Nuove tecnologie informatiche applicate all’Archeologia

Principi di modellazione 3D per migliorare il record archeologico

Editing by Tommaso Saccone

Revisioned by Alessandra Riccardi

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Introduzione:

Sono ormai trascorsi oltre quaranta anni da quando i primi calcolatori e strumenti informatici furono adottati da attività di studio e di ricerca d’ambito archeologico.

Già negli anni 60 del secolo scorso infatti, il Professor Maurizio Tosi e la Missione archeologica a Shahr-i Sokhta (Iran) cominciarono ad impiegare i primi PC per l’elaborazione di banche dati per l’organizzazione del record archeologico.

Da allora la tecnologia ha fatto passi da gigante e in futuro l’elaborazione 3D darà grande impulso alla metodologia di documentazione archeologica ed alla comunicazione dei dati al pubblico.

Bisogna considerare che i classici mezzi adottati per comunicare l’archeologia (articoli, monografie e pubblicazioni) non soddisfano più le esigenze prodotte dall’uso dei sistemi digitali. Non sostengo che debbano essere abbandonati i vecchi mezzi di pubblicazione, ma che questi necessitino assolutamente di un’integrazione che consenta la diffusione controllata dell’immenso patrimonio di contenuti digitali prodotti dalle attività archeologiche. Tutte le Missioni archeologiche, ormai abitualmente, adottano strumenti GIS per gestire i dati, ma le possibilità di consultazione ed interrogazione rimangono molto limitate, se non nulle. Che senso ha investire tempo e risorse per elaborare complessi archivi se questi rimangono accessibili soltanto ad un esiguo numero di persone?

 


 

Metodologia della Ricerca Archeologica:

Ad oggi i sistemi GIS sono lo strumento che meglio consente l’organizzazione del dato archeologico. Esistono diversi Software adatti alla creazione di Sistemi Informativi Territoriali, sia con licenza Open-source che a pagamento.

Ci tengo a sottolineare che praticamente nessun programma è stato pensato per l’utilizzo in ambito archeologico, tranne che pyArchInit[1], progetto ideato da Luca Mandolesi e supportato da una sempre più numerosa comunità di professionisti.

 

In che modo la modellazione 3D può migliorare il lavoro di documentazione?

Esistono diversi modi per ottenere modelli tridimensionali: per estrusione o rivoluzione, Scansione con Laser Scanner, Foto Scansione; questi sono i principali ma ne esistono altri ancor più specifici, come l’elaborazione da TAC e Micro TAC.

Solo dei primi tre metodi in quanto sono i più indicati per la produzioni di modelli di elementi architettonici georeferenziabili.

  • ESTRUSIONE E RIVOLUZIONE

Costruzione per estrusione: consente di realizzare forme estruse da un disegno 2d di base o da un poligono piano e di assegnargli una certa altezza e direzione di estrusione.

Costruzione per rivoluzione: più complessa della precedente, una rivoluzione si può considerare come un’estrusione attorno a un asse, si parte sempre da un profilo o da un poligono di base e invece della profondità viene assegnato un angolo di rivoluzione.

  • SCANSIONE LASER

Il laser a scansione: dispositivo in grado di emettere un impulso elettromagnetico (il laser) e riceverne il segnale riflesso, misurando l'intervallo di tempo trascorso e quindi la distanza tra lo strumento ed il punto rilevato.

  • STRUCTURE FROM MOTION

Structure from Motion: tecnica che si riferisce al processo di elaborazione di strutture tridimensionali da sequenze di immagini bidimensionali.

 

Il primo metodo (1) è da me considerato il meno affidabile perché l’elaborazione anche se esteticamente gradevole è simile ad un disegno artistico o ad un filmato a cartone animato. Inoltre non è possibile ricondurre la complessità dell’archeologia a delle figure geometriche standard: ogni muro è diverso da tutti gli altri ed identificabile solo con quel preciso muro.

Ha poco senso importare un modello ottenuto per estrusione in ambiente GIS, ma è sicuramente il metodo migliore per la comunicazione e la valorizzazione di un sito archeologico. Il costo è limitato, ed esistono ottimi software free oppure open che consentono la realizzazione di lavori di questo tipo.

La Scansione per mezzo di un Laser Scanner (2) è sicuramente il metodo più preciso ed affidabile per creare modelli tridimensionali georeferenziabili e complesse nuvole di punti manipolabili per ottenere il modello 3D. Allo stesso tempo, tuttavia, la strumentazione necessaria è estremamente costosa ed è indispensabile un’ottima conoscenza dei sistemi topografici per ottenere un buon risultato.

La Foto Scansione (3) è l’evoluzione della fotogrammetria che tanto piace agli archeologi e consiste nell’elaborazione di un modello 3D con texture fotografica partendo da una serie di fotografie. I costi dei software per la Foto Scansione sono assolutamente accessibili e  l’elaborazione richiede poche ore, a seconda delle caratteristiche Hardware del PC utilizzato, dalla definizione impostata e dal numero delle immagini processate.

Ho lavorato personalmente con il Software Photo Scan Pro e posso affermare che, nonostante l’estrema semplicità del programma, l’elaborazione ottenuta è sorprendente. E’ possibile inserire direttamente dal programma le coordinate di alcuni punti, in modo da georeferenziare il nostro modello. A questo punto possiamo interagire in diversi modi con i nostri sistemi GIS. Ad esempio importando le fotografie ortogonali ottenute dal nostro modello per ottenere piante, prospetti e sezioni. In alternativa possiamo integrare direttamente il modello 3D in un sistema GIS. Attualmente questa funzione è possibile unicamente tramite il software ArcGIS (Arc-Scene) con alcuni limiti nella gestione degli attributi, mentre tutti gli altri software consentono soltanto di manipolare poligoni bidimensionali. Grazie a questa tecnologia i musei potrebbero aumentare in modo sostanziale le loro vetrine e, condividendo sul web questi contenuti, ottenere un’importante ritorno d’immagine. Attraverso Sketchfab, l’Associazione Minerva vuole condividere e rendere accessibili tutte le elaborazioni 3D relative all’archeologia ed al patrimonio culturale.


 

Conclusione:

Nei prossimi anni l’elemento 2D nella documentazione archeologica verrà sicuramente sostituito dal 3D, ad oggi però la gestione e la manipolazione di questi modelli in ambiente GIS risulta ancora macchinosa ed incompatibile con la maggior parte dei software; sono già disponibili le tecnologie per realizzare i modelli, ma manca un sistema che ne consenta una gestione organica.

Tenendo conto della velocità con cui l’informatica e la tecnologia si evolvono, è consigliabile continuare ad acquisire il maggior numero d’informazioni sul campo, anche se non direttamente utili al lavoro di documentazione (un maggiore numero di foto durante i lavori di scavo non comporta costi aggiuntivi); questi dati potranno in futuro generare nuove occasioni di studio e di organizzazione del dato archeologico, proprio grazie ai sistemi tridimensionali di nuova generazione.

 


 

ESEMPI DI MODELLI 3D OTTENUTI DA FOTOGRAFIE

 Elaborazione 3D di un vaso proveniente da Shahr-i Sokhta (Iran). Editing by Tommaso Saccone

 

Per navigare il modello 3D: https://skfb.ly/DGIX

 


 

Modellazione 3D della Tomba 58 di Sinaw (Oman). Editing by Tommaso Saccone

 

Per navigare il modello 3D: https://skfb.ly/DVAS


 

 

 

RIFERIMENTI E LINK UTILI

http://it.wikipedia.org/wiki/Modellazione_3D

http://it.wikipedia.org/wiki/Scanner_Laser_3D

https://sites.google.com/site/pyarchinit/ 

https://sites.google.com/site/pyarchinit/documentazione

http://pyarchinit.blogspot.it/

http://www.agisoft.com/

http://www.agisoft.com/pdf/PS_1.0.0%20-Tutorial%20(BL)%20-%203D-model.pdf

https://sketchfab.com/

http://www.os-culture.org/index.php/tutorial-photoscan-pro

 NOTE

[1] pyArchInit: Plug-in di Quantum GIS supportato da una comunità di Archeologi Italiana. Esso integra alle funzioni di QGIS un complesso Database che consente la raccolta e l’organizzazione dei dati archeologici.