3. per il progetto musint: rilievo con laser scanner a triangolazione e...
TRANSCRIPT
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 1
3. Per il progetto MUSINT: Rilievo con laser scanner a triangolazione
e fasi di elaborazione dei modelli 3D
Daniela Cini
Laboratorio di Geomatica per la Conservazione e la Comunicazione dei Beni Culturali
Università degli Studi di Firenze
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 2
Progetto espositivo pilota Le collezioni Egee e Cipriote presenti nei musei della Toscana
modelli 3D di 33 reperti archeologici
Per essere manipolati in una mostra virtuale pubblica
Per essere esaminati dagli specialisti in un database ad accesso limitato
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 3
Finalità del rilievo 3D corrisposte nel Progetto MUSINT:
creazione di archivi digitali sì
indagini metriche in potenza
indagini su materiali e tecniche in potenza
analisi del degrado in potenza
comunicazione sì
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 4
Lab. GeCo: Modelli 3D da LASER SCANNER
• acquisizione dei dati spaziali con laser scanner a triangolazione • acquisizione dei dati radiometrici con fotocamera integrata • elaborazione e ottimizzazione dei modelli 3D• definizione di linee-guida metodologiche
NextEngine ®accuratezza metrica: ± ~100/400 micron
(in: Jasink, Tucci, Bombardieri, MUSINT. Le Collezioni archeologiche egee e cipriote in Toscana. Ricerche ed esperienze di museologia interattiva, 2011)
giaretta a staffah 14,5 cm / Ø 13 cm
figurina di equide con cavaliere7,5 x 10,4 x 5 cm
olletta h 22,4 / Ø 15,5 cm
fiascah 25,3 cm / Ø max. 8,2 cm / Ø all’orlo 3,8 cm
alabastron h 5 cm / Ø 10 cm
figurina a Phi (senza gambe)8 x 5 x 2 cm
Foto di alcuni oggetti rilevati
“padella” cicladica 22 x 29 x 4 cm pugnale litico
13 x 15 x 0,9 cm
giaretta triansatah 16,5 / Ø 14 cm
idoletto FAF (Folded Arms Figure) 15,5 x 7,6 x 1,3 cm
olletta biconicah 16,5 cm / Ø 14 cm
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 7
Caratteristiche degli oggetti rilevati (vasellame, figurine fittili, utensili)
Morfologia:- presenza di manici- colli e becchi adiacenti o basi multiple - orli sottili e discontinuità brusche nell’andamento delle superfici - fitte decorazioni incise e stampigliate
Materiali: ceramica / pietra / integrazioni in gesso; policromia e finiture opache / lucide (non pre-trattabili!)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 8
Caratteristiche dello strumento utilizzato
laser scanner da tavolo, a triangolazione NextEngine
tecnologia proprietaria “Multistripe Laser Triangulation”
acquisizione sincronica dei dati RGB (texture)
base rotante per l’oggetto da scansionare (a distanza regolata, step angolari predefiniti)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 9
NextEngine
Sorgente laser: doppia serie di 4 laser - classe 1M, 10mW - con 650 nm di lunghezza d’onda
Sensori d’immagine:2 sensori CMOS RGB da 3 Megapixel,usati alternativamente a seconda della distanza di scansione (range “Macro” o “Wide” - cambia la baseline)
Lampade a luce bianca incorporate
Modalità di scansione Macro WideArea rilevata (campo di presa)alla distanza ideale scanner-oggetto
76,2 x 127 mm alla distanza di165 mm
254 x 330 mm alla distanza di432 mm
Range di presa in profondità(portata)
128-230 mm 384-563 mm
Risoluzione geometrica(densità dei punti sull’oggetto)
max 400 punti/inch
= 15,7 punti/mm
max 150 punti/inch
= 5,9 punti/mm
Risoluzione otticadella texture
400 DPI
150DPI
Accuratezza metrica (precisione di misura di un singolo punto)
± ~0.1 mm ± ~0.4 mm
SPECIFICHE TECNICHE dello scanner NEXTENGINE
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 11
Correzione della mesh poligonale
/texture fotografica
Decimazione dei poligoni della mesh
Esportazione nei formati richiesti
Allineamento e Fusione delle
scansioni
Acquisizione dei dati
(scansione laser e foto)
Progetto di rilievo 3D
Modelli per
l’analisiscientifica
Modelli per la
mostra virtuale
Gli step di lavoro per realizzare i modelli 3D
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 12
Tempi
Progetto di rilievo e Acquisizione dei dati: in media 2 ore per coprire un reperto (circa 20 scansioni)
Elaborazione di un modello 3D: in media 40 ore per tutte le fasi di post-processing
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 13
Finalità:
- maggiore copertura possibile delle superfici dell’oggetto
- correttezza metrica dei dati spaziali e qualità dei dati RGB
- condizioni di sicurezza per i reperti
In relazione alle seguenti variabili:
- distanza ideale oggetto/strumento
- complessità morfologiche
- materiali non sempre collaboranti
1 - Progetto di rilievo (settaggio dei parametri)e allestimento del set
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 14
Sequenze di viste (360° o “bracket”) acquisite mentre gira labase rotante a step angolari predefiniti / singole scansioni perintegrazioni
Acquisizione sincronica dei dati RGB (texture) per unacorrelazione di precisione delle scansioni
Visione immediata dei risultati per eventualmente settare altriparametri e definire le successive sequenze di scansioni
Documentazione delle operazioni e dei parametri di acquisizione(meta-data)
2 – Acquisizione dei dati grezzi
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 15
Scansione singola rivestita dei dati
fotografici
Relativa foto dalla
posizione di scansione
L’acquisizione delle superfici
richiede:
visibilità coincidente da parte dei sensori
(emittente e ricevente)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 16
Allineamento semi-automatico e registrazione(collimazione di almeno 3 punti sulle porzioni che sisovrappongono in due scansioni contigue o in duefamiglie di scansioni)
Pulizia delle range maps (selezione dei dati attraverso il cosiddetto“trimming”)
Fusione in un’unica mesh triangolata
3 – Allineamento e fusione
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 17
Foto dello scanner
Allineamento di due scansioni contigue
Dopo l’allineamento delle singole scansioni delle stesse sequenze.Prima che le varie “famiglie” siano registrate nello stesso sistema di riferimento.
In particolare “famiglia” C (bracket)
A: 10 scansioni (36°) a 360° intorno all’asse verticale
B: 3 scansioni in sequenza (bracket) con step di 45° per la parte superiore (anse in orizz.)
C: bracket (45°) per la parte superiore (anse in vericale)
D: bracket (45°) per la base
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 19
Allineamento tra “famiglie” di scansioni
- eliminare dati inutili- eliminare dati ridondanti- mantenere i dati maggiormente validi (per accuratezza di
misura e per qualità della corrispondente texture fotografica)
Trimming
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 21
Esempio di ridondanza di dati prima di qualsiasi operazione di trimming
singole scansioni già allineate fra loro e dopo un trimming avanzato
singola scansione B4 (icona evidenziata sotto)
prima del trimming
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 23
Singole
scansioni
texturizzate,
con riflessi
Stesse
scansioni
allineate
e dopo il
trimming
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 24
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 25
4th International Workshop
3D - ARCH 2011March 2 – 5, 2011
Trento, Italy
Geomatics & Communication for Cultural Heritage LaboratoryUniversity of Florence
Fusione
(130.727 triangoli)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 26
Famiglie A, B, C, Dvisibili nelle icone sottostanti (base per E) dopo allineamento e trimming
Famiglia E modello allineato, pulito e fuso in un’unica mesh
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 27
Riparazione dei triangoli irregolari
Integrazione geometrica delle lacune
Modellazione degli interni non acquisiti
Generazione e ritocco mimetico della texture delle integrazioni
Correzione della texture (riflessi, variazioni di tono)
Lisciatura di porzioni della superficie
4 – Correzione della mesh poligonale e della texture
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 28
Chiusura volumetrica delle parti non acquisite dei manici
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 29
Dottorato di ricerca in Ingegneria dei Sistemi Elettronici - Elettronica per i Beni Culturali e Ambientali Università degli Studi di Firenze
Chiusura volumetrica degli interni non acquisiti
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 30
Esempio di mappa texture del modello integrato nella geometria
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 31
Chiusura mimetica di una lacuna
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 32
Ricostruzione semplificata di interni non acquisiti dallo scanner
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 33
Integrazione delle superfici non acquisite
Ritocco mimetico
delle integrazioni
Correzione delle variazioni di tono
nella texture
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 34
Correzione dei riflessi del flash
nella texture
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 35
Correzione dei difetti della texture
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 36
Ciascun modello viene filtrato e semplificatoin due stadi (o tre, se il numero dei poligonidi partenza è molto alto)
Ogni stadio di decimazione
ha una destinazione d’uso
5 – Decimazione dei poligoni
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 37
Diversità di scopi della riproduzione digitale
Versatilità dei datie distinti passaggi di elaborazione
a seconda degli usi
A. per documentazione scientifica
B. per interazione su applicazioni offline
C. per interazione sul Web
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 38
A. per documentazione e analisi scientifica (offline)
Requisiti:
totale corrispondenza all’oggetto reale e al suo stato di conservazione
accuratezza submillimetrica
alto livello di dettaglio
Distinzioni nell’elaborazione del modello ottenuto dalle scansioni:
nessuna integrazione volumetrica o cromatica
nessuna decimazione della mesh, o solo parziale: 1.000.000 – 100.000 poligoni
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 39
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 40
Esempio di output bidimensionale preparato per gli archeologi
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 41
B. per interazione su applicazioni offline
Requisiti:
maneggevolezza per il down-load e la visualizzazione
fedeltà all’oggetto reale
livello di dettaglio medio-alto
Distinzioni nell’elaborazione del modello ottenuto dalle scansioni:
completa ma coerente ricostruzione dell’intero oggetto
livello medio di decimazione (30 - 70%): 80.000 – 50.000 poligoni
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 42
4th International Workshop
3D - ARCH 2011March 2 – 5, 2011
Trento, Italy
Geomatics & Communication for Cultural Heritage LaboratoryUniversity of Florence
(65.380 triangoli)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 43
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 44
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 45
(102.776 triangoli)
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 46
C. per interazione su Web
Requisiti:
estrema maneggevolezza per il down-load e la visualizzazione (facile e veloce)
verosimiglianza all’oggetto reale (texture foto-realistica)
Distinzioni nell’elaborazione del modello ottenuto dalle scansioni:
completa ma coerente ricostruzione dell’intero oggetto
livello avanzato di decimazione (fino al 95%): intorno ai 20.000 poligoni
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 47
(5.138 triangoli)
Decimazione eccessiva
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 48
2. Output grafici architettonici – P I A N TA A Q U O TA 1 . 6 0 M (Originale in scala 1:50)
GeCo per MUSINT: esempi di modelli digitali
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 49
Prove di riproduzione fisica dai modelli digitali
modelli digitali
modelli fisici, a scala reale
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 50
Rilievo metrico 3Dcon laser scanner a triangolazione:
Elaborazioni dei modelli 3D, gestione degli archivi e adattamento al sito web:
Responsabile scientificoProf. Grazia Tucci
GRAZIE PER L’ATTENZIONE !
Daniela Cini, Alessia Nobile, Laura Bucalossi, Lidia Fiorini, Alessandro Conti, Valentina Bonora.
Daniela Cini, Francesco Algostino, Alessia Nobile, Valentina Bonora, Rachele Manganelli Del Fà, Valeria Perlini, Chiara Caponi.
w w w . g e o m a t i c a e c o n s e r v a z i o n e . i t
GEOMATICS FOR CONSERVATION & COMMUNICATION OF CULTURAL HERITAGE LABORATORY
| [email protected] | PROGETTO MUSINT E MODELLI 3D DA LASER SCANNER | 51
… E GRAZIE ALLA PROF. JASINK per l’opportunità di lavorare
sul progetto MUSINT!