Dal Rilievo con Drone alla Stampa 3D

Dal rilievo con drone alla stampa 3D - La statua di Don Luigi Maria Palazzolo @skycrabacademy

In questo articolo ti parlo della ricostruzione 3D con drone della statua di Don Maria Luigi Palazzolo, uno dei più grandi benefattori della città di Bergamo, canonizzato e reso Santo il 15 Giugno 2022 da Papa Francesco a Roma.

Don Luigi Palazzolo, personaggio dalla straordinaria carità e solidarietà, dedicò interamente la sua vita ai poveri della città di Bergamo e della provincia. Si prese cura degli indigenti, visitando le carceri, i malati e i poveri, e offrendo loro aiuto materiale, morale e spirituale.

La statua del santo, alta 3 metri, si trova tutt’ora presso la Casa di Cura del Beato Palazzolo, in Via San Bernardino a Bergamo.

L’obiettivo del committente (La Congregazione delle Suore Poverelle di Bergamo) è stato quello di ottenere un modello ad altissima restituzione grafica finalizzato alla stampa 3D in modo tale da poter ottenere una riproduzione fedele alla realtà e la stampa 3D in migliaia di copie per i fedeli italiani ma soprattutto per i numerosissimi fedeli in Sud America devoti al Santo.

Acquisizione immagini con drone DJI Phantom 4 RTK

Il rilievo fotogrammetrico, eseguito a Marzo 2022, è stato effettuato con il drone DJI Phantom 4 RTK dotato di un sensore da 1’’ pollice e 20 MP correttamente connesso  alla base DJI D-RTK2 utile per migliorare il posizionamento nello spazio dei fotogrammi. Successivamente, abbiamo utilizzato un metro laser Leica per eseguire il rilievo dei GCP naturali posizionati sulla statua e utili al fine di ottenere un modello 3D corretto metricamente.

Il lavoro è stato impostato seguendo nel dettaglio lo schema del processo fotogrammetrico, determinante per la corretta esecuzione del lavoro.

Il processo fotogrammetrico è strutturato in 4 fasi:

• Pianificazione di volo e dei punti di controllo (GCP);
• Acquisizione delle immagini aeree e acquisizione dei punti di controllo (GCP);
• Elaborazione dei dati fotogrammetrici con Reality Capture;
• Esportazione dei dati.

 

Nuvola di punti densa

Come al solito, il lavoro di acquisizione dei dati fotogrammetrici con drone sul campo è stato preceduto dalla fase di pianificazione di volo e dei GCP, determinante per la corretta riuscita del rilievo.

Durante la pianificazione di volo, ci siamo posti l’obiettivo di raggiungere la massima qualità grafica e metrica ottenibile con la strumentazione a disposizione. Detto ciò, grazie all’utilizzo del drone DJI Phantom 4 RTK e della sua camera montata a bordo, abbiamo pianificato la missione di volo manuale analizzando preventivamente la Statua e gli ostacoli limitrofi.

Riassumendo i punti salienti della fase di pianificazione di volo sono:

• Analisi area oggetto di rilievo;
• Scelta del drone per il volo (DJI Phantom 4 RTK);
• Scelta del posizionamento della stazione di terra DJI D-RTK2;
• Pianificazione della missione di volo;
• Pianificazione dei punti di controllo (GCP) con Metro Laser Leica.

Dopo aver opportunamente pianificato il volo in ufficio e aver dedicato il tempo necessario a questa fase, abbiamo preparato il materiale per la seconda operazione dello schema fotogrammetrico, ovvero la fase dedicata all'acquisizione delle immagini aeree e dei GCP sul posto. Questa fase è stata determinante per ottenere i migliori dati possibili in fase di elaborazione con il software di fotogrammetria Reality Capture. 

Modello 3D e Texture

Riassumendo, le operazioni eseguite durante la fase 2 di acquisizione immagini aeree sono:

• Verifica dell’area di decollo e atterraggio;
• Posizionamento della base di terra DJI D-RTK2;
• Connessione del drone DJI Phantom 4 RTK con la base DJI D-RTK2;
• Acquisizione dei fotogrammi con drone Dji Phantom 4 RTK;
• Verifica della qualità delle immagini;
• Acquisizione dei punti di controllo (GCP) con stazione totale.

Prospetto in formato .tiff

Ora passiamo alla fase 3, ovvero quella dedicata all’elaborazione fotogrammetrica dei dati acquisiti. 

Avendo come obiettivo la ricostruzione di numerosi dettagli della statua oggetto di rilievo abbiamo deciso di utilizzare appunto Reality Capture, software di fotogrammetria 3D estremamente preciso e veloce nelle fasi di calcolo.

Prospetto DSM Depth

Durante la fase di elaborazione fotogrammetrica sono state eseguite in ordine le seguenti operazioni:

• Analisi della qualità dei fotogrammi acquisiti con drone;
• Allineamento dei fotogrammi e generazione della nuvola di punti sparsa;
• Generazione della nuvola di punti densa e del modello 3D in alta qualità;
• Pulizia del modello 3D da eventuali imperfezioni tecniche;
• Texturizzazione del modello 3D in alta qualità;
• Decimazione di un secondo modello 3D finalizzato all’esportazione 3D navigabile online;
• Pulizia modello;
• Texturizzazione.

Modello 3D VS Stampa 3D

Dopo aver opportunamente eseguito la fase dedicata all'elaborazione, ci siamo approcciati alla fase 4 ovvero quella dedicata all’esportazione dei dati utili al cliente per finalizzare il lavoro appena descritto.

Per mezzo del software Reality Capture abbiamo pulito e preparato il modello 3D per la fase finale di esportazione in modo tale da ottenere un modello 3D compatibile con le stampanti 3D ad alta risoluzione pronto per la stampa.

Dettaglio del modello stampato in 3D 

I droni sono uno strumento straordinario per la ricostruzione 3D di statue e monumenti, e rappresentano una grande opportunità in ambito tecnico in quanto stanno cambiando radicalmente il modo in cui i tecnici studiano le antiche strutture con risoluzioni grafiche e metriche senza precedenti.

Modello 3D Sketchfab navigabile online