Rilievo 3D con drone della Chiesa di Santa Maria Immacolata delle Grazie di Bergamo

Rilievo 3D con drone della Chiesa di Santa Maria Immacolata delle Grazie di Bergamo @skycrabacademy

In questo articolo ti parlo della ricostruzione 3D con drone della chiesa di Santa Maria Immacolata delle Grazie, che si trova a Bergamo sul viale Papa Giovanni XXIII. 

La chiesa, oggetto di rilievo fotogrammetrico, si trova in prossimità dei propilei chiamati anche Barriera delle Grazie ed è il primo luogo di culto che il visitatore incontra arrivando dalla stazione ferroviaria.

Vista panoramica  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Abbiamo eseguito il rilievo con drone della Chiesa per conto di uno studio di progettazione incaricato dell’analisi dello stato di fatto, il quale ci ha commissionato una ricostruzione 3D completa dell’intera struttura esterna. 

Nella fattispecie, le esportazioni richieste dalla committenza sono state:

• Modello 3D online navigabile;
• Nuvola di punti densa in formato .xyz compatibile con Archicad;
• Prospetti in formato .tiff;
• Ridisegno dei prospetti in formato .dwg scala 1:100;
• Copertura in formato .tiff;
• Ridisegno della copertura in formato .dwg in scala 1:100.

 

In primo luogo, ci siamo approcciati all’esecuzione del lavoro seguendo lo schema del rilievo fotogrammetrico ed eseguendo in ordine le seguenti fasi:

• Fase 1 | Pianificazione di volo e dei punti di controllo (GCP);
• Fase 2 | Acquisizione delle immagini aeree e acquisizione dei punti di controllo (GCP);
• Fase 3 | Elaborazione dei dati fotogrammetrici con Reality Capture;
• Fase 4 | Esportazione dei dati.
  
  

Vista Google Maps  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Fase 1 | Pianificazione di volo e dei punti di controllo (GCP)

Dopo aver ottenuto le dovute autorizzazioni specifiche di volo, abbiamo proceduto con la fase che ci ha richiesto più tempo, ovvero quella dedicata alla pianificazione di volo.

Come puoi vedere nell’immagine qui sopra, la chiesa risulta posizionata in un'area apparentemente difficoltosa al volo con drone e animata da passaggio costante di persone e automobili. 

Dopo ulteriori approfondimenti in loco, abbiamo anche notato che la struttura della Chiesa, quando illuminata dal sole, genera innumerevoli effetti di chiaro/scuro, molto belli esteticamente ma decisamente problematici in fase di elaborazione con i software SfM di fotogrammetria. Tutto ciò avrebbe potuto generare parecchio ‘rumore’ nella ricostruzione finale.

Visto le considerazioni appena fatte abbiamo scelto una giornata per il volo il più possibile nuvolosa e poco illuminata dalla luce diretta del sole in modo tale da poter sfruttare le ore dopo l’alba e non avere problemi di ombre sull’edificio.

In questi casi particolari è inoltre fondamentale verificare che gli ISO impostati sulla fotocamera siano sempre a 100. Se fossero più alti potrebbero creare una grana sulle immagini acquisite che ne ridurrebbe la qualità, dando numerosi problemi in fase di elaborazione.

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

• Ottenimento autorizzazioni specifiche volo;
• Analisi area oggetto di rilievo;
• Analisi dei passaggi delle persone a vari orari;
• Scelta orario di volo;
• Scelta giornata di volo;
• Delimitazione area;
• Scelta del drone per il volo (DJI Phantom 4 RTK);
• Pianificazione della missione di volo;
• Pianificazione dei punti di controllo (GCP) con stazione totale Leica.

Fase 2 | Acquisizione delle immagini aeree e acquisizione dei punti di controllo (GCP)

Dopo aver opportunamente pianificato il volo in ufficio e aver dedicato il tempo necessario a questa fase, abbiamo preparato il materiale per la seconda fase dello schema fotogrammetrico, ovvero quella dedicata all'acquisizione delle immagini aeree e dei GCP sul posto.

Strumentazione operativa  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Come pianificato nella fase 1, il rilievo è stato eseguito poco dopo l’alba, in modo tale da sfruttare l’orario in cui c'era meno passaggio di persone.

La giornata nuvolosa ha permesso di avere le condizioni meteo ideali per un rilievo fotogrammetrico in assenza di ombre, che altrimenti avrebbero condizionato l’elaborazione successiva.

Dopo esserci correttamente collocati sul posto, abbiamo delimitato temporaneamente l’area di volo, modificandola in tempo reale in base agli spostamenti pianificati del pilota e rispettando i limiti operativi imposti dal regolamento e quelli previsti dalle autorizzazioni ottenute per questo lavoro.

L’operazione di volo si è conclusa in circa 2 ore totali di rilievo fotogrammetrico aereo e circa 30 minuti di acquisizione punti GCP con stazione totale. Non sono state rilevate particolari problematiche durante il volo e durante l’acquisizione dei punti con stazione totale. 

Dopo aver concluso il volo, abbiamo verificato la qualità dei fotogrammi acquisiti, la corretta messa a fuoco e la presenza di eventuali imprecisioni negli scatti. Alla fine di questa fase, non sono state rilevate problematiche specifiche.

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

• Verifica dell’area di decollo e atterraggio;
• Delimitazione temporanea dell’area di volo;
• Acquisizione dei fotogrammi con drone DJI Phantom 4 RTK;
• Verifica della qualità delle immagini;
• Acquisizione dei punti di controllo (GCP) con stazione totale.

A questo punto, abbiamo sistemato e pulito la strumentazione utilizzata e abbiamo concluso definitivamente la seconda fase di acquisizione delle immagini aeree.

Drone in volo  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

 

Fase 3 | Elaborazione dei dati fotogrammetrici con Reality Capture

Ora inizia la fase 3, ovvero quella dedicata all’elaborazione fotogrammetrica dei dati acquisiti. 

Avendo come obiettivo la ricostruzione di numerosi dettagli esterni dell’intera struttura della Chiesa delle Grazie di Bergamo, abbiamo deciso di utilizzare il software SfM Reality Capture. Questo è un software con algoritmi di ricostruzione 3D molto precisi e in grado di generare ottime restituzioni 3D di dettaglio.

Nuvola di punti densa | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Durante la fase 3 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;
• Generazione dei prospetti in formato tiff;
• Generazione della copertura/planimetria in formato tiff;
• Decimazione di un secondo modello 3D finalizzato all’esportazione 3D navigabile online;
• Pulizia modello;
• Texturizzazione.

La fase dedicata all’elaborazione 3D è un’operazione estremamente importante, in quanto ti permette di finalizzare il lavoro fatto fin ad ora e richiede una certa competenza per la gestione di lavori complessi come in queste situazioni.

Nuvola di punti densa e modello 3D | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Fase 4 | Esportazione dei dati

Dopo aver opportunamente eseguito la fase 3 dedicata all'elaborazione dei dati fotogrammetrici, ci siamo approcciati alla fase 4 ovvero quella dedicata all’esportazione dei dati utili al professionista in ambito tecnico.

Per mezzo del software Reality Capture abbiamo pulito e preparato il modello 3D per la fase finale di esportazione.

Nel dettaglio, i dati tecnici richiesti dal cliente ed esportati sono stati: 

• Prospetti in formato tiff;
• Copertura in formato tiff;
• Modello 3D promozionale navigabile online;
• Ridisegno in scala 1:100 dei prospetti in formato dwg;
• Ridisegno in scala 1:100 della copertura in formato dwg.
  
  

 

Ridisegno tecnico prospetti in scala 1:100 in formato .dwg  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)

Posso concludere dicendoti che l’operazione di volo, e quindi di rilievo fotogrammetrico 3D della Chiesa di Santa Maria delle Grazie, è risultata parecchio complessa e delicata in tutte le sue fasi. Con il giusto approccio operativo e professionalità, abbiamo concluso la missione di volo senza particolari problemi o complicazioni restituendo al cliente i risultati tecnici richiesti.

 

Federico | Team Skycrab

 

Modello 3D sketchfab navigabile online  | Chiesa Santa Maria delle Grazie - Bergamo (BG)