in ambito museale.
Lo Scopo: Perché creare un gemello digitale di un bene culturale?
Un gemello digitale è una replica tridimensionale fedele di un oggetto reale. Nel caso di beni culturali, questo è utile non solo per la sua valorizzazione, ma anche per la conservazione, lo studio e l’archiviazione dello stato di fatto in un dato periodo. Nello specifico, lo scopo è stato quello di portare l’opera in uno spazio digitale immersivo, rendendolo accessibile anche a distanza. Questo processo apre nuove possibilità espositive per musei, enti ed istituzioni.
La sfida: ottenere la massima qualità possibile
Per questo progetto, il focus era quello di ottenere un modello 3D con un livello di dettaglio estremamente elevato, capace di restituire con precisione superfici, geometrie, texture e particolari scultorei del monumento. Il tutto finalizzato alla visualizzazione con visori VR in un contesto di realtà aumentata.
Quando si lavora su un bene culturale destinato ad un’esposizione virtuale, la qualità del dato acquisito diventa fondamentale. Ogni ombra troppo marcata, ogni variazione brusca della luce, ogni ostacolo presente in scena può influire negativamente sia sulla ricostruzione geometrica sia sulla resa finale delle texture.
Soluzioni ed espedienti logistici:
Il volo all’alba per una luce più morbida e uniforme
Per ottenere il miglior risultato, l’acquisizione è stata eseguita all’alba, in una fascia oraria particolarmente favorevole. Questa scelta ha consentito di lavorare con una luce morbida, evitando le ombre dure che avrebbero compromesso la qualità fotogrammetrica del soggetto.
Un secondo vantaggio importante è stato quello di operare in un momento in cui l’area era ancora poco frequentata, riducendo al minimo la presenza di persone attorno al monumento e limitando così interferenze visive e criticità operative legate al sorvolo in ambito urbano.
Soluzioni tecniche: Il supporto del DJI Matrice 4E e della funzione 3D Smart Capture
Per comprendere appieno la complessità del rilievo, occorre sottolineare che il monumento ha una pianta a base quadrata di 8 m per lato ed un’altezza complessiva di ben 19 m. Va da sé che lo sviluppo in altezza, non avrebbe permesso il solo utilizzo di una camera manuale a terra. Inoltre, lo spazio intorno ad esso è parzialmente limitato dalla presenza degli alberi che compongono il giardino circostante. Ulteriore complicazione riguarda il fatto che dovendo mantenere le stesse condizioni ambientali durante la tutta la durata del rilievo (luci e ombre in particolare), i tempi di acquisizione risultavano particolarmente compressi. Serviva quindi una tecnologia che potesse consentire un’acquisizione veloce, ma di alta qualità.
Per acquisire il monumento con l’accuratezza e le velocità richieste, Aeromatic ha impiegato il DJI Matrice 4E, sfruttando la funzione 3D Smart Capture, particolarmente utile in scenari complessi come quello di una statua monumentale inserita in un contesto urbano.
Questa tecnologia ha permesso di pianificare una rotta di volo ottimizzata, studiata per fotografare il monumento da ogni angolazione utile, mantenendo una distanza costante dal soggetto, aspetto essenziale per ottenere immagini omogenee e adatte ad una ricostruzione tridimensionale accurata.
A rendere possibile questa precisione hanno contribuito:
- il modulo RTK, per un posizionamento del drone estremamente accurato in ogni momento;
- il telemetro laser di bordo, utile a mantenere la corretta distanza tra drone e soggetto durante le orbite di acquisizione;
- la funzionalità di Smart Capture che ha permesso due cose fondamentali: a) una pre-scansione rapida del monumento con elaborazione sul posto della nuvola di punti, per acquisire la geometria generale; b) pianificazione di rotte a velocità controllata in base alla geometria acquisita nella fase di pre-scansione.
L’acquisizione attraverso rotte pianificate è stata poi integrata da più scatti eseguiti con traiettorie “manuali” senza l’ausilio di automatismi. Tale integrazione è stata applicata dai tecnici di Aeromatic per mantenere un livello di safety elevato ed evitare rotte automatizzate a quote basse e con potenziali ostacoli. Questo workflow ha consentito una copertura totale del monumento anche nei punti più difficoltosi.
I numeri del rilievo: 1700 immagini e GSD di 0,3 cm/pixel
La campagna fotografica ha prodotto circa 1700 immagini ad alta risoluzione, con un GSD di 0,3 cm/pixel. Si tratta di un livello di dettaglio molto spinto, che ha reso possibile catturare anche particolari minuti della superficie del monumento.
Una base dati di questo tipo è indispensabile quando il risultato finale non deve essere soltanto “visivamente bello”, ma anche coerente dal punto di vista metrico e sufficientemente ricco per applicazioni museali, scientifiche o conservative.
Inoltre, data la geometria particolarmente complessa della statua, è stato necessario fotografare anche tutti gli angoli ciechi e i sottosquadri in modo da garantire la ricostruzione fotogrammetrica senza interpolazioni ed artefatti incoerenti.
Da non sottovalutare anche il fatto che le singole foto scattate di ogni punto della statua, rimangono una dotazione di archivio importantissima. Inoltre, pianificata la missione fotogrammetrica automatizzata per la prima volta, questa è “ripetibile”. Ciò significa poter catturare nuovamente le stesse immagini dalla stessa angolazione per una comparazione / monitoraggio del monumento nel tempo.
Dal rilievo al modello: il lavoro di post-processing
Una parte fondamentale del progetto si è svolta dopo il volo, nella fase di post-processing, dove le immagini acquisite sono state trasformate in un vero e proprio gemello digitale del monumento.
Il processo è partito dall’allineamento delle fotografie e dalla generazione della geometria tridimensionale, ma il valore aggiunto del lavoro non si è fermato alla ricostruzione automatica. Per ottenere un modello realmente adatto ad una mostra virtuale, è stato necessario intervenire con un’attenta attività di ottimizzazione e ritocco delle mesh.
Essendo il monumento inserito in uno spazio reale, infatti, nelle immagini erano presenti diversi elementi estranei al soggetto principale: persone in movimento, piccoli elementi di disturbo come sporcizia, vegetazione, ed oggetti depositatisi nel tempo sul monumento , oltre a porzioni del contesto che non erano utili alla fruizione museale del modello.
Per questo motivo, il lavoro si è concentrato su due aspetti principali.
Il primo è stato la pulizia della geometria: tutte le porzioni di mesh indesiderate, generate attorno a oggetti occasionali o parti non pertinenti della scena, sono state individuate e rimosse manualmente o corrette con interventi mirati. Questo ha permesso di mantenere il focus esclusivamente sul monumento, eliminando imperfezioni che avrebbero compromesso la qualità visiva del modello finale.
Il secondo aspetto ha riguardato la pulizia visiva delle texture. Anche quando un oggetto indesiderato non compromette direttamente la geometria, può comunque lasciare tracce sulla superficie texturizzata del modello. È il caso, ad esempio, di macchie, oggetti appoggiati o piccoli rifiuti. In questi casi si è intervenuti con un accurato lavoro di ritocco, per restituire una rappresentazione più pulita, coerente e adatta al contesto espositivo.
Questa fase è spesso poco visibile agli occhi di chi osserva il risultato finale, ma è in realtà decisiva: un buon gemello digitale non dipende solo dalla qualità del rilievo, ma anche dalla capacità di ripulire, rifinire ed ottimizzare il dato grezzo trasformandolo in un modello credibile, leggibile e pronto per essere fruito in ambiente digitale.
Altro aspetto da tener presente è anche il “peso” (in termini di gigabyte) del modello 3D. Per finalità di “pura visualizzazione” (soprattutto in VR), il modello deve essere “leggero” e riproducibile da qualsiasi hardware. In più, nell’eventualità di uno streaming via web, un modello “pesante” richiederebbe connessioni con alte performance e tempi di caricamento troppo lunghi.
Per questo motivo, oltre al modello principale ad alta risoluzione, è stato realizzato un duplicato “più leggero” con un numero di mesh minore (decimazione delle mesh). A questo punto, le texture ad alta risoluzione vengono riproiettare sulle mesh “alleggerite”. La percezione finale è un buon compromesso tra qualità e leggerezza.
Un modello 3D per la valorizzazione museale
Il modello 3D del Monumento a Cristoforo Colombo sarà utilizzato all’interno di una mostra virtuale museale in Germania, offrendo al pubblico un’esperienza di visita nuova, immersiva e accessibile.
Questo tipo di progetto mostra in modo concreto come i gemelli digitali possano diventare strumenti strategici per i beni culturali: non solo per raccontare e valorizzare un’opera, ma anche per conservarne una documentazione digitale ad altissima fedeltà, utile nel tempo per studio, monitoraggio e divulgazione.
Chissà che qualche viaggiatore non prenda ispirazione per farsi un viaggio in quel di Genova…
Aeromatic e la digitalizzazione del patrimonio culturale
Con questo intervento, Aeromatic conferma il proprio impegno nello sviluppo di rilievi per la creazione di gemelli digitali, modelli 3D e contenuti immersivi destinati alla valorizzazione del patrimonio culturale.
L’unione tra pianificazione del volo, acquisizione ad alta risoluzione e post-produzione avanzata consente oggi di trasformare monumenti e beni storici in esperienze digitali di grande qualità, pronte per musei, archivi digitali, applicazioni VR e progetti di conservazione.
